Plan de Clase | Metodología Activa | Termoquímica: Entalpía por Medio de Enlaces

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 crucial para establecer las bases del aprendizaje, garantizando que los alumnos comprendan claramente los objetivos de la clase y lo que se espera de ellos. Al centrarse en el cálculo de la entalpía a través de las energías de enlace, los alumnos podrán aplicar conocimientos previos de estequiometría y termodinámica para resolver problemas prácticos y teóricos. La meta es asegurar que todos los alumnos estén aptos para aplicar el concepto de entalpía en diferentes contextos químicos, promoviendo un aprendizaje significativo y profundo.

Objetivos Principales:

1. Capacitar a los alumnos a calcular la entalpía de reacciones químicas utilizando las energías de enlace de los reactivos y productos.

2. Desarrollar habilidades de análisis crítico para identificar y utilizar la información necesaria para el cálculo de la entalpía de reacción.

Objetivos Secundarios:

1. Incentivar la colaboración y el debate entre los alumnos durante las actividades prácticas para enriquecer el aprendizaje colectivo.

Introducción

Duración: (15 - 20 minutos)

La introducción sirve para involucrar a los alumnos con el tema de la clase, utilizando situaciones problemáticas que los alumnos deben haber resuelto en casa para revisión y profundización del contenido. Además, la contextualización busca mostrar la relevancia práctica y teórica del estudio de la entalpía a través de las energías de enlace, estimulando a los alumnos a percibir la aplicabilidad del conocimiento químico en el mundo real.

Situaciones Basadas en Problemas

1. Considere la combustión del metano (CH₄) en presencia de oxígeno, que produce dióxido de carbono y agua. Sabiendo que la energía de enlace del C-H es 413 kJ/mol y del O=O es 498 kJ/mol, ¿cómo calcularía la entalpía de la reacción de combustión del metano?

2. Imagine que durante un experimento, midió la entalpía de formación del cloruro de hidrógeno (HCl) como -92,31 kJ/mol y la del cloruro de sodio (NaCl) como -411,12 kJ/mol. ¿Cómo pueden utilizarse estos valores para determinar la entalpía de la reacción de formación del cloruro de sodio?

Contextualización

La termoquímica es esencial para entender la energía involucrada en las transformaciones químicas, y el concepto de entalpía a través de las energías de enlace es una herramienta poderosa para calcular y predecir el comportamiento energético de las reacciones. Por ejemplo, las energías de enlace son utilizadas por ingenieros químicos para diseñar reactores y procesos industriales más eficientes. Además, entender cómo las energías de enlace varían en diferentes condiciones proporciona valiosos conocimientos sobre la estabilidad y reactividad de compuestos en diversos entornos, desde reacciones en laboratorio hasta procesos naturales a escala global.

Desarrollo

Duración: (75 - 85 minutos)

La etapa de Desarrollo en el aula, basada en la metodología de aula invertida, tiene como objetivo principal permitir que los alumnos apliquen los conocimientos teóricos previos en situaciones prácticas y contextualizadas, reforzando el entendimiento del cálculo de entalpía a través de las energías de enlace. Las actividades propuestas incentivarán la colaboración, la experimentación y el pensamiento crítico, esenciales para la consolidación del aprendizaje. Cada actividad está diseñada para ser interactiva y envolvente, garantizando que los alumnos estén activamente comprometidos en la resolución de problemas y la aplicación de conceptos químicos en escenarios divertidos y relevantes.

Sugerencias de Actividades

Se recomienda realizar solo una de las actividades sugeridas

Actividad 1 - El Desafío del Chef Químico

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Aplicar el concepto de entalpía a través de las energías de enlace para calcular la entalpía de reacción en un contexto práctico y creativo.

- Descripción: Los alumnos son desafiados a asumir el papel de un chef químico que debe planificar la producción de un nuevo sabor de helado. Necesitan calcular la entalpía de la reacción de disolución de diferentes ingredientes en agua, basándose en las energías de enlace de los componentes. Cada grupo recibe una 'receta' con proporciones específicas de ingredientes que deben disolverse y deben determinar la entalpía total de la reacción.

- Instrucciones:

• Divida la clase en grupos de hasta 5 alumnos.

• Distribuya las 'recetas' (compuestas por fórmulas químicas y cantidades) y la tabla de energías de enlace.

• Pida que calculen la entalpía total de la disolución de los ingredientes de la 'receta'.

• Cada grupo presenta su cálculo y justifica sus elecciones basadas en las energías de enlace utilizadas.

• Promueva una discusión sobre cómo diferentes combinaciones de ingredientes afectan la entalpía de la reacción.

Actividad 2 - Misión Espacial: Rescatando la Reacción Química

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Utilizar el cálculo de entalpía para evaluar el impacto energético de reacciones químicas en un contexto de ingeniería espacial.

- Descripción: Los alumnos, divididos en equipos, asumen el papel de ingenieros en una misión espacial. Necesitan calcular la entalpía de reacciones que ocurren en diferentes partes de una nave espacial, utilizando las energías de enlace para determinar los riesgos y beneficios energéticos de cada reacción para la seguridad de la tripulación.

- Instrucciones:

• Organice a los alumnos en grupos de hasta 5 personas.

• Presente la 'nave espacial' y sus diferentes secciones, cada una con una reacción química que puede afectar el funcionamiento de la nave.

• Proporcione la tabla de energías de enlace y las cantidades de reactivos para cada reacción.

• Los alumnos deben calcular la entalpía de cada reacción y discutir en grupo los posibles impactos energéticos.

• Cada grupo presenta sus descubrimientos y recomendaciones para las reacciones más seguras y eficientes.

Actividad 3 - Detectives de la Entalpía

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Desarrollar habilidades de análisis y aplicación de entalpía y energías de enlace para resolver un problema complejo y misterioso.

- Descripción: En esta actividad, los alumnos se convierten en detectives que deben desvelar un 'crimen químico'. Deben usar las energías de enlace para determinar si la reacción observada es endotérmica o exotérmica y, basándose en eso, identificar los productos y reactivos de la reacción desconocida.

- Instrucciones:

• Divida la clase en grupos de hasta 5 alumnos.

• Entregue a cada grupo una descripción del 'crimen químico', que incluye una reacción y las condiciones en que fue observada.

• Los alumnos deben calcular la entalpía de la reacción y determinar si es exotérmica o endotérmica.

• Con base en eso, deben identificar los reactivos y productos de la reacción.

• Cada grupo presenta sus conclusiones y el proceso de razonamiento utilizado.

Retroalimentación

Duración: (10 - 15 minutos)

La finalidad de esta etapa es consolidar el aprendizaje, permitiendo que los alumnos reflexionen sobre lo que han aprendido y compartan ideas y descubrimientos con sus compañeros. La discusión en grupo ayuda a reforzar la comprensión de los conceptos de entalpía y energías de enlace, además de desarrollar habilidades de comunicación y argumentación científica. Este momento también sirve para que el profesor evalúe la eficacia de las actividades y el grado de comprensión de los alumnos, pudiendo así ajustar y reforzar los puntos más críticos del contenido.

Discusión en Grupo

Al finalizar las actividades, promueva una discusión en grupo con todos los alumnos. Inicie la discusión con una breve introducción, destacando la importancia de compartir lo que se ha aprendido y las diferentes aproximaciones utilizadas por cada grupo. Anime a los alumnos a discutir no solo los resultados obtenidos, sino también los desafíos enfrentados y las estrategias que demostraron ser más efectivas durante las actividades. Utilice el ambiente del aula como un espacio para el intercambio de experiencias y el aprendizaje mutuo.

Preguntas Clave

1. ¿Cuáles fueron los principales desafíos que enfrentaron al calcular la entalpía de las reacciones durante las actividades? ¿Cómo los superaron?

2. ¿Cómo la aplicación de las energías de enlace ayudó a comprender el comportamiento energético de las reacciones que estudiaron?

3. ¿Hubo alguna sorpresa o descubrimiento inesperado al realizar los cálculos de entalpía? ¿Cómo influenció eso su comprensión del tema?

Conclusión

Duración: (5 - 10 minutos)

La finalidad de la etapa de Conclusión es garantizar que todos los alumnos hayan comprendido los conceptos discutidos durante la clase. Resumir el contenido ayuda en la consolidación del aprendizaje, mientras que la discusión sobre la interacción entre teoría y práctica refuerza la importancia de los conceptos estudiados. Además, destacar la relevancia de los temas abordados para aplicaciones prácticas y teóricas refuerza el interés de los alumnos y la percepción de la importancia de la química en sus vidas.

Resumen

Para cerrar, es crucial resumir los puntos clave discutidos hoy. La clase abordó la termoquímica y el cálculo de la entalpía de reacciones químicas a través de las energías de enlace, destacando la importancia de entender las variaciones energéticas que ocurren durante las reacciones. Los alumnos exploraron diversas aplicaciones prácticas, como el cálculo de la entalpía de disolución de ingredientes en un helado y la evaluación de reacciones en una nave espacial.

Conexión con la Teoría

La clase de hoy conectó teoría y práctica de manera efectiva. Los alumnos aplicaron conocimientos teóricos previos en situaciones prácticas, como la resolución de problemas y la realización de experimentos simulados, lo que los ayudó a visualizar la teoría en acción y a comprender la importancia de la entalpía y las energías de enlace en la química.

Cierre

El estudio de la entalpía y las energías de enlace es fundamental, no solo teóricamente, sino también en la práctica, ya que estos conceptos son cruciales para entender y predecir el comportamiento de reacciones químicas en diversos contextos, desde aplicaciones industriales hasta fenómenos naturales. Comprender estos principios permite a los alumnos tener una visión más clara y crítica de la química y de sus aplicaciones en la vida cotidiana y en diversas áreas profesionales.