Plan de Clase | Metodología Activa | Termoquímica: Entalpía

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)

Esta etapa del plan de clase es esencial para establecer una base sólida de comprensión teórica sobre el tema de la entalpía. Al definir y explicar los objetivos principales, el profesor orienta a los alumnos sobre lo que se espera que comprendan y sean capaces de hacer al final de la clase. Esto ayuda a enfocar el estudio autónomo previo a la clase y a dirigir las discusiones en el aula hacia aplicaciones prácticas y aclaración de dudas.

Objetivos Principales:

1. Capacitar a los alumnos para entender el concepto de entalpía y cómo calcular sus valores, considerando el intercambio de calor a presión constante.

2. Diferenciar e identificar los principales tipos de entalpía (entalpía de formación, entalpía de reacción y entalpía de combustión) y sus valores característicos.

3. Desarrollar la habilidad de determinar si una reacción es exotérmica o endotérmica, utilizando los conceptos de entalpía.

Objetivos Secundarios:

1. Incentivar la participación activa de los alumnos en la discusión y resolución de problemas prácticos en grupo, promoviendo el desarrollo de habilidades de trabajo en equipo y comunicación.

Introducción

Duración: (20 - 25 minutos)

La introducción sirve para enganchar a los alumnos con el contenido que han estudiado previamente, utilizando situaciones problemáticas que estimulan la aplicación directa de los conceptos de entalpía. Además, la contextualización busca mostrar la relevancia práctica y teórica del estudio de la entalpía, conectándolo con situaciones reales y curiosidades que despiertan el interés y la curiosidad de los alumnos, facilitando la internalización del conocimiento.

Situaciones Basadas en Problemas

1. Considere la combustión de 1 mol de carbono (C) en presencia de oxígeno (O₂) para formar dióxido de carbono (CO₂), a presión constante. Si la entalpía de formación del CO₂ es -393,5 kJ/mol, y la del C es 0, ¿cuál es la variación de entalpía para esta reacción?

2. Un estudiante intentó preparar agua a partir de sus elementos, hidrógeno y oxígeno, ambos gases en condiciones estándar de temperatura y presión (CNTP). Sabiendo que la entalpía de formación del H₂O es -285,8 kJ/mol, y que la entalpía de formación del H₂ y del O₂ son 0, pida que calcule la entalpía de la reacción.

Contextualización

La entalpía es una propiedad termodinámica que desempeña un papel crucial en todos los procesos químicos, desde la combustión de combustibles hasta la síntesis de sustancias en laboratorios. Por ejemplo, entender la entalpía de combustión de un combustible puede ayudar a prever su eficiencia energética y sus impactos ambientales. Además, la entalpía de formación es esencial para calcular la energía involucrada en la producción de sustancias a partir de sus elementos, lo que es fundamental para el desarrollo de nuevos materiales y procesos industriales.

Desarrollo

Duración: (65 - 75 minutos)

La etapa de Desarrollo está diseñada para que los alumnos apliquen de manera práctica e interactiva los conceptos de entalpía que han estudiado previamente. A través de actividades lúdicas y contextualizadas, los alumnos pueden visualizar y manipular reacciones químicas, facilitando la comprensión y la retención del conocimiento. Esta etapa también busca fortalecer la habilidad de trabajo en equipo y la capacidad de resolver problemas complejos, esenciales para el desarrollo académico y profesional de los alumnos.

Sugerencias de Actividades

Se recomienda realizar solo una de las actividades sugeridas

Actividad 1 - Aventura en la Cocina: Calculando la Entalpía de los Platos

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Aplicar el concepto de entalpía de formación en contextos cotidianos y desarrollar habilidades de cálculo y análisis de reacciones químicas.

- Descripción: En esta actividad, los alumnos se convierten en chefs de laboratorio y deben calcular la entalpía involucrada en la preparación de tres platos: un pastel de zanahoria, una tortilla y un jugo de naranja. Cada grupo recibe una receta detallada y las entalpías de formación de los ingredientes principales, y debe calcular la variación de entalpía para cada plato.

- Instrucciones:

• Dividir la clase en grupos de hasta 5 alumnos.

• Distribuir las recetas y las entalpías de formación de los ingredientes.

• Cada grupo debe calcular la entalpía de formación de cada plato, sumando las entalpías de los ingredientes utilizados en la receta.

• Presentar los cálculos y discutir las variaciones de entalpía observadas para los diferentes platos.

• Elaborar una breve justificación para la clasificación de las reacciones como endotérmicas o exotérmicas.

Actividad 2 - Desafío de Combustibles: Investigando la Entalpía de Combustión

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Entender y calcular experimentalmente la entalpía de combustión de diferentes materiales, aplicando conceptos de calorimetría y entalpía.

- Descripción: Los alumnos, organizados en grupos, reciben muestras de diferentes combustibles (como alcohol, gasolina y carbón) y deben medir experimentalmente la entalpía de combustión de cada uno. Utilizan un calorímetro simple y realizan la combustión controlada de los combustibles, midiendo la variación de temperatura del agua circundante para calcular la entalpía.

- Instrucciones:

• Organizar el aula en estaciones de trabajo, cada una con un combustible diferente y un calorímetro.

• Instruir a los alumnos sobre el uso seguro del calorímetro y la manipulación de los combustibles.

• Registrar la masa inicial del combustible y del agua, y la temperatura inicial del agua.

• Realizar la combustión del combustible, observando y registrando la variación de temperatura del agua.

• Calcular la entalpía de combustión utilizando la ecuación q = mcΔT y los datos recolectados.

Actividad 3 - Cine Químico: Análisis de Reacciones Endotérmicas y Exotérmicas

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Desarrollar habilidades de observación y análisis crítico, además de aplicar el concepto de entalpía en la práctica.

- Descripción: Los alumnos ven videos de reacciones químicas, previamente seleccionados y preparados por el profesor, y deben identificar si las reacciones son endotérmicas o exotérmicas en función de los cambios observados (liberación o absorción de calor). Posteriormente, realizan cálculos para determinar la entalpía de las reacciones observadas.

- Instrucciones:

• Preparar un ambiente de proyección para los videos.

• Distribuir hojas de observación para que los alumnos registren sus análisis.

• Ver los videos de las reacciones y discutir las observaciones en grupo.

• Calcular la entalpía de las reacciones observadas, utilizando los datos proporcionados por los videos.

• Presentar los hallazgos y justificar las clasificaciones de las reacciones.

Retroalimentación

Duración: (15 - 20 minutos)

La finalidad de esta etapa es consolidar el aprendizaje, permitiendo que los alumnos articulen y compartan el conocimiento adquirido a través de las actividades prácticas. Esta discusión ayuda a esclarecer cualquier confusión remanente, refuerza los conceptos de entalpía y promueve una comprensión más profunda del tema. Además, al escuchar las experiencias y conclusiones de los compañeros, los alumnos pueden obtener nuevas perspectivas e ideas, enriqueciendo su aprendizaje.

Discusión en Grupo

Después de completar las actividades, reúnan a todos los alumnos para una discusión grupal. Inicie la discusión con una breve introducción sobre la importancia de compartir descubrimientos y aprendizajes. Luego, pida que cada grupo presente un resumen de lo que realizaron y de las conclusiones a las que llegaron. Anime a los alumnos a discutir las diferencias y similitudes entre los resultados de los distintos grupos, y cómo esas variaciones pueden ser explicadas por los conceptos de entalpía estudiados. Utilice este momento para reforzar los conceptos clave y aclarar posibles dudas.

Preguntas Clave

1. ¿Cuáles fueron las principales dificultades encontradas al calcular la entalpía en las diferentes actividades?

2. ¿Cómo utilizaron los conceptos de entalpía para diferenciar reacciones endotérmicas y exotérmicas?

3. ¿De qué manera las actividades prácticas ayudaron a solidificar la comprensión teórica sobre la entalpía?

Conclusión

Duración: (10 - 15 minutos)

La etapa de Conclusión sirve para reforzar y consolidar el conocimiento adquirido, asegurando que los alumnos hayan comprendido los conceptos fundamentales de entalpía y sus aplicaciones prácticas. Además, al vincular la teoría con la práctica y discutir la relevancia del tema, se aumenta la percepción de utilidad e importancia del tema, motivando a los alumnos a seguir explorando y aplicando estos conocimientos.

Resumen

Para concluir, recapitule los puntos principales abordados en la clase, como la definición de entalpía, los tipos de entalpía (entalpía de formación, entalpía de reacción y entalpía de combustión) y los cálculos involucrados. Es crucial recordar las diferencias entre reacciones exotérmicas y endotérmicas y cómo se manifiestan en términos de entalpía.

Conexión con la Teoría

Explique cómo las actividades prácticas, como 'Aventura en la Cocina' y 'Desafío de Combustibles', ayudaron a conectar la teoría con la práctica. Muestre cómo los cálculos realizados en el laboratorio reflejan los conceptos teóricos, facilitando la comprensión y demostrando la aplicación de los conceptos estudiados en situaciones reales y cotidianas.

Cierre

Por último, destaque la importancia del estudio de la entalpía, no solo en la química como disciplina académica, sino también en su aplicación práctica en procesos industriales, ambientales y cotidianos. Enfatice cómo la comprensión de la entalpía permite prever y controlar reacciones químicas, influyendo en el desarrollo de nuevos materiales y métodos más eficientes.