Reaktionsgleichungen ausgleichen: Unterrichtsplan
Aktualisiert am 2026-10-02
Dieser Unterrichtsplan zum Ausgleichen von Reaktionsgleichungen nutzt eine kostenlose Simulation, um zwei Gewohnheiten abzustellen, die die ersten Versuche der meisten Lernenden ruinieren: Indizes statt Koeffizienten zu ändern und zu raten, statt zu zählen. Die Lernenden stellen Koeffizienten mit Auf- und Ab-Tasten ein und sehen an einer Waage für jedes Element, wie sie sich neigt oder ins Gleichgewicht kommt, sodass die Erhaltung der Atome sichtbar wird. Danach spielen sie ein Spiel mit drei Stufen. Sie erhalten Lernziele, Vorbereitung, Vorhersagen, einen Ablauf Schritt für Schritt mit den Zählwerten, die die Lernenden sehen sollten, einen vollständigen Lösungsschlüssel, ein Fragenset mit fünf Fragen für den Klassenlink, eine Erweiterung zum limitierenden Edukt und Ideen zur Differenzierung. Jeder Wert stammt aus dem eigenen Modell der Simulation.
Die Stunde im Überblick
- Stufe: Klassen 7–10 (Alter 12–16). Spielstufe 3 fordert Lernende der Klassen 10–11 heraus.
- Zeit: eine Unterrichtsstunde von 50–60 Minuten, plus eine optionale Erweiterung von 15 Minuten.
- Vorwissen: chemische Formeln und was ein Index bedeutet; die Idee, dass die Masse bei einer Reaktion erhalten bleibt.
- Format: Paare an Laptops, Tablets oder Smartphones, oder die ganze Klasse mit einem Beamer.
- Simulation: Reaktionsgleichungen ausgleichen – Koeffizienten, Molekülmodelle und Übungsspiel. Erweiterung: Edukte, Produkte und Reste.
Lernziele
Am Ende der Stunde können die Lernenden:
- die Atome jedes Elements auf beiden Seiten einer Gleichung zählen.
- erklären, warum man Koeffizienten ändert und nie Indizes.
- Gleichungen mit zwei bis vier Stoffen mit den kleinsten ganzzahligen Koeffizienten ausgleichen.
- erkennen, dass jedes Vielfache eines ausgeglichenen Satzes ebenfalls ausgeglichen ist.
- (Erweiterung) mit einer ausgeglichenen Gleichung bestimmen, welches Edukt zuerst aufgebraucht ist.
Was die Simulation leistet
Die Simulation hat zwei Bildschirme.
Einführung bietet drei Reaktionen: Ammoniaksynthese, Zerlegung von Wasser und Verbrennung von Methan. Jeder Koeffizient beginnt bei 1. Die Lernenden drücken unter jeder Formel auf + und −, von 1 bis 6. Über den Tasten zeigen kleine Molekülmodelle, wie viele Moleküle jeder Koeffizient bedeutet. Unter der Gleichung steht für jedes Element eine Waage, mit der Atomzahl links und rechts auf den Schalen. Eine Waage neigt sich zur schwereren Seite und kommt ins Gleichgewicht, wenn die Zahlen übereinstimmen. Ansicht: Waage (bzw. Ansicht: Säulen) wechselt zu einem Säulendiagramm mit denselben Zahlen. Stimmt jedes Element, wechselt die Beschriftung von „Nicht ausgeglichen ☹“ zu „Ausgeglichen ☺“. Koeffizienten zurücksetzen setzt alles wieder auf 1.
Spiel hat drei Stufen mit je fünf Gleichungen, immer in derselben Reihenfolge. Die Koeffizienten gehen von 1 bis 9, und eine Tabelle Element / Links / Rechts / Gleich? markiert jedes Element mit ✓ oder ✗. Prüfen gibt 2 Punkte für eine richtige Antwort beim ersten Versuch und 1 Punkt beim zweiten. Nach zwei falschen Versuchen zeigt das Spiel die ausgeglichene Gleichung. Jede Stufe wird mit 10 Punkten bewertet, und eine Stoppuhr ist optional.
Zwei Details sind für den Unterricht wichtig:
- Die Einführung akzeptiert jeden ausgeglichenen Satz. 2N₂ + 6H₂ → 4NH₃ zeigt „Ausgeglichen ☺“ genau wie N₂ + 3H₂ → 2NH₃.
- Das Spiel verlangt die kleinsten ganzen Zahlen. Es vergleicht die Antwort mit dem gekürzten Satz, sodass 4H₂ + 2O₂ → 4H₂O als falsch gewertet wird, obwohl jedes Atom ausgeglichen ist. Das ist die Konvention und ein guter Gesprächsanlass.
Eine Kleinigkeit, vor der Sie die Lernenden warnen sollten: Bei einem Koeffizienten von 5 oder 6 hört das Bild bei vier Molekülen auf. Die Waagen zählen weiterhin jedes Atom.
Material und Vorbereitung vor dem Unterricht
Material: ein Gerät pro Paar (oder ein Beamer), kleine Whiteboards oder Schmierpapier und die Protokolltabelle unten.
Vorbereitung (10 Minuten, einmalig):
- Öffnen Sie die Simulation. Die Standardeinstellungen sind der Bildschirm Einführung, Ammoniaksynthese, Waagen und eingeschaltete Spielstoppuhr.
- Klicken Sie auf Teilen und erstellen Sie für jede Klasse einen Link, zum Beispiel „Chemie · 4. Stunde“. Wenn Stoppuhren Ihre Klasse stressen, schalten Sie Stoppuhr im Spiel anzeigen aus, bevor Sie den Link erstellen.
- Optional: Geben Sie auf dem Tab Fragen das Fragenset unten ein und verknüpfen Sie es mit dem Link.
- Veröffentlichen Sie den Link oder öffnen Sie ihn im Präsentationsmodus und zeigen Sie den QR-Code.
Ablauf der Stunde
1. Einstieg und Vorhersagen (7 Minuten)
Schreiben Sie H₂ + O₂ → H₂O an die Tafel und fragen Sie: „Wasserstoff verbrennt in Sauerstoff zu Wasser. Ist diese Gleichung fertig?“ Dann legen sich die Lernenden auf zwei Vorhersagen fest, auf Papier oder am Link:
- P1. „Welche Elemente sind in N₂ + H₂ → NH₃ bei allen Koeffizienten 1 nicht ausgeglichen? Nur Stickstoff / nur Wasserstoff / beide / keines.“
- P2. „Kann man H₂ + O₂ → H₂O ausgleichen, indem man H₂O in H₂O₂ ändert?“
Rechnen Sie bei P1 mit vielen Antworten „nur Wasserstoff“ und bei P2 mit vielen „Ja“. Korrigieren Sie noch niemanden.
2. Ammoniak: erst zählen, dann ändern (10 Minuten)
Die Paare öffnen den Bildschirm Einführung mit Ammoniak und lesen die Waagen ab, bevor sie etwas anfassen:
| Koeffizienten | N links | N rechts | H links | H rechts | Beschriftung |
|---|---|---|---|---|---|
| 1, 1, 1 | 2 | 1 | 2 | 3 | Nicht ausgeglichen ☹ |
| 1, 1, 2 | 2 | 2 | 2 | 6 | Nicht ausgeglichen ☹ |
| 1, 3, 2 | 2 | 2 | 6 | 6 | Ausgeglichen ☺ |
Prüfen Sie P1: Beide Elemente sind zu Beginn nicht ausgeglichen. Sprechen Sie die Routine laut vor. „Stickstoff stimmt um eins nicht. Mach zwei NH₃. Das behebt Stickstoff, aber jetzt steht Wasserstoff bei 2 gegen 6. Drei H₂ ergeben 6. Zähle alles noch einmal.“ Fragen Sie dann zu P2: „Warum schreiben wir nicht einfach NH₂?“ Weil NH₂ kein Ammoniak ist. Ein Index gehört zur Identität des Stoffs. Ein Koeffizient sagt nur, wie viele Moleküle man hat.
3. Wasser und Methan (10 Minuten)
Die Paare gleichen die beiden anderen Reaktionen selbstständig aus und füllen dieselbe Art von Tabelle aus:
- Zerlegung von Wasser: Bei 1, 1, 1 stimmt Wasserstoff (2 und 2), Sauerstoff aber nicht (1 gegen 2). Die Lösung ist 2H₂O → 2H₂ + O₂.
- Verbrennung von Methan: Bei 1, 1, 1, 1 stimmt Kohlenstoff, Wasserstoff steht bei 4 gegen 2 und Sauerstoff bei 2 gegen 3. Die Lösung ist CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O.
Fragen Sie nach der Reihenfolge, in der sie die Elemente ausgeglichen haben. Die beste Routine: Beginnen Sie mit einem Element, das auf jeder Seite nur in einer Formel vorkommt, und heben Sie sich Elemente, die allein stehen (O₂, H₂, Fe), für den Schluss auf, weil ihre Änderung nichts anderes durcheinanderbringt.
4. Vielfache (3 Minuten)
Bitten Sie die Paare, Ammoniak auf 2, 6, 4 einzustellen. Die Beschriftung zeigt weiterhin „Ausgeglichen ☺“. Fragen Sie: „Ist 2N₂ + 6H₂ → 4NH₃ also falsch?“ Es ist ausgeglichen, aber Chemikerinnen und Chemiker schreiben die kleinsten ganzen Zahlen, so wie wir einen Bruch kürzen. Das Spiel besteht darauf.
5. Spiel (15 Minuten)
Die Paare spielen Stufe 1, dann Stufe 2. Lernende, die in Stufe 2 mindestens 8 Punkte erreichen, gehen zu Stufe 3 über. Sagen Sie ihnen, dass sie die Spalte „Gleich?“ lesen sollen, bevor sie auf Prüfen drücken, denn der zweite Versuch bringt nur 1 Punkt. Hier ist der vollständige Lösungsschlüssel, in der Reihenfolge, in der das Spiel die Gleichungen zeigt:
| Stufe | Ausgeglichene Gleichung |
|---|---|
| 1 | 3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄ |
| 1 | 2H₂ + O₂ → 2H₂O |
| 1 | 4Na + O₂ → 2Na₂O |
| 1 | 2Mg + O₂ → 2MgO |
| 1 | Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂ |
| 2 | 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃ |
| 2 | Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O |
| 2 | Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ |
| 2 | 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂ |
| 2 | 4P + 5O₂ → 2P₂O₅ |
| 3 | C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O |
| 3 | Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ |
| 3 | 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂ |
| 3 | 3Ca(OH)₂ + 2H₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂ + 6H₂O |
| 3 | 2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O |
Bei den Gleichungen mit ungerader Sauerstoffzahl (4Al + 3O₂, 4P + 5O₂ und 2C₂H₆ + 7O₂) bleiben die meisten Lernenden hängen. Der Trick: Erst mit einem Halben ausgleichen (C₂H₆ + 3½O₂), dann alles verdoppeln.
6. Abschlusscheck (5 Minuten)
Nutzen Sie die Fragen 3–5 des Sets unten. Öffnen Sie dann Antworten ansehen und zeigen Sie die Spalten „Vorhersage“ und „Danach“ für P1 und P2 nebeneinander. P2 zeigt meist die größte Veränderung der Stunde.
Fragenset für diese Stunde
Geben Sie diese Fragen auf dem Tab Fragen der Simulation ein. Vorgeschlagene Anleitung für Schüler: „Zähle die Atome auf beiden Seiten, bevor du etwas änderst. Ändere nur die Koeffizienten. Nimm die kleinsten ganzen Zahlen.“
1. Multiple Choice · Vorher, als Vorhersage · Nach der Simulation noch einmal fragen
- Frage: „Welche Elemente sind in N₂ + H₂ → NH₃ bei allen Koeffizienten 1 nicht ausgeglichen?“
- Optionen: nur Stickstoff / nur Wasserstoff / sowohl Stickstoff als auch Wasserstoff (richtig) / keines
- Erklärung: „Die linke Seite hat 2 N und 2 H. Die rechte Seite hat 1 N und 3 H. Beide Elemente stimmen nicht, also braucht man Koeffizienten auf beiden Seiten: N₂ + 3H₂ → 2NH₃ ergibt auf jeder Seite 2 N und 6 H.“
2. Multiple Choice · Vorher, als Vorhersage · Nach der Simulation noch einmal fragen
- Frage: „Kann man H₂ + O₂ → H₂O ausgleichen, indem man H₂O in H₂O₂ ändert?“
- Optionen: Ja, so wird es ausgeglichen / Nein, das ergibt einen anderen Stoff (richtig) / Ja, aber nur auf der Produktseite / Nur, wenn man auch H₂ ändert
- Erklärung: „Indizes gehören zur Formel. H₂O₂ ist Wasserstoffperoxid, nicht Wasser. Ändere zum Ausgleichen nur die Koeffizienten: 2H₂ + O₂ → 2H₂O.“
3. Zahl · Nach der Simulation
- Frage: „Gleiche C₃H₈ + O₂ → CO₂ + H₂O mit den kleinsten ganzen Zahlen aus (Spiel, Stufe 3). Welcher Koeffizient steht vor O₂?“
- Antwort: 5, Toleranz ± 0
- Erklärung: „Drei C-Atome ergeben 3CO₂. Acht H-Atome ergeben 4H₂O. Die Produkte enthalten dann 6 + 4 = 10 O-Atome, also brauchst du 5O₂: C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O.“
4. Zahl · Nach der Simulation
- Frage: „Gleiche Al + O₂ → Al₂O₃ mit den kleinsten ganzen Zahlen aus (Spiel, Stufe 2). Wie lautet der Koeffizient von Al?“
- Antwort: 4, Toleranz ± 0
- Erklärung: „Sauerstoff kommt links paarweise und rechts zu dritt vor, also ist die kleinste gemeinsame Zahl 6: 3O₂ und 2Al₂O₃. Zwei Al₂O₃ enthalten 4 Al-Atome, die Antwort ist also 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃.“
5. Kurzantwort · Nach der Simulation
- Frage: „Das Spiel wertet 4H₂ + 2O₂ → 4H₂O als falsch, obwohl jedes Atom ausgeglichen ist. Warum?“
- Akzeptierte Antworten (optional): *kleinst*, *niedrigst*, *einfachst*, *kürz*
- Musterantwort: „Die Koeffizienten müssen die kleinsten ganzen Zahlen sein. 4, 2, 4 lassen sich alle durch 2 teilen, was 2H₂ + O₂ → 2H₂O ergibt.“
Die Fragen 1 und 2 sind die Vorhersagen, die nach der Simulation noch einmal gestellt werden. Wie Sie die Antworten mehrerer Klassen vergleichen, lesen Sie in Schülerantworten ohne Schülerkonten sammeln.
Erweiterung: Welches Edukt wird zuerst aufgebraucht?
Eine ausgeglichene Gleichung ist ein Rezept. Die zweite Simulation zeigt, was passiert, wenn die Mengen nicht zum Rezept passen. Beginnen Sie auf ihrem Bildschirm Sandwiches mit der Analogie und öffnen Sie dann Moleküle. Zwei Regler legen die Zahl der Moleküle jedes Edukts von 0 bis 10 fest, und der Bildschirm zeigt die Produkte und die Reste. Eine Atombilanz-Tabelle belegt, dass nichts verschwindet.
Die Standardwerte ergeben gute Beispiele:
| Reaktion | Start | Produkte | Übrig |
|---|---|---|---|
| Wasser bilden: 2H₂ + O₂ → 2H₂O | 4 H₂, 3 O₂ | 4 H₂O | 1 O₂ |
| Ammoniak bilden: N₂ + 3H₂ → 2NH₃ | 2 N₂, 9 H₂ | 4 NH₃ | 3 H₂ |
| Methan verbrennen: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O | 3 CH₄, 8 O₂ | 3 CO₂, 6 H₂O | 2 O₂ |
Fragen Sie: „In der Ammoniak-Zeile gibt es mehr H₂- als N₂-Moleküle. Was ist zuerst aufgebraucht?“ N₂. Jedes N₂ braucht drei H₂, also verbrauchen 2 N₂ nur 6 der 9. Lassen Sie die Lernenden dann eigene Zahlen einstellen und vorhersagen, bevor sie den Regler bewegen. Der Bildschirm Spiel dieser Simulation bietet vier Übungsstufen.
Differenzierung
Unterstützung:
- Bleiben Sie auf dem Bildschirm Einführung mit dem Säulendiagramm, das manche Lernende leichter lesen als die Waagen.
- Geben Sie ein Zählraster mit einer Zeile pro Element und Spalten für links und rechts.
- Stellen Sie eine sichere Zählerin oder einen sicheren Zähler neben jemanden, dem die Routine vorgemacht werden muss.
Herausforderung:
- Stufe 3 des Spiels, besonders 3Ca(OH)₂ + 2H₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂ + 6H₂O. Fragen Sie, warum man PO₄ als eine Einheit zählen kann.
- Gleichen Sie 2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O aus und erklären Sie dann, warum der Trick mit dem Halben funktioniert.
- Schreiben Sie die ausgeglichene Gleichung für die Verbrennung von Propan und prüfen Sie sie am Spiel.
Lernende mit Deutsch als Zweitsprache: Die Simulation gibt es in sechs Sprachen. Erstellen Sie einen zweiten Link in der Sprache der Lernenden, damit ihnen die Beschriftungen vertraut sind, während das Gespräch auf Deutsch bleibt.
Zuordnung zu Standards
Diese Stunde entspricht dem NGSS-Standard MS-PS1-5 (US-Standards für die Naturwissenschaften): ein Modell entwickeln und nutzen, um zu beschreiben, wie die Gesamtzahl der Atome bei einer chemischen Reaktion unverändert bleibt und die Masse somit erhalten ist. Für die Oberstufe unterstützt sie HS-PS1-7, den Einsatz mathematischer Darstellungen, um zu zeigen, dass Atome und damit die Masse erhalten bleiben. Sie passt zum Thema chemische Gleichungen im GCSE Chemistry (Großbritannien) und in jedem einführenden Chemiekurs.
Weitere Chemie-Aktivitäten finden Sie in Ideen für interaktiven Chemieunterricht. Zu Routinen im Klassenzimmer lesen Sie So setzen Sie interaktive Simulationen im Unterricht ein. Die Moleküle dieser Gleichungen stammen aus dem Unterrichtsplan „Ein Molekül bauen“, der sich gut für die Stunde davor eignet.
Häufige Fragen
Warum sagt die Einführung bei 2, 6, 4 „Ausgeglichen“, während das Spiel es als falsch wertet?
Die Einführung prüft nur, ob die Atome übereinstimmen, und das ist die Naturwissenschaft. Das Spiel prüft zusätzlich die Konvention der kleinsten ganzen Zahlen. Nutzen Sie den Unterschied, um beide Ideen zu vermitteln.
Können Lernende schummeln, indem sie alle Zahlen ausprobieren?
Auf dem Bildschirm Einführung ein wenig. Im Spiel kostet eine falsche Antwort Punkte, und der zweite Versuch bringt nur 1 Punkt, sodass Raten sich nicht lohnt. Bitten Sie die Lernenden, ihre Atomzahlen aufzuschreiben, bevor sie auf Prüfen drücken.
Ist die Reihenfolge im Spiel zufällig?
Nein. Jede Stufe zeigt immer dieselben fünf Gleichungen in derselben Reihenfolge, sodass der Lösungsschlüssel oben zum Bildschirm jedes Lernenden passt.
Eignet sich das als Hausaufgabe?
Ja. Die Lernenden öffnen den Link ohne Konto und spielen das Spiel zu Hause. Verknüpfen Sie das Fragenset mit dem Link, damit ihre Antworten bei Ihnen ankommen. Der Leitfaden zu Hausaufgaben enthält weitere Ideen.