Plan de Clase | Metodología Activa | Termoquímica: Entalpía

Premisas: Este Plan de Clase Activa asume: una clase de 100 minutos de duración, estudio previo de los estudiantes tanto con el Libro, como con el inicio del desarrollo del Proyecto y que se elegirá una única actividad (entre las tres sugeridas) para realizarse durante la clase, ya que cada actividad está pensada para ocupar gran parte del tiempo disponible.

Objetivo

Duración: (5 - 10 minutos)

Esta etapa del plan de lección es fundamental para establecer una sólida comprensión teórica sobre la entalpía. Al definir y explicar los objetivos principales, el docente orienta a los estudiantes sobre lo que se espera de ellos al finalizar la lección. Esto ayuda a enfocar el estudio autónomo previo y guía las discusiones en clase hacia aplicaciones prácticas y aclaraciones de dudas.

Objetivo Utama:

1. Preparar a los estudiantes para comprender el concepto de entalpía y cómo calcular sus valores, teniendo en cuenta la transferencia 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 aplicando los conceptos de entalpía.

Objetivo Tambahan:

1. Fomentar la participación activa de los estudiantes en discusiones grupales y la resolución práctica de problemas, promoviendo el desarrollo de habilidades de trabajo en equipo y comunicación.

Introducción

Duración: (20 - 25 minutos)

La introducción busca involucrar a los estudiantes con el contenido que ya han visto, utilizando situaciones problemáticas que estimulan la aplicación directa de los conceptos de entalpía. Además, la contextualización pretende mostrar la relevancia práctica y teórica del estudio de la entalpía, conectándola con situaciones de la vida cotidiana y curiosidades que despiertan el interés de los estudiantes, facilitando la internalización del conocimiento.

Situación Problemática

1. Considera 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 de CO₂ es -393.5 kJ/mol, y la de C es 0, ¿cuál es el cambio en la entalpía para esta reacción?

2. Un estudiante intentó preparar agua a partir de sus elementos, hidrógeno y oxígeno, ambos gases a temperatura y presión estándar (STP). Sabiendo que la entalpía de formación de H₂O es -285.8 kJ/mol, y que las entalpías de formación de H₂ y O₂ son 0, pide calcular la entalpía de la reacción.

Contextualización

La entalpía es una propiedad termodinámica que juega un rol clave en todos los procesos químicos, desde la combustión de combustibles hasta la síntesis de sustancias en laboratorio. Por ejemplo, entender la entalpía de combustión de un combustible puede ayudar a predecir su eficiencia energética y sus repercusiones en el medio ambiente. Además, la entalpía de formación es esencial para calcular la energía involucrada en la producción de sustancias a partir de sus elementos, lo cual es vital para el desarrollo de nuevos materiales y procesos industriales.

Desarrollo

Duración: (65 - 75 minutos)

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

Sugerencias de Actividades

Se recomienda realizar solo una de las actividades sugeridas

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

> Duración: (60 - 70 minutos)

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

- Descripción: En esta actividad, los estudiantes se convierten en chefs de laboratorio y deben calcular la entalpía involucrada en la preparación de tres platillos: 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 deben calcular el cambio en entalpía para cada platillo.

- Instrucciones:

• Divide la clase en grupos de hasta 5 estudiantes.

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

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

• Presenta los cálculos y discute las variaciones de entalpía observadas para los diferentes platillos.

• Redacta una breve justificación para clasificar 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 estudiantes, 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 una quema controlada de los combustibles, midiendo la variación de temperatura del agua circundante para calcular la entalpía.

- Instrucciones:

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

• Instruye a los estudiantes sobre el uso seguro del calorímetro y la manipulación de los combustibles.

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

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

• Calcula la entalpía de combustión usando la ecuación q = mcΔT con 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, así como aplicar el concepto de entalpía en la práctica.

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

- Instrucciones:

• Prepara un ambiente de proyección para los videos.

• Distribuye hojas de observación para que los estudiantes registren sus análisis.

• Mira los videos de reacción y discute las observaciones en grupos.

• Calcula la entalpía de las reacciones observadas usando los datos proporcionados en los videos.

• Presenta los hallazgos y justifica las clasificaciones de las reacciones.

Retroalimentación

Duración: (15 - 20 minutos)

El propósito de esta etapa es consolidar el aprendizaje, permitiendo a los estudiantes articular y compartir el conocimiento adquirido a través de las actividades prácticas. Esta discusión ayuda a aclarar cualquier confusión que quede, refuerza los conceptos de entalpía y promueve una comprensión más profunda del tema. Además, al escuchar las experiencias y conclusiones de sus compañeros, los estudiantes pueden obtener nuevas perspectivas e ideas, enriqueciendo su aprendizaje.

Discusión en Grupo

Después de completar las actividades, reúne a todos los estudiantes para una discusión grupal. Inicia con una breve introducción sobre la importancia de compartir descubrimientos y aprendizajes. Luego, pide a cada grupo que presente un resumen de lo que hicieron y las conclusiones a las que llegaron. Anima a los estudiantes a discutir las diferencias y similitudes entre los resultados de los diferentes grupos y cómo estas variaciones pueden ser explicadas por los conceptos de entalpía estudiados. Usa este momento para reforzar conceptos clave y aclarar cualquier duda que quede.

Preguntas Clave

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

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

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

Conclusión

Duración: (10 - 15 minutos)

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

Resumen

Para finalizar, recapitula los puntos principales cubiertos en la lección, 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

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

Cierre

Finalmente, enfatiza la importancia de estudiar la entalpía, no solo en química como disciplina académica, sino también en sus aplicaciones prácticas en procesos industriales, ambientales y cotidianos. Resalta cómo entender la entalpía permite predecir y controlar reacciones químicas, influyendo en el desarrollo de nuevos materiales y métodos más eficientes.