Equilibrio químico

Área

Química

Grado

10°

Duración

80 minutos

Estándares

• Entiendo que en una reacción química se conservan la masa y la energía.
• Utilizo modelos atómicos y moleculares para explicar las propiedades de la materia y las reacciones químicas.

Competencias

• Explica el concepto de equilibrio químico y su importancia en los procesos químicos.
• Aplica el principio de Le Chatelier para predecir el desplazamiento del equilibrio químico ante diferentes perturbaciones.
• Calcula la constante de equilibrio $K\_c$ para reacciones homogéneas y heterogéneas.

Desempeños esperados

• Define el equilibrio químico como un estado dinámico donde las velocidades de reacción directa e inversa son iguales.
• Identifica los factores que afectan el equilibrio químico, como la concentración, la presión y la temperatura.
• Resuelve problemas cuantitativos relacionados con el cálculo de la constante de equilibrio.

Propósito de aprendizaje

• Comprender el concepto de equilibrio químico y su naturaleza dinámica.
• Analizar los factores que influyen en el equilibrio químico y predecir el desplazamiento del equilibrio según el principio de Le Chatelier.
• Aplicar los conocimientos sobre equilibrio químico para resolver problemas cuantitativos y cualitativos relacionados con procesos químicos industriales y ambientales.

Estructura didáctica

Inicio (15 minutos)

1. Saludo y motivación:
   • Da la bienvenida a los estudiantes y crea un ambiente propicio para el aprendizaje.
   • Realiza una breve actividad para activar los conocimientos previos sobre reacciones químicas y velocidad de reacción. Por ejemplo, puedes preguntar: "¿Qué ocurre a nivel molecular cuando una reacción química alcanza el equilibrio?"
2. Presentación del tema:
   • Introduce el tema del equilibrio químico, destacando su importancia en la industria y en los procesos biológicos.
   • Presenta el propósito de la clase: Comprender el equilibrio químico como un proceso dinámico y aprender a predecir cómo diferentes factores pueden afectarlo.
   • Muestra un ejemplo visual de un sistema en equilibrio, como un vaso de agua con hielo en un ambiente controlado.

Desarrollo (50 minutos)

1. Exposición teórica:
   • ¿Qué es el equilibrio químico?: Explica que el equilibrio químico se alcanza cuando la velocidad de la reacción directa es igual a la velocidad de la reacción inversa. En este punto, las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes, pero la reacción no se detiene; es un proceso dinámico.
   • Constante de equilibrio ($K\_c$): Define la constante de equilibrio $K\_c$ como la relación entre las concentraciones de productos y reactivos en el equilibrio, cada una elevada a su coeficiente estequiométrico.
   • Explica cómo calcular $K\_c$ a partir de datos experimentales. Muestra ejemplos de reacciones homogéneas (todos los reactivos y productos en la misma fase) y heterogéneas (reactivos y productos en diferentes fases).
   • Principio de Le Chatelier: Explica cómo los cambios en la concentración, la presión o la temperatura pueden desplazar el equilibrio químico.
   • Detalla cómo un aumento en la concentración de un reactivo desplaza el equilibrio hacia la formación de productos, y viceversa.
   • Explica cómo un aumento en la presión favorece el lado de la reacción con menos moles de gas, y viceversa.
   • Describe cómo un aumento en la temperatura favorece la reacción endotérmica, y viceversa.
2. Ejemplos y ejercicios:
   • Resuelve ejemplos prácticos en el tablero para ilustrar los conceptos teóricos.
   • Ejemplo 1: Dada la reacción $N\_2(g) + 3H\_2(g) \rightleftharpoons 2NH\_3(g)$, calcula $K\_c$ si las concentraciones en el equilibrio son \[N\_2\] = 0.5 M, \[H\_2\] = 1.5 M y \[NH\_3\] = 0.2 M.
   • Ejemplo 2: Para la misma reacción, predice cómo se desplaza el equilibrio si se aumenta la presión.
   • Propón ejercicios para que los estudiantes resuelvan individualmente o en grupos.
   • Ejercicio 1: Dada la reacción $2SO\_2(g) + O\_2(g) \rightleftharpoons 2SO\_3(g)$, calcula $K\_c$ si las concentraciones en el equilibrio son \[SO\_2\] = 0.3 M, \[O\_2\] = 0.1 M y \[SO\_3\] = 0.5 M.
   • Ejercicio 2: Para la reacción $H\_2(g) + I\_2(g) \rightleftharpoons 2HI(g)$, predice cómo se desplaza el equilibrio si se aumenta la temperatura (la reacción es exotérmica).
3. Demostración experimental (opcional):
   • Realiza una demostración sencilla para ilustrar el principio de Le Chatelier.
   • Por ejemplo, puedes utilizar la reacción de disolución de cloruro de cobalto (II) en agua, que cambia de color según la temperatura.
   • Explica cómo el cambio de color indica el desplazamiento del equilibrio.

Cierre (15 minutos)

1. Repaso y consolidación:
   • Realiza una breve revisión de los conceptos clave del equilibrio químico.
   • Pregunta a los estudiantes: "¿Qué es el equilibrio químico?", "¿Cómo se calcula la constante de equilibrio?" y "¿Cómo afecta el principio de Le Chatelier al equilibrio?".
2. Actividad de aplicación:
   • Propón un problema o situación real donde los estudiantes deban aplicar los conocimientos adquiridos.
   • Ejemplo: En la producción de amoníaco a escala industrial (proceso de Haber-Bosch), ¿cómo se pueden optimizar las condiciones de reacción (presión, temperatura, concentración) para obtener el máximo rendimiento?
3. Asignación de tarea:
   • Asigna ejercicios adicionales para que los estudiantes practiquen en casa.
   • Recomienda leer la sección correspondiente del libro de texto o consultar recursos en línea, como Khan Academy.
   • Indica a los estudiantes que preparen preguntas para la próxima clase.

Recursos y materiales

• Pizarra o proyector
• Marcadores o bolígrafos
• Guía de ejercicios
• Calculadora
• Materiales para la demostración experimental (opcional)
• Computador con acceso a internet

Evaluación

• Participación en clase y resolución de ejercicios.
• Taller escrito con problemas de aplicación del equilibrio químico.
• Examen parcial sobre equilibrio químico y principio de Le Chatelier.