Konzentration von Lösungen

Konzentrationsberechnungen bleiben für Schüler abstrakt, wenn sie nur Formeln auswendig lernen. Wenn sie dagegen selbst Lösungen herstellen und messen, verstehen sie, warum Volumen und Masse präzise bestimmt werden müssen. Aktives Experimentieren mit Salz und Zucker macht den Unterschied zwischen molarer und Massenkonzentration greifbar und reduziert typische Fehlerquellen durch eigene Anschauung.

• Klasse 10
• Materie, Energie und Reaktion: Chemie der zehnten Klasse
• 4 Aktivitäten
• 30 Min.–50 Min.

Lernziele

1. Berechnen Sie die molare Konzentration (Stoffmenge pro Volumen) und die Massenkonzentration (Masse pro Volumen) von Lösungen unter Verwendung gegebener Daten.
2. Vergleichen Sie die molare Konzentration und die Massenkonzentration hinsichtlich ihrer Anwendungsbereiche in Chemie und Pharmazie.
3. Erklären Sie die Schritte zur Herstellung einer Lösung mit einer spezifischen Zielkonzentration, einschließlich der benötigten Mengen an gelöstem Stoff und Lösungsmittel.
4. Berechnen Sie die neue Konzentration einer Lösung nach Zugabe von zusätzlichem Lösungsmittel (Verdünnung) oder gelöstem Stoff (Anreicherung).
5. Analysieren Sie die Auswirkungen von Verdünnungs- und Anreicherungsschritten auf die Konzentration einer Lösung.

Lernen an Stationen

⏱ 45 Min.·Kleingruppen

Lernen an Stationen: Konzentrationsherstellung

Richten Sie Stationen ein: Station 1 für molare Konzentration (NaCl wiegen, auflösen, auf Volumen bringen), Station 2 für Verdünnung (Pipettieren und Mischen), Station 3 für Massenkonzentration (Zucker in Wasser). Gruppen rotieren alle 10 Minuten und protokollieren Ergebnisse.

Vorbereitung & Details

Vergleichen Sie die molare Konzentration mit der Massenkonzentration und bewerten Sie deren Anwendungsbereiche.

Moderationstipp: Lassen Sie die Schüler beim Stationenlernen die Waagen und Pipetten selbst einstellen und die Waagen kalibrieren, damit sie die Bedeutung von Präzision spüren.

Setup: Im Raum verteilte Tische/Stationen

Materials: Stationskarten mit Arbeitsanweisungen, Unterschiedliche Materialien je Station, Timer für die Rotation

• Erinnern
• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Problemorientiertes Lernen

⏱ 30 Min.·Partnerarbeit

Paararbeit: Verdünnungsreihe

Paare stellen eine Reihe Kupfersulfat-Lösungen her, indem sie schrittweise verdünnen. Sie messen Farbintensität mit dem Handy und berechnen Konzentrationen. Abschließend vergleichen sie gemessene mit theoretischen Werten.

Vorbereitung & Details

Erklären Sie, wie man eine Lösung mit einer bestimmten Konzentration herstellt.

Moderationstipp: Fordern Sie in der Paararbeit auf, die Verdünnungsreihe mit zwei unterschiedlichen Farben zu dokumentieren, damit die Schüler die Konzentrationsabnahme optisch nachvollziehen.

Setup: Gruppentische mit Zugang zu Recherchequellen

Materials: Dokumentation des Problemszenarios, KWL-Tabelle (Wissen, Wollen, Lernen) oder Inquiry-Framework, Ressourcenpool / Handapparat, Vorlage für die Ergebnispräsentation

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Problemorientiertes Lernen

⏱ 50 Min.·Ganze Klasse

Ganze Klasse: Kolorimetrische Bestimmung

Die Klasse misst gemeinsam die Konzentration unbekannter Lösungen mit Farbstoff und Pappstreifen als Vergleichsskala. Jeder Schüler trägt Daten in eine Klassen-Tabelle ein und diskutiert Abweichungen.

Vorbereitung & Details

Berechnen Sie die Konzentration einer Lösung nach Zugabe von Lösungsmittel oder gelöstem Stoff.

Moderationstipp: Nutzen Sie die kolorimetrische Bestimmung, um die Klasse in die Rolle von Laborantinnen und Laboranten zu versetzen, die Messgeräte kritisch vergleichen müssen.

Setup: Gruppentische mit Zugang zu Recherchequellen

Materials: Dokumentation des Problemszenarios, KWL-Tabelle (Wissen, Wollen, Lernen) oder Inquiry-Framework, Ressourcenpool / Handapparat, Vorlage für die Ergebnispräsentation

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Problemorientiertes Lernen

⏱ 35 Min.·Einzelarbeit

Individual: Rechen-Challenge mit Messung

Jeder Schüler berechnet benötigte Mengen für eine 0,1-molare Lösung, wiegt aus und prüft Volumen. Danach kalibrieren sie mit einer Waage und diskutieren Ergebnisse im Plenum.

Vorbereitung & Details

Vergleichen Sie die molare Konzentration mit der Massenkonzentration und bewerten Sie deren Anwendungsbereiche.

Moderationstipp: Geben Sie in der Rechen-Challenge den Schülern Stoppuhren, damit sie selbst die Zeit messen und so die Bedeutung von Volumenänderungen überprüfen.

Setup: Gruppentische mit Zugang zu Recherchequellen

Materials: Dokumentation des Problemszenarios, KWL-Tabelle (Wissen, Wollen, Lernen) oder Inquiry-Framework, Ressourcenpool / Handapparat, Vorlage für die Ergebnispräsentation

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Dieses Thema unterrichten

Erfahrene Lehrkräfte starten mit einer kurzen Wiederholung der Grundlagen, bevor die Schüler praktisch arbeiten. Sie vermeiden Frontalunterricht bei der Konzentrationsherstellung und setzen stattdessen auf Stationsarbeit, bei der Fehler direkt korrigiert werden können. Wichtig ist, dass die Schüler die Einheiten (mol/L und g/L) nicht nur kennen, sondern auch eigenständig umrechnen und ihre Wahl begründen. Typische Stolpersteine wie die Verwechslung von Masse und Stoffmenge werden durch gezielte Fragen während des Experiments aufgegriffen.

Was Sie erwartet

Am Ende sollen die Schülerinnen und Schüler Konzentrationen nicht nur berechnen, sondern auch sicher herstellen, Messfehler erkennen und zwischen molarer und Massenkonzentration begründet wählen können. Sie diskutieren Messgenauigkeit und erklären, warum Verdünnungen nicht die Konzentration beibehalten. Ihre Protokolle zeigen klare Rechenschritte und begründete Entscheidungen bei der Materialauswahl.

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

Häufige Fehlvorstellung

Während des Stationenlernens: Konzentrationsherstellung, beobachten Sie Schüler, die molare und Massenkonzentration für austauschbar halten.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Fordern Sie diese Schüler auf, eine 1-molare Natriumchloridlösung und eine 1-g/L-Glukoselösung mit identischer Masse herzustellen. Lassen Sie sie die Osmose-Effekte an Kartoffelstücken vergleichen und die unterschiedlichen Teilchenzahlen berechnen.

Häufige Fehlvorstellung

Während der Paararbeit: Verdünnungsreihe, achten Sie auf Schüler, die behaupten, die Konzentration bleibe beim Verdünnen gleich.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Lassen Sie die Schüler die Konzentration vor und nach der Verdünnung berechnen und die Ergebnisse mit den Pipettiermengen überprüfen. Peer-Feedback durch Mitschüler sichert die Erkenntnis, dass c2 = c1 * V1/V2 gilt.

Häufige Fehlvorstellung

Während der kolorimetrischen Bestimmung, hören Sie Schüler, die sagen, die Konzentration ändere sich nicht mit der Temperatur.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Geben Sie den Paaren zwei Reagenzgläser mit gleicher Lösung, eines kalt und eines warm, und lassen Sie sie das Volumen messen. Die thermische Expansion zeigt, dass die Konzentration sinkt, wenn das Volumen steigt.

Ideen zur Lernstandserhebung

Lernstandskontrolle

Nach dem Stationenlernen: Lassen Sie die Schüler eine 0,5 molare Natriumchlorid-Lösung für 250 mL berechnen und begründen, warum molare Konzentration hier besser geeignet ist als Massenkonzentration.

Kurze Überprüfung

Nach der Paararbeit: Verdünnungsreihe: Stellen Sie die Aufgabe an die Tafel, 100 mL einer 2-molaren Salzsäure auf 500 mL zu verdünnen und die neue Konzentration zu berechnen. Sammeln Sie die Lösungswege ein.

Diskussionsfrage

Während der kolorimetrischen Bestimmung: Leiten Sie eine Diskussion darüber, welche Messgeräte für Masse und Volumen am genauesten sind. Lassen Sie die Schüler Messzylinder mit Bechergläsern vergleichen und ihre Wahl begründen.

Erweiterungen & Unterstützung

• Challenge: Berechnen Sie die Konzentration einer gesättigten Kochsalzlösung bei 20°C und vergleichen Sie diese mit Ihrer selbst hergestellten Lösung.
• Scaffolding: Nutzen Sie die vorgegebenen Massen und Volumina aus der Stationenarbeit als Ausgangspunkt, bevor Sie eigene Werte wählen.
• Deeper exploration: Untersuchen Sie, wie sich die Konzentration ändert, wenn Sie die Temperatur der Lösung erhöhen und messen Sie das Volumen präzise mit einem Messzylinder und einer Bürette.

Schlüsselvokabular

Molare Konzentration (c)	Gibt die Stoffmenge eines gelösten Stoffes pro Volumeneinheit der Lösung an, üblicherweise in Mol pro Liter (mol/L).
Massenkonzentration (ρ)	Bezeichnet die Masse eines gelösten Stoffes pro Volumeneinheit der Lösung, meist in Gramm pro Liter (g/L).
Gelöster Stoff	Die Substanz, die sich in einer Flüssigkeit (dem Lösungsmittel) auflöst, um eine Lösung zu bilden.
Lösungsmittel	Die Flüssigkeit, in der sich ein gelöster Stoff auflöst, um eine Lösung zu bilden. Bei wässrigen Lösungen ist dies meist Wasser.
Verdünnung	Der Prozess, bei dem die Konzentration einer Lösung verringert wird, typischerweise durch Zugabe von mehr Lösungsmittel.