UNIDAD DIDÁCTICAUNIDAD DIDÁCTICA

EQUILIBRIOS QUÍMICOSEQUILIBRIOS QUÍMICOS

ADA VICTORIA YUSTE CÓRDOBA

METODOLOGÍA EXPERIMENTAL Y APRENDIZAJE DE LA FÍSICA Y QUÍMICA

1. CONTEXTUALIZACIÓN

2. OBJETIVOS DIDÁCTICOS

3. CONTENIDOS

4. ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA

5. ATENCIÓN A LA DIVERSIDAD

6. DESARROLLO DE LA UNIDAD DIDÁCTICA

7. SÍNTESIS INDUSTRIAL DEL AMONÍACO

8. EVALUACIÓN

9. CONCLUSIONES

De acuerdo con el Real Decreto 1467/ 2007, entre las materias de modalidad del bachillerato de Ciencias y Tecnología se encuentra la Química; se imparte en segundo de bachillerato.A de ayudar a profundizar en el conocimiento del método científico, orientar y preparar al alumno para sus estudios superiores.

1. CONTEXTUALIZACIÓN.1. CONTEXTUALIZACIÓN.

2. OBJETIVOS DIDÁCTICOS.2. OBJETIVOS DIDÁCTICOS.

Establecen una serie de estrategias para que el alumno participe en el proceso didáctico y al finalizar :- Definir y utilizar el concepto de equilibrio químico y reconocer sus características fundamentales- Que son procesos reversibles y distinguirlos de los irreversibles.-Aplicar las constantes de equilibrio y comprender su significado.-Utilizar la magnitud de la constante de equilibrio para determinar el progreso del sistema en uno u otro sentido-Diferenciar sistemas homogéneos y heterogéneos-Comprender la deducción cinética de la ley de acción de masas en el equilibrio.-Comprender la relación entre la constante de equilibrio y la variación de energía libre estándar de Gibbs-Interpretar la ley de Le Chatelier -Conocer procesos industriales, síntesis del amoníaco-Aplicar los conocimientos adquiridos en la vida cotidiana

3. CONTENIDOS.3. CONTENIDOS.

Es conveniente organizarlos y distribuirlos, de forma que se interrelacionen y que éstos giren alrededor de temas o proyectos cercanos al alumno.

A. Conceptuales: son conceptos, hechos o principios.

- Reacciones reversibles

- La ley del equilibrio químico

- Equilibrios homogéneos y heterogéneos

- Equilibrios homogéneos, Kc, y coeficiente de reacción

- Relación entre las distintas constantes de equilibrio

- Equilibrios heterogéneos

- Factores que modifican el equilibrio: energía libre y constante de equilibrio. Ley de Le Chatelier

B. Procedimentales: son los procedimientos, habilidades y destrezas que se han de adquirir.

- Aplicar correctamente la definición de estado de equilibrio

- Aplicar correctamente la ley de acción de masas

- Utilizar las distintas constantes y saberlas relacionar

- Análisis comparativo de Qc con Kc

- Saber interpretar la ley de Le Chatelier

- Resolución de ejercicios, en los que el alumno ha de aplicar los conocimientos adquiridos

C. Actitudinales: son las actitudes, valores y normas que se intenta transmitir en esta unidad.

- Estimular el interés por la cienciaEstimular el interés por la ciencia- Rigor y orden en el desarrollo de las actividadesRigor y orden en el desarrollo de las actividades- Observar las fases del método científico en el estudio del Observar las fases del método científico en el estudio del

equilibrioequilibrio

- mapa conceptual del equilibriomapa conceptual del equilibrio

4. ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA.

A. PLANTEAMIENTO METODOLÓGICO.

Se busca el aprendizaje significativo del alumno, y para conseguirlo podemos destacar:

- manejo, presentación e interpretación de datos

- Diseño de experimentos (esquemas, mapas conceptuales..)

- Exposición teórica del tema, alternada con resolución de problemas

- Realización de prácticas de laboratorio

- Proponer problemas correspondientes a la selectividad

- Seminarios donde los alumnos expondrán trabajos bibliográficos

C. TEMPORALIZACIÓN.

Son caminos que conducen al aprendizaje. Las planifica el profesor y las realiza el alumno.

- Actividad de iniciación y motivación

- Actividad de desarrollo y aprendizaje

- Actividad de síntesis y autoevaluación

- Actividad de refuerzo y ampliación

B. ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE.

La unidad didáctica debe encuadrarse siguiendo el orden de las unidades recogidas en el curriculum de química de 2º de Bachillerato. Teniendo en cuenta el promedio de horas lectivas, se podrá emplear un máximo de 20 sesiones por unidad.

D. ESPACIOS Y RECURSOS.

Es donde se llevaran a cabo estas actividades:

-Coloquios, debates, cuestiones y resolución de problemas en el aula

-Las prácticas de laboratorio, se realizarán en los laboratorios de los centros bajo la supervisión del profesor

-Los recursos empleados son:

-Libro de química de bachillerato, Editorial Santillana,

ISBN 978-84-294-0993-2

-Libro de química: mil problemas de química general

Editorial Everest S.A. ISBN 84-241-7604-9

-https://uvadoc.uva.es/bitstream/10324/3476/1/TFM- G%20170.pdf

-http://www.eduinnova.es/dic09/UD.pdf

5. ATENCIÓN A LA DIVERSIDAD.

Existe una gran diversidad de necesidades educativas que pueden

requerir los alumnos y podríamos dividir en:

- Alumnos de gran coeficiente intelectual

- Alumnos con escasa motivación

- Alumnos con discapacidades Al comienzo de cada unidad es necesario conocer los conocimientos de los alumnos y con las actividades adecuadas poder subsanar la falta de ellos .El libro de texto será una herramienta que le servirá de guía junto con las actividades propuestas por el profesor.

6. DESARROLLO DE LA UNIDAD DIDÁCTICA.

A. A. REACCIONES REVERSIBLES. CONCEPTO DE EQUILIBRIO.

B. Las reacciones reversibles son aquellas que dan lugar a un proceso de doble sentido que desemboca en el equilibrio químico.

C. El estado de equilibrio químico, es el estado final del sistema en el que las concentraciones de las sustancias que intervienen permanecen constantes. Es un estado dinámico.

B. Kc. EQUILIBRIOS HOMOGÉNEOS. LEY DE ACCIÓN DE MASAS.

Un equilibrio es homogéneo cuando todas las especies Un equilibrio es homogéneo cuando todas las especies químicas presentes se encuentran en la misma fase. La ley químicas presentes se encuentran en la misma fase. La ley de acción de masas establece una relación entre la de acción de masas establece una relación entre la constante Kc y las concentraciones :constante Kc y las concentraciones :

A + b B + .... ? c C + d D + ...A + b B + .... ? c C + d D + ...

C. CÁLCULOS EN EQUILIBRIOS HOMOGÉNEOS EN FASE GAS.

Ejemplo: en un recipiente cerrado y vacío de 20 litros se introducen 480 gramos de PCl5. Se eleva

la Tª a 180ºC y se establece el equilibrio:

SbCl5(g) SbCl3(g) + Cl2(g)

El valor de Kp es 0,093. Calcular:

a/ Kc para este equilibrio

b/ El grado de disociación

D. COCIENTE DE REACCIÓN, QC.

Es el valor que se obtiene al sustituir las concentraciones en la expresión de KC:

QC>KC IZQUIERDAQC<KC DERECHAQC=KC EQUILIBRIO

E. CONSTANTE DE QUILIBRIO KP.

Se expresa en función de las presiones parciales:

aA + bB ® cC + dD

La relación entre KC Y KP viene dada por:

F. EQUILIBRIOS HETEROGÉNEOS

G. ENERGÍA LIBRE Y CONSTANTE DE EQUILIBRIO

La relación viene dada por la expresión:D G = - R.T.ln Kp

Cuando la energía es < 0; K > 1. La reacción se desplaza hacía la derecha.

Cuando la energía es < 0; K< 1.La reacción se desplaza hacía la izquierda.

Cuando las sustancias presentes en él, no están en la misma Cuando las sustancias presentes en él, no están en la misma

fase. En las expresiones de dichas constantes, no se incluyen ni fase. En las expresiones de dichas constantes, no se incluyen ni concentraciones molares ni presiones parciales de sólidos o concentraciones molares ni presiones parciales de sólidos o líquidos.líquidos.

H. PRINCIPIO DE LE CHATELIER.H. PRINCIPIO DE LE CHATELIER.

Una alteración externa de los factores: concentración, presión Una alteración externa de los factores: concentración, presión o temperatura; que intervienen en un equilibrio induce un o temperatura; que intervienen en un equilibrio induce un reajuste del sistema para reducir el efecto de dicha reajuste del sistema para reducir el efecto de dicha alteración y establecer un nuevo estado de equilibrio.alteración y establecer un nuevo estado de equilibrio.

-cambios en las concentraciones. si aumenta la concentración de una sustancia se desplaza en el sentido en que se consume dicha sustancia. Si disminuye evoluciona en sentido contrario.

-cambios de presión por variación de volumen. si aumenta la presión el sistema se desplaza hacía donde menor número de moles gaseosos haya y viceversa.

-cambios de temperatura. si aumenta la temperatura, el sistema se desplaza en el sentido de la reacción endotérmica. Si disminuye lo hace en el sentido de la reacción exotérmica.

-catalizadores. Su presencia no altera el estado de equilibrio de un sistema.

EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS.EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS.

1.- A 634K la reacción 2 H2S(g) ⇔ 2 H2(g) + S2(g) alcanza el 1.- A 634K la reacción 2 H2S(g) ⇔ 2 H2(g) + S2(g) alcanza el equilibrio cuando hay 1 mol de H2S; 0,2 moles de H2 y 0,8 equilibrio cuando hay 1 mol de H2S; 0,2 moles de H2 y 0,8 moles de S2 en un reactor de 2 litros. Hallar a) Kc a 634K. b) A moles de S2 en un reactor de 2 litros. Hallar a) Kc a 634K. b) A la misma temperatura y en un reactor igual, hay 0,1 moles de la misma temperatura y en un reactor igual, hay 0,1 moles de H2 y 0,4 moles de S2, en equilibrio con H2S ¿Cuántas moles de H2 y 0,4 moles de S2, en equilibrio con H2S ¿Cuántas moles de H2S habrá en la mezcla? R// 0,016 mol/l 0,3535 molesH2S habrá en la mezcla? R// 0,016 mol/l 0,3535 moles

2.- En las ecuaciones: l) CO(g) + H2O(g) ⇔ CO2(g)+H2(g) 2) 2.- En las ecuaciones: l) CO(g) + H2O(g) ⇔ CO2(g)+H2(g) 2) 2SO2(g) + O2(g)⇔ 2SO3(g) 3) N2(g) + 3H2(g) ⇔ 2NH3(g). 2SO2(g) + O2(g)⇔ 2SO3(g) 3) N2(g) + 3H2(g) ⇔ 2NH3(g). Escribir la relación entre Kc y Kp para cada una. Escribir la relación entre Kc y Kp para cada una.

3.- Un matraz contiene una mezcla de N2, H2 y NH3 en 3.- Un matraz contiene una mezcla de N2, H2 y NH3 en equilibrio a la presión total de 2,8 atm, la presión parcial del H2 equilibrio a la presión total de 2,8 atm, la presión parcial del H2 es 0,4 atm y la del N2, 0,8 atm. Calcula Kp para la reacción en es 0,4 atm y la del N2, 0,8 atm. Calcula Kp para la reacción en fase gaseosa N2(g) + 3H2(g) <===> 2NH3(g) a la fase gaseosa N2(g) + 3H2(g) <===> 2NH3(g) a la temperatura de la mezcla. R// 50 atm-2 temperatura de la mezcla. R// 50 atm-2

4.- La siguiente mezcla es un sistema en equilibrio: 3,6 moles 4.- La siguiente mezcla es un sistema en equilibrio: 3,6 moles de hidrógeno, 13,5 moles de nitrógeno y 1 mol de amoníaco a de hidrógeno, 13,5 moles de nitrógeno y 1 mol de amoníaco a una presión total de 2 atm y a una temperatura de 25 ºC. Se una presión total de 2 atm y a una temperatura de 25 ºC. Se pide: a) la presión parcial de cada gas; b) Kc y Kp para la pide: a) la presión parcial de cada gas; b) Kc y Kp para la reacción N2(g) + 3H2(g) <===> 2NH3(g) a 25 ºC. R// 0,11 reacción N2(g) + 3H2(g) <===> 2NH3(g) a 25 ºC. R// 0,11 atm 1,492 atm 0,3978 atm 0,13 atm-2 77,62 (mol/l)-2atm 1,492 atm 0,3978 atm 0,13 atm-2 77,62 (mol/l)-2

7. PROCESO INDUSTRIAL: SÍNTESIS DEL NH3.

En química, el procesoEn química, el proceso de Haber - Bosch de Haber - Bosch es la reacción  es la reacción de nitrógeno e hidrógeno gaseosos para producir amoníaco. de nitrógeno e hidrógeno gaseosos para producir amoníaco. La importancia de la reacción radica en la dificultad de La importancia de la reacción radica en la dificultad de producir amoníaco a un nivel industrial producir amoníaco a un nivel industrial

Alrededor del 78,1% del aire que nos rodea es nitrógeno Alrededor del 78,1% del aire que nos rodea es nitrógeno molecular, N2. El elemento como molécula di atómica molecular, N2. El elemento como molécula di atómica gaseosa es muy estable y relativamente inerte debido al gaseosa es muy estable y relativamente inerte debido al enlace triple que mantiene los dos átomos fuertemente enlace triple que mantiene los dos átomos fuertemente unidos. unidos.

No fue sino hasta los primeros años del siglo XX cuando No fue sino hasta los primeros años del siglo XX cuando este proceso fue desarrollado para obtener nitrógeno del este proceso fue desarrollado para obtener nitrógeno del aire y producir amoníaco, que al oxidarse aire y producir amoníaco, que al oxidarse forma nitritos y nitratos. Éstos son esenciales en forma nitritos y nitratos. Éstos son esenciales en los fertilizantes.los fertilizantes.

Como la reacción natural es muy lenta, se acelera con Como la reacción natural es muy lenta, se acelera con un catalizador de hierro (Fe3+) y óxidos de aluminio un catalizador de hierro (Fe3+) y óxidos de aluminio (Al2O3) y potasio (K2O) permitiendo que el equilibrio se (Al2O3) y potasio (K2O) permitiendo que el equilibrio se alcance con mayor rapidez. Los factores que aumentan alcance con mayor rapidez. Los factores que aumentan el rendimiento, al desplazar el equilibrio de la reacción el rendimiento, al desplazar el equilibrio de la reacción hacia los productos (Principio de Le Châtelier), son las hacia los productos (Principio de Le Châtelier), son las condiciones de alta presión (150-300 atmósferas) y altas condiciones de alta presión (150-300 atmósferas) y altas temperaturas (400-500 °C),1 resultando en un temperaturas (400-500 °C),1 resultando en un rendimiento del 10-20%. rendimiento del 10-20%. DD

N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) + ΔH ...(1)N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) + ΔH ...(1)ΔHΔH representa el calor generado, también  representa el calor generado, también llamado entalpía, y equivale a -92,4 kJ/mol. Como libera llamado entalpía, y equivale a -92,4 kJ/mol. Como libera calor, la reacción es exotérmicacalor, la reacción es exotérmica. . DD

8. EVALUACIÓN.

La Ley Orgánica 1/1.990, de 3 de octubre, de Ordenación General del Sistema educativo, establece en su artículo 22.1 que la evaluación de la educación secundaria será continua e integradora.

En la presente orden se plantea la evaluación como un

instrumento al servicio del proceso de enseñanza y aprendizaje, integrada en el quehacer diario del aula y centro educativo.

Los contenidos mínimos a la hora de evaluar:

Identificar el estado de equilibrio

Actividades de equilibrios homogéneos y heterogéneos

Aplicación de la ley de Le Chatelier

El alumno/a de prácticas ha de expresar la valoración de la puesta en práctica de la programación, manifestando la experiencia vivida en cada uno de los apartados de la misma, sobre todo en el desarrollo de las actividades.

9. CONCLUSIONES.

Con esta unidad didáctica he intentado proponer que, cuando y cómo evaluar este tema del equilibrio químico. Existen muchos medios, libros ,Internet, revistas científicas, etc..pero hay que seleccionar aquellos que sean fiables y se adapten a los contenidos que queramos tratar.

En este trabajo he intentado plasmar una serie de condiciones ,en donde se dispone de elementos necesarios para llevar a cabo todas las actividades.

F I NF I N