Piano di Lezione | Metodologia Attiva | Termochimica: Entalpia per Legame

Premesse: Questo Piano di Lezione Attivo presume: una lezione della durata di 100 minuti, lo studio preliminare degli studenti sia con il Libro che con l'inizio dello sviluppo del Progetto, e che una sola attività (tra le tre proposte) sarà scelta per essere svolta durante la lezione, poiché ogni attività è pensata per occupare gran parte del tempo disponibile.

Obiettivo

Durata: (5 - 10 minuti)

Questa fase del piano di lezione è fondamentale per impostare le basi dell’apprendimento, assicurandosi che gli studenti comprendano chiaramente gli obiettivi della lezione e le aspettative. Puntando sul calcolo dell'entalpia tramite le energie di legame, gli studenti potranno integrare le conoscenze pregresse di stechiometria e termodinamica per affrontare problemi sia pratici che teorici. L’obiettivo è che ciascuno sia in grado di applicare il concetto di entalpia in contesti chimici diversificati, favorendo un apprendimento approfondito e significativo.

Obiettivo Utama:

1. Consentire agli studenti di calcolare l'entalpia delle reazioni chimiche utilizzando le energie di legame dei reagenti e dei prodotti.

2. Favorire lo sviluppo di capacità critiche per individuare e utilizzare le informazioni indispensabili al calcolo dell'entalpia di reazione.

Obiettivo Tambahan:

1. Promuovere il lavoro di squadra e il dialogo tra gli studenti durante le attività pratiche, arricchendo così il percorso di apprendimento collettivo.

Introduzione

Durata: (15 - 20 minuti)

L'introduzione serve a coinvolgere gli studenti sul tema della lezione, proponendo situazioni-problema che hanno già avuto modo di affrontare a casa per un ripasso e un approfondimento del contenuto. La contestualizzazione, inoltre, mira a mostrare la rilevanza teorica e pratica dello studio dell'entalpia attraverso le energie di legame, rendendo evidente l’utilità della conoscenza chimica nel mondo reale.

Situazione Problema

1. Considera la combustione del metano (CH₄) in presenza di ossigeno, che produce anidride carbonica e acqua. Sapendo che l'energia di legame del C-H è di 413 kJ/mol e quella del O=O di 498 kJ/mol, come calcoleresti l'entalpia di combustione del metano?

2. Immagina di aver misurato, durante un esperimento, l'entalpia di formazione del cloruro di idrogeno (HCl) pari a -92,31 kJ/mol e quella del cloruro di sodio (NaCl) pari a -411,12 kJ/mol. Come potresti utilizzare questi valori per determinare l'entalpia di formazione del cloruro di sodio?

Contestualizzazione

La termochimica è cruciale per comprendere i cambiamenti energetici legati alle trasformazioni chimiche. L'uso delle energie di legame per il calcolo dell'entalpia si rivela un potente strumento per prevedere il comportamento energetico delle reazioni. Ad esempio, questi dati sono fondamentali per gli ingegneri chimici nella progettazione di reattori e processi industriali più efficienti. Inoltre, conoscere la variazione delle energie di legame in diverse condizioni offre importanti spunti su stabilità e reattività dei composti, utili sia in laboratorio che nello studio di fenomeni naturali su scala globale.

Sviluppo

Durata: (75 - 85 minuti)

La fase di sviluppo, basata sulla metodologia della classe capovolta, è studiata per permettere agli studenti di mettere in pratica le conoscenze teoriche acquisite, attraverso situazioni concrete e coinvolgenti. Le attività proposte incentivano il lavoro collaborativo, la sperimentazione e il pensiero critico, elementi essenziali per consolidare l’apprendimento e comprendere profondamente il calcolo dell'entalpia tramite le energie di legame.

Suggerimenti per le Attività

Si consiglia di svolgere solo una delle attività proposte

Attività 1 - La Sfida dello Chef Chimico

> Durata: (60 - 70 minuti)

- Obiettivo: Applicare il concetto di entalpia attraverso le energie di legame per calcolare l'energia di reazione in un contesto pratico e creativo.

- Descrizione: Gli studenti dovranno mettersi nei panni di un chef chimico incaricato di ideare un nuovo gusto di gelato. Per farlo, sarà necessario calcolare l'entalpia della reazione di dissoluzione di vari ingredienti in acqua, basandosi sulle loro energie di legame. Ogni gruppo riceverà una 'ricetta' con proporzioni specifiche e dovrà determinare l’entalpia totale della reazione.

- Istruzioni:

• Organizza la classe in gruppi di massimo 5 studenti.

• Distribuisci le 'ricette' (contenenti formule chimiche e quantitativi) insieme alla tabella delle energie di legame.

• Invita i gruppi a calcolare l’entalpia totale della dissoluzione degli ingredienti indicati.

• Ogni gruppo dovrà presentare il calcolo effettuato e giustificare le proprie scelte in base alle energie di legame usate.

• Favorisci una discussione su come diverse combinazioni di ingredienti possano influenzare l’entalpia della reazione.

Attività 2 - Missione Spaziale: Salvaguardare la Reazione Chimica

> Durata: (60 - 70 minuti)

- Obiettivo: Utilizzare i calcoli dell'entalpia per valutare l'impatto energetico delle reazioni chimiche in un contesto ingegneristico e spaziale.

- Descrizione: Gli studenti, suddivisi in squadre, assumeranno il ruolo di ingegneri in una missione spaziale. Il compito è calcolare l'entalpia delle reazioni che avvengono in diverse sezioni di una nave spaziale, impiegando le energie di legame per valutare rischi e benefici in termini di sicurezza per l'equipaggio.

- Istruzioni:

• Forma gruppi di massimo 5 studenti.

• Presenta la 'nave spaziale' con le sue diverse sezioni, ognuna caratterizzata da una reazione chimica che può influenzare il funzionamento dell’astronave.

• Fornisci la tabella delle energie di legame e le quantità dei reagenti per ciascuna reazione.

• I gruppi dovranno calcolare l’entalpia di ogni reazione e discutere in team gli impatti energetici possibili.

• Ogni gruppo presenterà le proprie analisi e proporrà raccomandazioni per garantire la massima sicurezza ed efficienza.

Attività 3 - Detective dell'Entalpia

> Durata: (60 - 70 minuti)

- Obiettivo: Sviluppare capacità di analisi e l'applicazione pratica dei concetti di entalpia e energie di legame per risolvere un problema complesso e intrigante.

- Descrizione: In questa attività, gli studenti diventeranno dei detective impegnati a risolvere un misterioso 'crimine chimico'. Utilizzando le energie di legame, dovranno determinare se la reazione osservata è endotermica o esotermica e, di conseguenza, identificare i reagenti e i prodotti della reazione sconosciuta.

- Istruzioni:

• Dividi la classe in gruppi di massimo 5 studenti.

• Assegna a ciascun gruppo una descrizione del 'crimine chimico', comprensiva di una reazione e delle condizioni in cui è stata osservata.

• I gruppi dovranno calcolare l’entalpia della reazione per stabilire se il fenomeno è esotermico o endotermico.

• In base a questi calcoli, dovranno individuare reagenti e prodotti della reazione misteriosa.

• Ogni gruppo presenterà le proprie conclusioni, illustrando il ragionamento seguito.

Feedback

Durata: (10 - 15 minuti)

Questa fase è pensata per consolidare l'apprendimento, stimolando la riflessione personale degli studenti sui concetti affrontati. La discussione di gruppo offre anche all'insegnante l'opportunità di verificare il livello di comprensione e di intervenire per approfondire eventuali punti critici.

Discussione di Gruppo

Terminata la fase pratica, organizza una discussione generale coinvolgendo tutta la classe. Introduci il dibattito evidenziando l’importanza di condividere le esperienze e i metodi adottati dai diversi gruppi. Incoraggia gli studenti a confrontarsi non solo sui risultati ottenuti, ma anche sulle difficoltà incontrate e sulle strategie vincenti. Utilizza lo spazio della classe per favorire uno scambio costruttivo che rafforzi il processo di apprendimento collettivo.

Domande Chiave

1. Quali difficoltà hai incontrato nel calcolare l'entalpia durante le attività? Come le hai superate?

2. In che modo l’utilizzo delle energie di legame ha migliorato la tua comprensione del comportamento energetico delle reazioni prese in esame?

3. Hai avuto qualche scoperta inaspettata durante i calcoli dell'entalpia? In che modo questa esperienza ha arricchito la tua visione dell'argomento?

Conclusione

Durata: (5 - 10 minuti)

L'obiettivo della conclusione è assicurare che tutti gli studenti abbiano assimilato i concetti principali della lezione. Riassumere i contenuti aiuta a fissare le nozioni, mentre il collegamento tra teoria e pratica sottolinea l'importanza degli argomenti trattati, aumentando così il coinvolgimento e l'interesse degli studenti.

Sommario

Per concludere, è importante fare un breve riassunto dei punti salienti della lezione. Abbiamo affrontato il tema della termochimica, focalizzandoci sul calcolo dell'entalpia attraverso le energie di legame e analizzando come tali conoscenze si applichino in contesti pratici, come la dissoluzione degli ingredienti per un gelato o la gestione di reazioni in una nave spaziale.

Connessione con la Teoria

La lezione di oggi ha saputo unire teoria e pratica: gli studenti hanno potuto applicare in situazioni reali le conoscenze acquisite, evidenziando come la teoria dell'entalpia si traduca in pratiche di laboratorio e simulazioni concrete.

Chiusura

Lo studio dell'entalpia e delle energie di legame è fondamentale non solo dal punto di vista teorico, ma anche pratico, poiché permette di prevedere e comprendere il comportamento delle reazioni chimiche in ambiti che spaziano dall’industria ai processi naturali quotidiani. Questa comprensione offre agli studenti una visione più critica e approfondita della chimica e delle sue numerose applicazioni.