Westfälische Wilhelms-Universität

Präsentation zum Thema: "Westfälische Wilhelms-Universität"—  Präsentation transkript:

1 Westfälische Wilhelms-Universität
Fehlvorstellungen in der Chemie Diagnose und Korrektur Sommersemester 2006 Prof. Dr. H.-D. Barke und T.Dörfler Referat zum Thema: Säure und Basen Carsten Knoop & Christoph Wacker

2 Gliederung Einleitung Säure/Base Begriff
Reine Säuren und Säure Lösungen ph-Wert Neutralisation Starke und schwache Säuren Zusammenfassung

3 Einleitung - Säure-Base Reaktion eines der Hauptthemen im Chemieunterricht - Fehlvorstellungen der Schüler aufzeigen - Vorschläge zur Korrektur machen bzw. darstellen

4 Was versteht man unter einer Säure bzw. unter einer Base?
2. Säure/Base Begriff Was versteht man unter einer Säure bzw. unter einer Base? Brönstedsäure: Protonendonator Brönstedbase: Protonenakzeptor Lewissäure: Elektronenakzeptor Lewisbase: Elektronendonator

5 Vorstellungen der Schüler zum Säure/Base Begriff

6 Fehlvorstellungen der Schüler
- Argumentation mit pH-Wert - Säuren sind ätzend, gefährlich, gelb, rot oder sauer    - Säuren wird eine aggressive Wirkung zugeschrieben - Säuren zerfressen „Dinge“ - beim Arrhenius Konzept (Säuren enthalten H+-Ionen)      - beim Brönsted-Konzept (Säuren geben Protonen ab) - Basen werden oftmals vernachlässigt

7 Fazit: Schüler können mit der Säure-Base Theorie oftmals nicht viel anfangen.

8 Unterrichtsvorschläge zum Säure-Base Begriff
- Reaktion von Säuren und Laugen als Substanz und ihre aggressive Wirkung Reaktion von Zucker mit konz. H2SO4 Zucker + konz. Schwefelsäure schwarzer Kohlenstoff + Wasserdampf

9 Alltagsbezug durch Untersuchung von Haushaltsreinigern
Kalkentferner Abflussfrei

10 Säure-Base-Konzepte Man unterscheidet zwei wesentliche Konzepte:
1.Arrhenius: Substanz-bezogen (~1884) 2.Brönsted: Teilchen-bezogen (~1923) Was ist davon sinnvoll für den Unterricht?

11 Was ist davon sinnvoll für den Unterricht?
Arrhenius-Konzept Brönsted-Konzept betrachtet nur Ionen in wässrigen Lösungen (OH-/H+-Ionen) erlaubt keine Anwendung im allgemeinen Sinne -Säure-Base-Reaktion: Übergabe von Protonen der Säure an die Base allgemeineres Konzept zur Deutung verschiedenster Phänomene Feststellung: Das Konzept nach Arrhenius kann angesprochen werden, Brönsted-Konzept sollte allerdings im Vordergrund stehen!

12 Einstieg in das Konzept nach Brönsted
Brönsted-Säuren: Die Protonenspender 1.Teilversuch:Reaktion von Kochsalz und Schwefelsäure unter Bildung von gasförmigem Chlorwasserstoff H2SO4-Molekül+Cl--Ion HCl-Molekül + HSO4--Ion Säure Base Säure Base2 2.Teilversuch: Einleiten des entstandenen Chlorwasserstoff-Gases in Wasser HCl-Molekül +H2O-Molekül Cl-(aq)-Ion + H3O+(aq)-Ion Säure Base Base Säure 2

13 Einstieg in das Konzept nach Brönsted
Brönsted-Basen: Die Protonenempfänger Versuch: Calciumoxid und Wasser reagieren stark exotherm Ca2+-Ion + O2--Ion + 2 H2O-Molekül Ca2+-Ion + (OH-)2-Ion + H2O-Molekül Wesentliche Reaktion: O2--Ion + H2O-Molekül OH--Ion + OH--Ion Es kann festgestellt werden, dass Wasser sowohl als Säure als auch als Base reagieren kann. Solche Substanzen werden als Ampholyt-Teilchen bezeichnet!

14 3. Reine Säuren und Säure-Lösungen
Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen reiner Säure und Säurelösung am Beispiel einer Schwefelsäure

15 Fehlvorstellungen der Schüler
Verdünnungseffekt Dichten unterscheiden sich Reine Säure ätzender, reaktionsfreudiger

16 Beispiele für falsche Modellvorstellungen

17 Fazit Prinzip der Dissoziation wurde nicht verstanden
Wichtige Inhalte der Säure-Base Reaktion bleiben unverstanden

18 Unterrichtsvorschläge zu reinen Säuren und Säure-Lösungen
Aggressivität von Säuren und ihren verdünnten Lösungen: Alltagsbezug: Magensäure, Phosphorsäure (in Cola), Zitronen- und Essigsäure (als Würzmittel), etc. Vergleich zum Verhalten reiner, konzentrierter Säuren Folgerung: Durch Verdunsten des Wassers können auch verdünnte Lösungen eine aggressive Wirkung erzielen!

19 Prinzip der Dissoziation

20 4. pH-Wert Was ist der pH-Wert bzw. wie definiert er sich?
- negative dekadische Logarithmus der H+-Konzentration

21 Vorstellungen der Schüler zum Begriff des pH-Werts

22 Fehlvorstellungen der Schüler
phänomenologische Antworten viele verändern die Definition richtige Antwort nur vereinzelt von Schülern Argumentation mit Säuregrad/Säuregehalt

23 Fazit reines Merkwissen und überwiegend
Unverständnis von Schülern bezüglich des pH-Werte - enorme Schwierigkeiten mit dem pH-Wert umzugehen

24 Unterrichtsvorschläge zum pH-Wert
Einführung: Versuche zum Bestimmen des pH-Wertes von Lösungen aus dem Alltag mit Hilfe von Universalindikator-Papier

25 Vertiefung: Der pH-Wert
Begriff des Mol muss den Schülern bekannt sein -Kurzübersicht geben: Beispiel: -Wasser: 18g Wasser enthalten 1mol H2O-Moleküle (nicht „1mol Wasser“) -Salzsäure (1mol/L): 1mol H30+(aq)-Ionen und 1mol Cl-(aq)-Ionen Verdünnung: a)1: ,1mol H30+(aq)-Ionen b)1: ,01mol H30+(aq)-Ionen *Verweis: H+-(aq)-Ion als Kurzschreibweise für H30+(aq)-Ionen *Untersuchung des pH-Wertes der Salzsäuren und Feststellung, dass ph-Wert = x , wenn c(H+) = 10-x

26 Unterrichtsvorschläge zum pH-Wert
Vorläufiges Verständnis über die Verdünnungsreihe:

27 Vertiefung: Der pH-Wert
Begriff des Mol muss den Schülern bekannt sein -Kurzübersicht geben: Beispiel: -Wasser: 18g Wasser enthalten 1mol H2O-Moleküle (nicht „1mol Wasser“) -Salzsäure (1mol/L): 1mol H30+(aq)-Ionen und 1mol Cl-(aq)-Ionen Verdünnung: a)1: ,1mol H30+(aq)-Ionen b)1: ,01mol H30+(aq)-Ionen *Verweis: H+-(aq)-Ion als Kurzschreibweise für H30+(aq)-Ionen *Untersuchung des pH-Wertes der Salzsäuren und Feststellung, dass ph-Wert = x , wenn c(H+) = 10-x

28 Vertiefung: Der pH-Wert
Da bisher nur Säuren untersucht wurden, können anhand von Schaubildern auch Rückschlüsse auf alkalische Lösungen gezogen werden:

29 - Schülerbefragung zur Neutralisation

30 Vorstellungen von Schülern von einer Neutralisation

31 Fehlvorstellungen der Schüler
Reaktionsgleichung HCl + NaOH NaCl + H2O

32 Fehlvorstellungen der Schüler
Ionensymbole H+-Ionen und OH--Ionen reagieren zu H20 Name der Reaktion

33 Fazit Salzbildung wird in den Vordergrund gestellt
Ionen werden zu „Salz-Molekülen“

34 Unterrichtsvorschläge zur Neutralisation
Reaktion von Natronlauge und Salzsäure H3O+(aq) + Cl-(aq) + Na+(aq) + OH-(aq) Cl-(aq) + Na+(aq) H2O(l) Vergleich mit dem gedanklichen Modell:

35 Unterrichtsvorschläge zur Neutralisation
Folgende Versuchsmethoden erlauben eine Überprüfung der Neutralisation: -pH-Wert Bestimmung -Leitfähigkeitstitration -Überprüfung der Neutralisationswärme als Beweis, dass bei der Reaktion von starken Säuren und Basen nur die Hydronium-Ionen mit den Hydroxid-Ionen zu Wasser reagieren ( RH0m= -56kJ/mol)

36 6. Starke und schwache Säuren
Worin unterscheidet sich eine starke Säure von einer schwachen Säure?

37 Fehlvorstellungen der Schüler
- Argumentation mit dem ph-Wert - Schwierigkeiten beim Überführen von Modellvorstellungen in konkrete Zeichnungen

38 Modellvorstellungen

39 Fazit Dissoziations- oder Protolysegard sind nicht verstanden worden

40 Unterrichtsvorschläge zu starken und schwachen Säuren
Stärke der Säure entspricht nicht der Konzentration, sondern: - starke Säuren sind Teilchen, die leicht Protonen abgeben können. schwache Säuren sind Teilchen, die nur schwer Protonen abgeben können. es gilt: Säurestärke wächst mit der Tendenz Protonen abzugeben [Umkehrschluss: Basenstärke wächst mit der Tendenz Protonen aufzunehmen]

41 Unterrichtsvorschläge zu starken und schwachen Säuren
Einführung des Protoloyse-Begriffs und Vorstellung der Modelle

42 Unterrichtsvorschläge zu starken und schwachen Säuren

43 Zusammenfassung Schüler können mit einem Hauptthema der Chemie, der Säure-Base Theorien wenig anfangen Zusammenhänge müssen besser herausgearbeitet werden Verknüpfungen zwischen den Begriffen nicht nur auf Definitionen beschränken

44 Danke für eure Aufmerksamkeit!