Plan de Clase | Metodología Activa | Estequiometría: Problemas de Estequiometría

Supuestos: Este Plan de Clase Activo supone: una clase de 100 minutos de duración, estudio previo de los alumnos tanto con el Libro, como con el inicio del desarrollo del Proyecto, y que se elegirá una sola actividad (de las tres sugeridas) para ser realizada durante la clase, ya que cada actividad está diseñada para ocupar gran parte del tiempo disponible.

Objetivos

Duración: (5 - 10 minutos)

La etapa de Objetivos es crucial para dirigir el enfoque de los alumnos y del profesor hacia los aspectos más importantes del estudio de la estequiometría. Estableciendo objetivos claros, los alumnos son orientados a aplicar los conocimientos previos de forma práctica y profunda durante la clase, mientras que el profesor puede ajustar la planificación para atender a las necesidades específicas de aprendizaje de los alumnos.

Objetivos Principales:

1. Capacitar a los alumnos a resolver problemas de estequiometría que involucren cálculos de masa, volumen, número de moles o átomos en cantidades estequiométricas o con compuestos en exceso.

2. Desarrollar la habilidad de reconocer y lidiar con impurezas en las muestras durante cálculos estequiométricos.

Introducción

Duración: (15 - 20 minutos)

La introducción sirve para involucrar a los alumnos con el tema de la clase, utilizando situaciones problema que ellos puedan haber encontrado en sus lecturas previas y contextualizando la importancia de la estequiometría a través de ejemplos reales y prácticos. Este momento estimula la curiosidad y la aplicación del conocimiento teórico en situaciones del día a día, preparando el terreno para una comprensión más profunda y significativa durante las actividades prácticas.

Situaciones Basadas en Problemas

1. Considere que un fabricante de baterías necesita calcular la cantidad de ácido sulfúrico necesaria para producir 100 baterías, sabiendo que cada batería requiere 2g de ácido sulfúrico. ¿Cómo puede usar la estequiometría para determinar la cantidad correcta de ácido sulfúrico, considerando que el ácido disponible tiene una pureza del 85%?

2. Imagine que un laboratorio debe preparar 500mL de una solución de hidróxido de sodio a 0,1 mol/L a partir de una solución madre de hidróxido de sodio a 2 mol/L. ¿Cuál es la cantidad de solución madre necesaria y cómo puede la estequiometría ayudar a calcular esa medida?

Contextualización

La estequiometría no es solo una herramienta de cálculo en laboratorios, sino que tiene aplicaciones prácticas significativas en industrias como la farmacéutica, alimentaria y de baterías. Por ejemplo, en la industria de alimentos, la estequiometría es crucial para determinar las cantidades correctas de ingredientes que deben ser mezclados para garantizar la calidad y seguridad de los productos. Además, entender la estequiometría permite a científicos e ingenieros optimizar procesos y reducir desperdicios, lo cual es esencial en un mundo que busca cada vez más sostenibilidad.

Desarrollo

Duración: (75 - 80 minutos)

La etapa de Desarrollo está diseñada para permitir que los alumnos apliquen los conceptos de estequiometría de manera práctica y contextualizada. Al resolver problemas complejos en grupo, los alumnos no solo profundizan su entendimiento teórico, sino que también desarrollan habilidades de colaboración y comunicación. Cada actividad propuesta busca simular situaciones reales donde el conocimiento estequiométrico es fundamental, preparando a los alumnos para enfrentar desafíos prácticos y teóricos de manera integrada.

Sugerencias de Actividades

Se recomienda realizar solo una de las actividades sugeridas

Actividad 1 - El Misterio de los Muffins Locos

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Aplicar conceptos de estequiometría para ajustar cantidades de ingredientes en una receta, considerando la impureza de uno de los reactivos.

- Descripción: Los alumnos son desafiados a resolver un problema de estequiometría involucrando la preparación de una receta de muffins. La receta incluye ingredientes que necesitan ser ajustados de acuerdo con el número de personas a ser servidas. Además, los alumnos descubren que uno de los ingredientes, la levadura, tiene una pureza diferente de la esperada, lo que añade una capa de complejidad al cálculo.

- Instrucciones:

• Dividir la sala en grupos de un máximo de 5 alumnos.

• Cada grupo recibe una receta de muffins que debe ser redimensionada para servir el doble de personas que la original.

• Los alumnos deben calcular la cantidad de cada ingrediente necesario, considerando que la levadura, que debería estar al 99% de pureza, en realidad está al 80%.

• Después de los cálculos, cada grupo prepara una presentación para explicar su metodología y resultados.

• Finalmente, la clase discute las diferentes estrategias y resultados y cómo la pureza de la levadura afectó los cálculos.

Actividad 2 - La Fórmula del Laboratorio Secreto

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Desarrollar habilidades de cálculo estequiométrico en un contexto de laboratorio, considerando la variación en la pureza de los reactivos.

- Descripción: En esta actividad, los alumnos asumen el papel de científicos que necesitan preparar una solución para un experimento ultra-secreto. La solución debe ser preparada a partir de un reactivo que, debido a un reciente descubrimiento, ha tenido su pureza alterada. Los alumnos deben calcular la cantidad exacta del reactivo para garantizar que la solución final tenga la concentración correcta.

- Instrucciones:

• Formar grupos de hasta 5 alumnos.

• Distribuir la 'fórmula' del experimento, especificando la pureza del reactivo y la concentración deseada de la solución final.

• Los alumnos deben calcular la masa exacta del reactivo que se utilizará, considerando la pureza dada.

• Cada grupo prepara la solución y realiza una breve presentación sobre el proceso seguido.

• Al final, discutir las variaciones entre las soluciones preparadas y el impacto de la pureza en la preparación.

Actividad 3 - Operación Rescate: Química de Emergencia

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Utilizar la estequiometría para resolver un problema práctico en un contexto de urgencia y aplicar los conceptos teóricos de concentración y dilución.

- Descripción: Los alumnos son llamados a resolver un desafío de estequiometría en una situación de emergencia. Un hospital necesita preparar una solución de glucosa para un paciente, pero la concentración de la solución disponible es diferente de la necesaria y el tiempo es crucial. Los alumnos deben calcular la cantidad correcta de glucosa que se debe añadir para alcanzar la concentración terapéutica, ¡salvando el día!

- Instrucciones:

• Dividir la clase en grupos de hasta 5 alumnos.

• Presentar el escenario de emergencia en el que la solución de glucosa debe ser preparada rápidamente y con precisión.

• Proporcionar datos sobre la concentración de la solución disponible, la concentración necesaria y el volumen total que se debe preparar.

• Los alumnos calculan la cantidad de glucosa necesaria para preparar la solución, considerando la diferencia de concentración entre la solución disponible y la necesaria.

• Cada grupo presenta su solución y los cálculos realizados, seguido de una discusión sobre la importancia de la estequiometría en situaciones reales y urgentes.

Retroalimentación

Duración: (15 - 20 minutos)

La etapa de Retorno es crucial para consolidar el aprendizaje de los alumnos, permitiéndoles articular el conocimiento adquirido y reflexionar sobre la aplicación práctica de los conceptos de estequiometría. Esta discusión ayuda a identificar cualquier malentendido y refuerza la comprensión del contenido a través del intercambio de experiencias y perspectivas entre los grupos. Además, prepara a los alumnos para pensar críticamente sobre cómo aplicar el conocimiento en contextos variados y complejos.

Discusión en Grupo

Al final de las actividades, reúna a todos los alumnos para una discusión en grupo. Inicie la discusión con una breve introducción, destacando la importancia de la colaboración y el intercambio de conocimientos. Anime a cada grupo a presentar un resumen de los resultados obtenidos y de las estrategias utilizadas. Explique que esta es una oportunidad para aprender unos de otros y reflexionar sobre las diferentes enfoques y soluciones encontradas durante las actividades.

Preguntas Clave

1. ¿Cuáles fueron los mayores desafíos encontrados al aplicar la estequiometría en las actividades propuestas?

2. ¿Cómo afectó la impureza de los reactivos a los cálculos y a la preparación de las soluciones?

3. ¿De qué manera las actividades realizadas pueden ser aplicadas en situaciones reales fuera del entorno escolar?

Conclusión

Duración: (5 - 10 minutos)

La etapa de Conclusión sirve para asegurar que los alumnos hayan absorbido los puntos clave de la clase, conectándolos con situaciones reales y destacando la importancia del conocimiento de estequiometría. Esta recapitulación ayuda a reforzar el aprendizaje y a entender la relevancia del tema no solo en la teoría, sino en la práctica diaria e industrial. Además, prepara el terreno para futuras aplicaciones del conocimiento adquirido, incentivando al alumno a continuar explorando y aplicando los conceptos aprendidos.

Resumen

Para cerrar, es esencial resumir y reforzar los conceptos de estequiometría abordados en la clase. Los alumnos exploraron cálculos de masa, volumen, número de moles y átomos en cantidades estequiométricas, además de lidiar con compuestos en exceso e impurezas. A través de las actividades prácticas, pudieron aplicar teoría en situaciones que simulan desafíos reales, como en la industria alimentaria y farmacéutica.

Conexión con la Teoría

La clase de hoy conectó teoría y práctica de forma integrada. Los alumnos utilizaron el conocimiento teórico sobre estequiometría para resolver problemas prácticos en laboratorio, simulando situaciones reales y aplicando cálculos en contextos que demandan precisión y rapidez, como en la preparación de soluciones de glucosa en hospitales o de ingredientes en industrias de alimentos.

Cierre

La comprensión de la estequiometría es fundamental, no solo para el éxito académico en disciplinas de ciencias, sino también para la vida cotidiana. La habilidad de calcular y ajustar reacciones químicas tiene aplicaciones prácticas vastas, desde la preparación de alimentos hasta el desarrollo de nuevos materiales en la industria. Este conocimiento capacita a los alumnos a entender y controlar mejor las transformaciones químicas a su alrededor, contribuyendo a una sociedad más informada y tecnológicamente avanzada.