Piano di Lezione | Metodologia Attiva | Termochimica: Legge di Hess

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)

Definire gli obiettivi è fondamentale per indirizzare il focus della lezione. Stabilendo chiaramente ciò che ci si aspetta che gli studenti apprendano, l'insegnante può strutturare al meglio la preparazione e il coinvolgimento in classe. Questo passaggio fornisce una visione d'insieme degli aspetti principali da approfondire, ponendo basi solide per una comprensione approfondita della Legge di Hess e delle sue applicazioni pratiche.

Obiettivo Utama:

1. Permettere agli studenti di comprendere e applicare la Legge di Hess per calcolare la variazione di entalpia nelle reazioni chimiche, utilizzando le entalpie di formazione e quelle derivanti da altre reazioni.

2. Sviluppare le capacità di analisi critica e di ragionamento logico degli studenti per risolvere problemi pratici legati all'applicazione della Legge di Hess.

Obiettivo Tambahan:

1. Favorire la partecipazione attiva degli studenti stimolandoli a dibattere e scambiarsi idee durante la lezione.

Introduzione

Durata: (20 - 25 minuti)

L'introduzione intende coinvolgere gli studenti collegando la teoria a situazioni-problema ispirate a scenari reali, stimolandoli ad applicare il sapere teorico in contesti pratici. Contestualizzare il tema con esempi pratici e storici rafforza la comprensione e l'importanza della Legge di Hess, preparando il terreno per attività pratiche in aula.

Situazione Problema

1. Immagina di essere un chimico impegnato nello sviluppo di un nuovo processo industriale che prevede la reazione di due composti per ottenere un prodotto specifico. La reazione diretta è però estremamente esotermica e rischiosa. Come potresti utilizzare la Legge di Hess per valutare se un percorso alternativo, basato su reazioni intermedie più sicure, sia effettivamente praticabile?

2. Pensa a una competizione di chimica dove ti viene sfidata la stima dell'entalpia di formazione di un composto che non può essere misurato direttamente in laboratorio. Utilizza le entalpie di formazione di altri composti e la Legge di Hess per risolvere il problema.

Contestualizzazione

La Legge di Hess risulta fondamentale non solo nei laboratori, ma anche nell'industria, dove la sicurezza e l'efficienza dei processi chimici sono aspetti cruciali. Ad esempio, nella produzione dell'ammoniaca per i fertilizzanti, la reazione diretta tra azoto e idrogeno è estremamente esotermica e rischiosa. Utilizzare la Legge di Hess per calcolare le entalpie delle reazioni intermedie diventa dunque indispensabile per garantire un processo sicuro ed efficiente. Inoltre, il contesto storico, legato alla scoperta della legge da parte di Germain Hess nel XIX secolo, aiuta a comprendere l'evoluzione del pensiero scientifico e l'importanza della termodinamica nella chimica moderna.

Sviluppo

Durata: (75 - 85 minuti)

La fase di sviluppo nella metodologia della classe capovolta permette agli studenti di mettere in pratica e collaborare attivamente usando le conoscenze acquisite sulla Legge di Hess. Lavorando in gruppo, rafforzano non solo la comprensione teorica, ma anche abilità comunicative, collaborative e di pensiero critico. Le attività proposte sono studiate per essere stimolanti e coinvolgenti, assicurando un approccio dinamico alla risoluzione di problemi complessi, nel preparare gli studenti ad applicazioni pratiche in contesti reali.

Suggerimenti per le Attività

Si consiglia di svolgere solo una delle attività proposte

Attività 1 - La corsa dei Chimici: Scopri le Reazioni Esotermiche ed Endotermiche

> Durata: (60 - 70 minuti)

- Obiettivo: Applicare la Legge di Hess per calcolare le entalpie nelle reazioni chimiche, sviluppando al contempo capacità di lavoro in gruppo e di ragionamento rapido.

- Descrizione: In questa attività, gli studenti verranno divisi in gruppi di massimo 5 persone, ciascuno rappresentante una squadra di chimici in una gara per determinare l'entalpia di una reazione che non può essere misurata direttamente. Verranno fornite le entalpie di formazione di reagenti e prodotti, e i gruppi dovranno calcolare, mediante l'applicazione della Legge di Hess, sia l'entalpia della reazione diretta che quella di un percorso alternativo. La sfida sarà a tempo e il gruppo che presenterà per primo il calcolo corretto in modo efficiente sarà dichiarato vincitore.

- Istruzioni:

• Dividere la classe in gruppi di massimo 5 studenti.

• Distribuire i dati relativi alle entalpie di formazione di reagenti e prodotti.

• Presentare sia la reazione diretta che il percorso alternativo proposto.

• Cronometrate i calcoli di ciascun gruppo.

• Chiedere ad ogni gruppo di presentare il proprio calcolo, giustificando l'applicazione della Legge di Hess.

• Annunciare il vincitore in base alla precisione ed efficienza dei calcoli.

Attività 2 - Il Mistero delle Reazioni Mancanti

> Durata: (60 - 70 minuti)

- Obiettivo: Sviluppare le capacità deduttive e applicare la Legge di Hess in contesti complessi, stimolando la creatività e la collaborazione tra studenti.

- Descrizione: Gli studenti, suddivisi in gruppi, riceveranno una 'scatola del mistero' contenente carte con le entalpie di formazione di vari composti e relative reazioni. Alcune carte saranno volutamente omesse, rappresentando dei 'reagenti mancanti'. La sfida consisterà nel ricostruire le reazioni mancanti e calcolarne le entalpie attraverso la Legge di Hess. Ogni gruppo dovrà poi elaborare e presentare una 'teoria del crimine' per spiegare le reazioni mancanti partendo dai calcoli effettuati.

- Istruzioni:

• Preparare una scatola del mistero contenente carte con informazioni sulle entalpie di formazione.

• Distribuire a ciascun gruppo una scatola, spiegando loro la sfida.

• Consentire ai gruppi di discutere e completare le reazioni mancanti.

• Monitorare e supportare i gruppi nell'applicazione della Legge di Hess.

• Richiedere a ogni gruppo di presentare la propria 'teoria del crimine' assieme ai calcoli effettuati.

• Discutere con tutta la classe le soluzioni, evidenziando quali reazioni mancavano effettivamente.

Attività 3 - Lo Chef Chimico: Realizzare la Ricetta Perfetta della Reazione

> Durata: (60 - 70 minuti)

- Obiettivo: Utilizzare la Legge di Hess per ottimizzare le reazioni chimiche, rafforzando la comprensione della stechiometria e dell'entalpia, e promuovendo il lavoro di squadra e la creatività.

- Descrizione: In questa attività ludica, ogni gruppo di studenti assumerà il ruolo di 'chef chimico' incaricato di 'preparare' una reazione chimica. Riceveranno degli ingredienti (entalpie di formazione) e una 'ricetta' incompleta. La sfida consisterà nel calcolare l'entalpia totale della reazione regolando le quantità degli 'ingredienti' (coefficiente stechiometrico) in modo che la reazione risulti termicamente sostenibile. Il gruppo che riuscirà a creare la 'ricetta più equilibrata', ossia quella che produce un'entalpia inferiore, sarà il vincitore.

- Istruzioni:

• Dividere gli studenti in gruppi e distribuire gli 'ingredienti' e la 'ricetta' incompleta.

• Spiegare che devono calcolare e regolare i coefficienti stechiometrici per minimizzare l'entalpia finale della reazione.

• Guidare i gruppi nell'applicazione della Legge di Hess per eseguire i calcoli necessari.

• Richiedere a ciascun gruppo di presentare la ricetta finale completa dei calcoli effettuati.

• Valutare le presentazioni e dichiarare il gruppo con la 'ricetta più equilibrata' come vincitore.

Feedback

Durata: (10 - 15 minuti)

La fase di Feedback è essenziale per consolidare l'apprendimento degli studenti e permettere loro di riflettere sull'applicazione pratica dei concetti studiati. Attraverso la discussione di gruppo, gli studenti hanno l'opportunità di verbalizzare la loro comprensione, ascoltare punti di vista diversi e imparare dall'esperienza dei compagni. Inoltre, questo momento consente all'insegnante di valutare il livello di comprensione e di chiarire eventuali dubbi residui, assicurando il raggiungimento degli obiettivi prefissati.

Discussione di Gruppo

Avvia la discussione di gruppo invitando ogni team a condividere le proprie scoperte e i processi seguiti per giungere alle conclusioni. Incoraggia gli studenti a spiegare come hanno applicato la Legge di Hess in ogni fase dell'attività e a confrontarsi sulle principali difficoltà incontrate. Utilizza domande guida per facilitare lo scambio di idee e assicurarti che tutti gli aspetti rilevanti siano stati esplorati. Questo momento, moderato dall'insegnante, deve garantire che ogni studente abbia l'opportunità di intervenire, rendendo la discussione produttiva e focalizzata sui risultati di apprendimento.

Domande Chiave

1. Quali sono state le maggiori difficoltà nell'applicare la Legge di Hess durante le attività?

2. In che modo la comprensione della Legge di Hess può essere traslata in situazioni concrete, ad esempio in ambito industriale o nelle nuove scoperte scientifiche?

3. C'è stato qualche aspetto sorprendente o una scoperta durante le attività che ha modificato il tuo approccio all'argomento?

Conclusione

Durata: (5 - 10 minuti)

L'obiettivo della conclusione è consolidare le conoscenze apprese, collegando i concetti teorici alle applicazioni pratiche discusse in aula. Questo momento rinforza l'importanza dell'argomento studiato, collegandolo a situazioni concrete, e motiva gli studenti a vedere la chimica come una disciplina dinamica e fondamentale per il loro futuro.

Sommario

In chiusura, l'insegnante dovrà sintetizzare i punti fondamentali affrontati riguardo alla Legge di Hess, sottolineando come gli studenti abbiano imparato a utilizzare le entalpie di formazione e le reazioni intermedie per calcolare l'entalpia complessiva di una reazione. È importante ribadire come l'entalpia rappresenti una proprietà misurabile di un sistema e il ruolo cruciale della Legge di Hess nel determinare entalpie anche in reazioni non direttamente osservabili.

Connessione con la Teoria

La lezione odierna è stata progettata per collegare in modo integrato teoria e pratica. Gli studenti hanno potuto applicare direttamente il concetto della Legge di Hess attraverso attività che simulano situazioni reali, stimolando il pensiero critico e le abilità matematiche. Questo approccio non solo facilita la comprensione, ma prepara gli studenti a utilizzare queste conoscenze in ambiti concreti, sia in ambito industriale che nella ricerca scientifica.

Chiusura

Infine, l'insegnante dovrà evidenziare l'importanza della Legge di Hess nella vita quotidiana e nell'industria. Comprendere l'entalpia delle reazioni chimiche è cruciale per progettare processi sicuri ed efficienti, ad esempio nella produzione di fertilizzanti e combustibili, dove il controllo delle condizioni termodinamiche è fondamentale. Inoltre, la capacità di effettuare calcoli precisi può portare a significative innovazioni e scoperte in chimica e ingegneria chimica.