Plan de Clase | Metodología Tradicional | Electroquímica: Leyes de Faraday

Objetivos

Duración: 10 a 15 minutos

El propósito de esta etapa es proporcionar una visión clara y objetiva sobre los objetivos de la clase, asegurando que los alumnos comprendan la importancia de dominar las leyes de Faraday y sus aplicaciones prácticas. Al establecer estos objetivos, el profesor orienta el enfoque de la clase y prepara el terreno para un aprendizaje estructurado y eficiente.

Objetivos Principales

1. Explicar las leyes de Faraday y sus fórmulas matemáticas.

2. Demostrar cómo aplicar las leyes de Faraday para calcular la masa depositada en un electrodo durante la electrólisis.

3. Orientar a los alumnos en la resolución de problemas que involucren el tiempo necesario para depositar una masa específica en un electrodo.

Introducción

Duración: 10 a 15 minutos

El propósito de esta etapa es captar la atención de los alumnos y contextualizar la importancia del tema, mostrando cómo la electrólisis y las leyes de Faraday están presentes en varias aplicaciones del día a día. Esto ayuda a despertar el interés y la motivación de los alumnos, preparándolos para el contenido teórico que se abordará posteriormente.

Contexto

Para iniciar la clase de hoy sobre Electroquímica: Leyes de Faraday, considere el papel crucial de la electrólisis en la vida moderna. La electrólisis es un proceso vital en diversas industrias, como la producción de aluminio, cobre y otros metales, además de la fabricación de productos químicos como cloro y soda cáustica. Presentar este escenario ayuda a los alumnos a percibir la importancia práctica y económica del contenido que aprenderán.

Curiosidades

¿Sabías que la electrólisis es fundamental en la producción de hidrógeno, que es una fuente de energía limpia y renovable? Además, a través de la electrólisis, es posible realizar la galvanoplastia, un proceso utilizado para recubrir objetos metálicos con una capa de otro metal, como la plata o el oro, otorgándoles mayor resistencia y estética.

Desarrollo

Duración: 45 a 50 minutos

El propósito de esta etapa es profundizar el conocimiento de los alumnos sobre las leyes de Faraday, proporcionando una comprensión sólida de las fórmulas y conceptos involucrados. A través de explicaciones detalladas y ejemplos prácticos, los alumnos podrán aplicar las leyes de Faraday en diversos problemas de electrólisis, fortaleciendo sus habilidades de cálculo y resolución de problemas.

Temas Abordados

1. Primera Ley de Faraday: Explique que la cantidad de sustancia (m) depositada o liberada en un electrodo es directamente proporcional a la cantidad de carga eléctrica (Q) que pasa por la solución. La fórmula básica es m = kQ, donde k es la constante de proporcionalidad. 2. Segunda Ley de Faraday: Detalle que la masa de diferentes sustancias depositadas o liberadas por una cantidad igual de electricidad es proporcional a sus equivalentes químicos. La fórmula es m = (M/F) * (Q/z), donde M es la masa molar, F es la constante de Faraday, Q es la carga y z es el número de electrones involucrados en la reacción. 3. Cálculo de la carga eléctrica (Q): Explique cómo calcular la carga eléctrica utilizando la fórmula Q = I * t, donde I es la corriente en amperios y t es el tiempo en segundos. 4. Ejemplos Prácticos: Presente ejemplos prácticos de cálculos utilizando las leyes de Faraday, como calcular la masa de cobre depositada cuando se pasa una corriente de 2A por una solución de CuSO₄ durante 30 minutos.

Preguntas para el Aula

1. Calcule la masa de plata depositada en un electrodo cuando una corriente de 3A se pasa por una solución de AgNO₃ durante 20 minutos. (Dado: M_Ag = 107,87 g/mol, F = 96500 C/mol, z = 1) 2. Determine el tiempo necesario para depositar 0,5g de níquel en un electrodo a partir de una solución de NiSO₄ utilizando una corriente de 1,5A. (Dado: M_Ni = 58,69 g/mol, F = 96500 C/mol, z = 2) 3. Una corriente de 2A se pasa por una solución de CuSO₄ durante 45 minutos. Calcule la masa de cobre depositada en el electrodo. (Dado: M_Cu = 63,55 g/mol, F = 96500 C/mol, z = 2)

Discusión de Preguntas

Duración: 20 a 25 minutos

El propósito de esta etapa es revisar y consolidar el conocimiento adquirido por los alumnos durante la clase, asegurando que comprendan cómo aplicar las leyes de Faraday en diferentes contextos. Al discutir las soluciones a los problemas presentados y comprometer a los alumnos con preguntas reflexivas, el profesor facilita la fijación del contenido y promueve un ambiente de aprendizaje activo y participativo.

Discusión

• Pregunta 1: Calcule la masa de plata depositada en un electrodo cuando una corriente de 3A se pasa por una solución de AgNO₃ durante 20 minutos.

Determine la carga eléctrica (Q):

Q = I * t = 3A * (20 * 60s) = 3600 C

Use la Segunda Ley de Faraday:

m = (M/F) * (Q/z) = (107.87 g/mol / 96500 C/mol) * (3600 C / 1) ≈ 4.03 g

Respuesta: La masa de plata depositada es aproximadamente 4.03 g.

• Pregunta 2: Determine el tiempo necesario para depositar 0,5g de níquel en un electrodo a partir de una solución de NiSO₄ utilizando una corriente de 1,5A.

Use la Segunda Ley de Faraday para encontrar Q:

m = (M/F) * (Q/z)

Q = m * (F * z / M) = 0.5 g * (96500 C/mol * 2 / 58.69 g/mol) ≈ 1644.82 C

Calcule el tiempo (t):

Q = I * t

t = Q / I = 1644.82 C / 1.5 A ≈ 1096.55 s ≈ 18.28 min

Respuesta: El tiempo necesario es aproximadamente 18.28 minutos.

• Pregunta 3: Una corriente de 2A se pasa por una solución de CuSO₄ durante 45 minutos. Calcule la masa de cobre depositada en el electrodo.

Determine la carga eléctrica (Q):

Q = I * t = 2A * (45 * 60s) = 5400 C

Use la Segunda Ley de Faraday:

m = (M/F) * (Q/z) = (63.55 g/mol / 96500 C/mol) * (5400 C / 2) ≈ 1.78 g

Respuesta: La masa de cobre depositada es aproximadamente 1.78 g.

Compromiso de los Estudiantes

1. ¿Cuál es la importancia práctica de las leyes de Faraday en la industria moderna? 2. ¿Cómo puede la electrólisis ser utilizada en procesos sostenibles? 3. ¿Pueden pensar en otras aplicaciones prácticas de las leyes de Faraday además de las mencionadas en la clase? 4. ¿Cómo influye la cantidad de corriente eléctrica en la cantidad de sustancia depositada en un electrodo? 5. ¿Cuál es la relación entre el tiempo de electrólisis y la masa depositada?

Conclusión

Duración: 10 a 15 minutos

El propósito de esta etapa es revisar y consolidar los principales puntos abordados durante la clase, asegurando que los alumnos tengan una comprensión clara y completa del contenido. Al recapitular los temas y discutir sus aplicaciones prácticas y relevancia, el profesor refuerza el aprendizaje y prepara a los alumnos para utilizar los conceptos de forma autónoma.

Resumen

• Las leyes de Faraday fueron explicadas, incluyendo la Primera Ley, que relaciona la cantidad de sustancia depositada o liberada en un electrodo con la cantidad de carga eléctrica que pasa por la solución.
• La Segunda Ley de Faraday fue detallada, mostrando cómo la masa de diferentes sustancias depositadas o liberadas por una cantidad igual de electricidad es proporcional a sus equivalentes químicos.
• La fórmula para calcular la carga eléctrica (Q) fue presentada, utilizando la relación entre corriente (I) y tiempo (t).
• Se resolvieron ejemplos prácticos para ilustrar la aplicación de las leyes de Faraday en cálculos de masa depositada y tiempo de electrólisis.

La clase conectó la teoría con la práctica al presentar ejemplos prácticos de cálculos utilizando las leyes de Faraday. Esto permitió que los alumnos vieran cómo las fórmulas matemáticas y conceptos teóricos se aplican directamente en situaciones reales de electrólisis, facilitando la comprensión y la aplicación práctica del contenido.

El tema presentado es de gran importancia para el día a día, ya que la electrólisis es un proceso esencial en diversas industrias, desde la producción de metales hasta la fabricación de productos químicos. Además, técnicas como la galvanoplastia, que utilizan la electrólisis para recubre objetos metálicos, tienen aplicaciones prácticas que van desde la joyería hasta la protección contra la corrosión.