Chemie-Zukunft/Chemische Energie
Aus Superlehrer.de
Bei chemischen Reaktionen, so hast du gelernt, wird meist auch Energie umgesetzt. Bei einigen Reaktionen muss man Energie, meist in "Form" von Wärme, zugeben und bei anderen wird Energie frei.
Mehr zum Thema Energie bei chemischen Reaktionen findet du nun hier auf dieser Seite.
Inhaltsverzeichnis |
Die Bedeutung von Energie und Arten von Energie
Zum Einstieg gibt es eine kurze
Präsentation.
| Halte in deinem Heft groß die Überschrift "Chemische Energie" fest und skizziere das dritte Bild ins Heft ab oder drucke es dir klein aus und klebe es ins Heft ein.
WICHTIG: Achte auf die Position der Texte, die du einträgst. Warum spielt das eine Rolle? ::Die Höhe kann in diesem Schaubild gleichgesetzt werden mit dem Energieinhalt (Pfeil links zeigt das). So ist Holz energiereich, während Kohlendioxid und Wasser energiearme Stoffe sind.' |
| ENERGIE In der Präsentation wird der Begriff chemische Energie erwähnt, um was es uns ja geht. Informiere dich auf dieser Seite genauer über Energie, vor allem die verschiedene Arten von Energie. Eine übersichtliche |
Chemische Energie – Energieinhalt
Nun sollst du dir den Energieumsatz bei chemischen Reaktionen und den Begriff "chemische Energie" genauer anschauen.
Wichtige Vorgänge, bei denen der Energieumsatz eine wichtige Rolle spielt
Material 1: Photosynthese
- Die Photosynthese ist ein Prozess, bei dem Lichtenergie durch Lebewesen in chemische Energie umgewandelt wird und organische Stoffe synthetisiert werden. ... Die Synthese dieser Stoffe geht überwiegend von der sehr energiearmen anorganischen Kohlenstoff-Verbindung Kohlenstoffdioxid aus. Aus Kohlenstoffdioxid und Wasser entsteht – durch Energiezufuhr (Licht) – Traubenzucker (Glucose) und Sauerstoff.
Material 2: Chemische Energie
Verwendung chemischer Energie in technischen Systemen
- Aus technischer Sicht ist in Treibstoffen chemische Energie gespeichert, die durch deren Verbrennung, etwa beim Antrieb von Fahrzeugen, in mechanische Energie umgewandelt wird. Brennstoffzellen erlauben den Wandel von chemischen Reaktionsenergie einer Verbrennung direkt in elektrische Energie. Bei Nutzung von Batterien wird über elektrochemische Reaktionen die chemische Energie direkt in elektrische Energie gewandelt. Ein Akkumulator verhält sich bei der Nutzung der Energie ähnlich wie eine Batterie, kann aber auch umgekehrt elektrische Energie in chemische wandeln und so speichern.
Verwendung chemischer Energie in biologischen Systemen
- Aus biologischer Sicht ist in organischer Nahrung chemische Energie gespeichert, die in ATP als Energieträger umgewandelt wird. Grüne Pflanzen beziehen ihre chemische Energie nicht aus organischer Nahrung, sondern aus dem Energiegehalt der Sonnenstrahlung ...
Material 3: Bleiakku
- Bei einem Bleiakkumulator (kurz Bleiakku, besonders beim Kfz auch Starterbatterie) handelt es sich um eine Ausführung des Akkumulators, bei der die Elektroden aus Blei und der Elektrolyt aus verdünnter Schwefelsäure besteht.
- Bei der Entladung reagiert Blei mit Sauerstoff zu Bleioxid und löst sich im Elektrolyt auf. Beim Laden wird die Reaktion umgekehrt und es entsteht wieder metallisches Blei.
Material 4: Wasserstoff als Energieträger der Zukunft
- Wasserstoff scheint eines der Energieträger der Zukunft zu sein. Besonders sauber wird er hergestellt, wenn der für die Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff benötigte Strom mit Hilfe von Solarzellen gewonnen wird.
- Wird das gasförmige Wasserstoff unter Druck verflüssigt, so kann man ihn auch in Tanks füllen und als Treibstoff verwendet werden. Dabei kann der Wasserstoff direkt mit Sauerstoff verbrannt werden oder die, in ihm enthaltene Energie, wird mit Hilfe einer sogenannten Brennstoffzelle in elektrischen Strom verwandelt werden. Und die „Abgase“? Als einziges Reaktionsprodukt entsteht Wasserdampf.
Quellen: Wikipedia-Artikel „Photosynthese“, „Chemische Energie“, „Bleiakku“, „Brennstoffzelle“
Aufgaben zu dem Abschnitt
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Lies im Buch die Seite 75 durch.
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Energiediagramme
Betrachten wir erst einmal die einfachen Experimente, bei denen Schwefel mit Metallen reagiert. Im Unterricht wurde nur die Reaktion von Eisen und Schwefel betrachtet. Damit du weitere Beispiele sehen kannst hast du die Möglichkeit
- die Filme auf der Seite (nächster Absatz) anzusehen.
- selber weitere Experimente durchzuführen (wenn Zeit ist bzw. am Nachmittag!)
Ziel ist es, die Energieabgaben bei den Reaktionen verschiedener Metalle zu vergleichen und dann im Form von Energiediagrammen darzustellen.
FILME: Schau dir die folgenden Experimente an, bei denen Schwefel mit verschiedenen Metallen reagiert. Du findest jeweils einen Film sowie noch einmal Bilder aus dem Film, wo die wichtigsten Momente noch einmal festgehalten sind.
Magnesium, Kupfer, Eisen, Silber, Zink.
- FREIWILLIGER ZUSATZ: Eine Zusammenfassung zu allen Arten von Reaktionen findest du auf dieser Seite. Lies dir den Text bis zum Abschnitt "Kann man Sulfide (wie auch einige Oxide) ..." durch.
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Lass den Versuchsaufbau kontrollieren, bevor du den Bunsenbrenner anschaltest!!
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Erstelle Energiediagramme zu den Reaktionen von allen im Film gezeigten Metallen mit Schwefel. Was man dabei zu beachten hat solltest du auf Seite 75 gelesen haben. Schaue es dir gegebenenfalls noch einmal an.
::Beschreiben solltest mindestens:
:: Es sei noch ergänzt, dass man eigentlich immer neben einem Diagramm eine "Energieachse" braucht, um zu zeigen, was die Anordnung bedeutet. Aber wenn man mehrere nebeneinander in einer Reihe zeichnet muss es pro Reihe nur einmal geschehen. Der Text, der im Buch dazwischen steht, kann weggelassen werden, da man mit den Abständen schon zeigt, welche Reaktion stark bzw. schwach exotherm ist. |
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Bearbeite diesen Lückentext als Verständniskontrolle. |
Bearbeite diesen Test. Der Test wird nicht bewertet sondern dient deiner eigenen Kontrolle, ob und wo du noch Probleme hast. Du solltest, falls du zu viele Fehler hast, noch einmal jemanden fragen.
TIPP: Du kannst dir zum Abschluss noch einmal alle Fragen anschauen und schauen, wo deine Fehler waren.
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Vergleich der Metalle: Bearbeite diesen Lückentext und halte den vollständigen Satz im Heft mit der vorne genannte Überschrift fest. |
Reaktionen sind umkehrbar?!
Betrachten wir zwei einfache Experimente: Du kannst sie selber durchführen oder im Buch darüber lesen bzw. die Bilder anschauen. Es geht um- das Erhitzen von Kupfersulfat-Hydrat und
- die Reaktion von Wasser mit Kupfersulfat.
EXPERIMENT IM BUCH: Seite 73, die beiden Bilder oben und unter Reaktionsschema, Seite 75 Energiediagramm.
- Als Ergänzung: 2 Filme, bei denen zu sehen ist, was bei der Zugabe von Wasser passiert
Film 1, Film 2 und Infos zu Kupfersulfat
VERSUCHE:
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Du solltest dir noch einmal klar machen, dass es sich bei beiden Vorgänge, sowohl das Erhitzen von blauem Kupfersulfat-Hydrat als auch die Verfärbung durch Wasserzugabe, um eine chemische Reaktion handelt. Vergleiche dazu folgendes:
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Findet eine chemische Reaktion statt?
Tipp: Verkürze die Aspekte für den Eintrag in die Tabelle! |
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Bearbeite diesen Lückentext auf und halte ihn dann in deinem Heft fest. |
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NUR mündlich mit Arbeitspartner besprechen! Beim Erhitzen mit dem Bunsenbrenner scheint man mehr Energie dem Kupfersulfat-Hydrat zuzuführen, als dann nach dem Abkühlen und der Wasserzugabe frei wird.
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Exotherme und Endotherme Reaktionen
Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf die Informationen, die du im Buch auf Seite 76 findest. Lies dir zunächst nur die erste Hälfte durch und später, zum Thema Katalysator, den zweiten Abschnitt.
Exotherme Reaktionen und die Aktivierungsenergie
Im Buch wird ein Modell beschrieben, das verdeutlichen soll, wieso Energie zu einer exothermen Reaktion dazu gegeben werden muss, bevor die Reaktion startet und dann von alleine weiter anläuft und dabei Energie abgibt.
ACHTUNG: Neben der "Hochachse" an der die Energie abgetragen wird, kommt noch eine zweite Achse nach rechts ins Spiel, die im Buch allerdings nicht eingezeichnet wird. Bei der zweiten Aufgabe siehst du sie im Bild, die "Reaktionszeit". Das heißt, die zusätzliche Position nach rechts zeigt an, zu welchem Zeitpunkt ein Stoff(-gemisch) welchen Energieinhalt hat.
Beschreibe, ähnlich wie im Buch, ein anderes Modell zu exothermen Reaktion, dass du hier findest. Klebe das Bild dazu mit ins Heft ein!
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Beschreibe nun die Reaktion von Kupfer und Schwefel zu Kupfersulfid, ähnlich wie beim Modell vorher. Nutze aber auch die Informationen aus dem Buch, um zu begründen, warum Aktivierungsenergie notwendig ist und was dabei passiert. Klebe das Bild ebenfalls dazu!
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NUR Mündlich mit dem Arbeitspartner besprechen: Es wird ein großer Haufen eines Gemisches aus Eisen und Schwefel an einer kleinen Stelle erhitzt, so dass die Reaktion dort stattfindet. Woher bekommt der Rest, der nicht von mir entzündet wird, seine Aktivierungsenergie?
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Endotherme Reaktionen
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Wie würde der Modellversuch mit dem Jungen und dem Ball wohl für eine endotherme Reaktion aussehen? Zeichne ein ähnliches Bild und beschreibe es mit einem Satz. Zeichne ein ähnliches Bild zum Erhitzen vom blauen Kupfersulfat-Hydrat zum Kupfersulfat. (ohne weiteren Beschreibungstext!)
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Bearbeite den den Lückentext und halte die Definitionen zu Exotherme Reaktion, Endotherme Reaktion und Aktivierungsenergie im Heft fest. |
Katalysator
Lies im Buch auf Seite 76 die zweite Hälfte durch.
Halte eine Definition für den Katalysator im Heft fest und zeichne, ähnlich wie bei den Reaktionen vorher, ein Energiediagramm, in dem man die Verlauf der Reaktion mit und ohne Katalysator vergleichen kann.
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HiTech im 19. Jahrhundert: Ein Feuerzeug, dass sich von alleine entzündet, war das Frage: Wo wirkt hier ein Katalysator? Für was wird Aktivierungsenergie benötigt? Woher kommt die Aktivierungsenergie, die mit Katalysator ausreicht die Reaktion zu starten? |
FÜR INTERESSIERTE: Weitergehende Informationen zu Katalysatoren gibt es auf dieser Seite.
Gemischte Aufgaben zum Thema "Energie bei chemischen Reaktionen"
Zum Abschluß noch einige Aufgaben, die das gesamte Thema umfassen. Versuche die Aufgaben möglichst selbstständig zu formulieren. Denke daran, dass du in einer Arbeit auch nicht mit deinem Nachbarn zusammen arbeiten kannst. Es ist etwas anderes, ob man einen Gedanken nur äußert oder ihn in einer Arbeit in richtige Sätze fasst, wo der Lehrer nicht nachfragen kann.
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Bearbeite im Buch auf Seite 76 die Aufgaben 5 bis 8. Zu den Sachthemen musst du keine Aufsätze schreiben. Versuche die Informationen zusammen zu fassen. Ein oder zwei Sätze reichen aus. |
| Hier ein Bild mit Holzpellets, die laut Aufdruck einen Energieinhalt von 1 kWh (Kilo-Watt-Stunde) haben. Wie kann man damit heizen? Beschreibe es chemisch und verwende alle Fachbegriffe, die du kennengelernt hast. |
| VERSUCHE:
Modell-Experiment zu exothermen und endothermen Reaktionen. Auf dieser Seite findest du im Internet einen Modell-Experiment, dass du selber durchführen kannst. Der Aufbau müsste selber vorbreitet werden, auch das Biegen der Glasstäbe. Wir könnten das Experiment für Mitschüler filmen!? |
Ergänzendes
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Eine verzweifelte Schülerin, die das gleiche Thema wie ihr gerade bearbeitet, hat sich im Internet hilfesuchend an ein Forum gewendet. Kannst du ihr helfen? Zu ihrer Skizze hat sie folgendes geschrieben:
Hilf ihr, indem du auf Fehler hinweist, was sie richtig verstanden (und skizziert) hat und was sie falsch verstanden hat. |
Bei Streichhölzern kann man ja gut die Bedeutung der Aktivierunsenergie zeigen. Dieses
Video macht noch einmal deutlich, warum man eine exotherme Reaktion nur einmal starten muss und sie dann von alleine weiter abläuft.
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FERNSEHTIPP: Terra X - Die Macht der Elemente / Das Feuer Link zum Film
Informationen zum Inhalt: Schon im antiken Griechenland hatte man den vier Naturgewalten Feuer, Wasser, Erde und Luft zugetraut, der Ursprung allen Lebens zu sein. Heute erforschen viele Wissenschaftler die Ursachen, die eine Zivilisation zum Blühen bringen oder ihren Niedergang verursachen. Die Antworten sind ebenso einfach wie erstaunlich. Denn oft ist es nicht der menschliche Genius, der den Fortschritt vorantreibt, sondern ein Hindernis, das die Natur dem Menschen in den Weg stellt. Quelle |



