Programación de aula de Física y Química. 1 Bachillerato




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títuloProgramación de aula de Física y Química. 1 Bachillerato
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UNIDAD 16. Compuestos del carbono


Objetivos didácticos

  • Conocer la estructura electrónica del átomo de carbono y comprender las características propias de sus compuestos.

  • Distinguir los diversos grupos de compuestos del carbono y formular y nombrar correctamente los más importantes.

  • Comprender la necesidad de limitar las emisiones de CO2 ocasionadas por los combustibles fósiles, y analizar sus consecuencias.

  • Conocer la naturaleza del petróleo y algunos de los productos obtenidos a partir de él.


Contenidos


Conceptos

  • El carbono y su presencia en la naturaleza.

  • Enlaces del carbono: sencillos, dobles y triples.

  • Compuestos del carbono. Sus características.

  • Fórmulas de los compuestos del carbono: semidesarrolladas o desarrolladas.

  • Hidrocarburos.

  • Alcanos lineales y ramificados.

  • Serie homóloga.

  • Radicales alquilo.

  • Alquenos lineales y ramificados.

  • Alquinos lineales y ramificados.

  • Hidrocarburos cíclicos.

  • Hidrocarburos aromáticos.

  • Grupos funcionales: alcoholes, éteres, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, ésteres, aminas, amidas y nitrilos.

  • Isomería.

  • Isomería estructural.

  • Estereoisomería.

  • Petróleo: formación, extracción, refino.

  • Gasolina.

Procedimientos

  • Identificación de la presencia del carbono en la naturaleza.

  • Formulación y nomenclatura de alcanos de cadena lineal y de cadena ramificada, de alquenos lineales y ramificados y de alquinos de cadena lineal y ramificada.

  • Identificación de hidrocarburos cíclicos y aromáticos.

  • Formulación y nomenclatura de hidrocarburos cíclicos y ramificados.

  • Formulación y nomenclatura de derivados halogenados, compuestos oxigenados (alcoholes, éteres, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos y ésteres) y nitrogenados (aminas, amidas y nitrilos).

  • Identificación de dos o más compuestos isómeros y de su tipo de isomería.

  • Descripción de una buena gasolina para motor.

  • Resolución de problemas con determinación de fórmulas moleculares orgánicas y con cálculos estequiométricos basados en reacciones de los compuestos del carbono.

Valores

  • Valoración de la prevención como la manera más útil de salvaguardar la salud, evitando la adquisición de hábitos nocivos que la perjudiquen.

  • Concienciación de la peligrosidad de algunos hábitos nocivos.


Actividades de aprendizaje


La primera página de la unidad contiene una imagen acompañada de un texto que nos muestra la presencia de una industria química, parte importante del desarrollo industrial de la sociedad actual.

Los Objetivos muestran las capacidades que se pretende que el alumno/a desarrolle a lo largo de la unidad.

En la Preparación de la unidad se recuerdan conocimientos adquiridos anteriormente y se proponen actividades que son útiles para abordar la unidad.

Un esquema muestra la organización de los contenidos de la unidad.

1. El carbono

  • La unidad empieza recordando los orígenes de la química orgánica: la primera síntesis de una sustancia orgánica, la urea, superándose de esta forma la barrera del vitalismo.

  • A continuación, se estudia la capacidad de enlace de los átomos de carbono y se presentan los tres tipos de enlace de los que puede formar parte (sencillo, doble y triple) mediante los modelos moleculares del etano, el eteno y el etino.

  • Por último, se enuncian las características generales de los compuestos de carbono y se reflexiona acerca del tipo de fórmula química más conveniente para representarlos.

  • El profesor/a puede proponer, a modo de ampliación, las siguientes actividades:

— Leer el cuadro del margen titulado «Ciclo del carbono», y representar las etapas principales de dicho ciclo.

— Montar varias moléculas orgánicas utilizando un juego de modelos moleculares.

2. Hidrocarburos de cadena abierta

  • Se presentan mediante un esquema los diferentes tipos de hidrocarburos. A continuación, se introducen los alcanos de cadena lineal con sus reglas de formulación y nomenclatura y, a partir de la tabla donde se han presentado, se define el concepto de serie homóloga y el de radical alquilo o grupo alquilo, así como la nomenclatura de estos últimos. Las reglas de formulación y nomenclatura de los alcanos lineales son, además, la base para la introducción de las reglas de formulación y nomenclatura de los alcanos ramificados.

  • Después, se plantean en forma de tabla la formulación y la nomenclatura de los alquenos y los alquinos lineales, primero, y después de los alquenos y alquinos ramificados.

  • A continuación se presentan los derivados halogenados.

  • Dos ejemplos resueltos muestran la aplicación práctica de las reglas de formulación y nomenclatura de alquenos, alquinos y derivados halogenados.

  • Además de los ejercicios propuestos en el apartado, el profesor/a puede proponer, a modo de ampliación, las siguientes actividades:

— Leer el cuadro del margen titulado «Determinación del carbono», y efectuar una práctica que consista en determinar si una sustancia dada contiene o no carbono.

— Leer el cuadro del margen titulado «Identificación de alcanos», y efectuar una práctica que consista en determinar si una sustancia dada es o no un alcano.

3. Hidrocarburos de cadena cerrada

  • Se presentan los hidrocarburos alicíclicos, diferenciando los cicloalcanos, los cicloalquenos y los cicloalquinos, y se dan las reglas para su nomenclatura y algunos ejemplos.

  • El último tipo de hidrocarburos, los aromáticos, se introduce a continuación. Se describen y se muestra cómo nombrar los derivados sencillos del benceno.

4. Compuestos oxigenados

  • En el cuadro al margen se define el concepto de grupo funcional para, a continuación, presentar en una tabla los grupos funcionales de los compuestos oxigenados y nitrogenados.

  • Se presentan los derivados oxigenados (alcoholes y fenoles, éteres, aldehídos y cetonas, ácidos carboxílicos y ésteres), sus características, su nomenclatura y algunos ejemplos en los que se destaca la terminación propia del grupo funcional. Varios ejemplos permiten observar cómo se identifica el grupo funcional y cómo se nombra un compuesto cualquiera.

  • Se indica una dirección de Internet en la que se puede observar una visión tridimensional de distintas moléculas.

5. Compuestos nitrogenados

  • Se presentan los derivados nitrogenados (aminas, amidas y nitrilos), se enuncian sus características principales y su nomenclatura y se dan algunos ejemplos en los que se destaca la terminación propia del grupo funcional.

  • El profesor/a puede proponer las siguientes actividades:

— Relacionar la fórmula de cada grupo funcional con su nombre y con la terminación que se aplica a cualquier molécula de esa familia.

— Escribir una fórmula cualquiera que responda a cada grupo funcional y nombrar el compuesto resultante.

— Buscar las características físicas y químicas de alguna familia (amidas, aminas, alcoholes), redactar un informe con los datos obtenidos y exponerlos a los compañeros.

6. Isomería

  • Se indica que una fórmula molecular se puede corresponder a más de un compuesto orgánico. A partir de aquí se introduce el concepto de isomería. A continuación se presentan los diferentes tipos de isomería: estructural o plana y estereoisomería.

  • Dentro de la isomería estructural se presentan en un cuadro los tres tipos: de cadena, de posición y de función, acompañado en cada caso de un ejemplo. En el ejemplo se nombran dos compuestos y su fórmula semidesarrollada, y se observa que la fórmula molecular es la misma para ambos, es decir, que son isómeros.

  • A continuación, se definen los estereoisómeros y se diferencia la isomería geométrica de la óptica.

  • Un ejemplo visualiza la isomería geométrica o cis-trans.

  • Se describe el comportamiento de los isómeros ópticos ante la luz polarizada. Una imagen muestra la desviación. Se presenta como responsable de esta isomería el átomo de carbono asimétrico. Una imagen muestra que la diferencia entre dos isómeros ópticos es que no son superponibles. Se definen los conceptos enantiómero, quiral y mezcla racémica.

  • Finaliza el apartado mostrando diastereoisómeros y compuestos meso-.

7. Derivados del petróleo

  • Se describen la formación, la extracción y el refino del petróleo con ayuda de imágenes que facilitan la comprensión de los diferentes procesos. Seguidamente se presentan, mediante el dibujo de una columna de fraccionamiento, algunos de sus derivados procedentes del refino, indicando la temperatura a la que se separaron del resto de los compuestos, el número medio de átomos de carbono y algunas de sus aplicaciones.

  • A continuación, el apartado se centra en uno de los derivados del petróleo de más interés actual, la gasolina. Se enuncian las características que ha de tener una buena gasolina para motor y se explica qué es el índice de octanos. Por último, se presentan tres métodos alternativos para obtener gasolina con el índice de octanos apropiado a partir del petróleo.

  • El profesor/a puede proponer, a modo de ampliación, las siguientes actividades:

— Redactar un informe donde se explique la formación del petróleo.

— Identificar el proceso de reformado con las reacciones de isomerización, buscar información sobre dicho proceso y enunciar dos reacciones que se produzcan durante este proceso.

En el apartado Ciencia y sociedad se aborda la síntesis orgánica. Se estudia su finalidad y sus tipos. Se distinguen las diferentes fases de una investigación de síntesis orgánica y se señala la gran cantidad de productos que se obtienen de esta industria, así como los riesgos medioambientales que pueden ocasionar.

En Resolución de ejercicios y problemas se pretende que el alumno/a:

  • Recuerde conceptos y procedimientos que ha estudiado a lo largo de todas las unidades de química, aplicándolos a procesos propios de la química del carbono: composición centesimal, fórmula empírica, fórmula molecular, reacción química, reactivo en exceso y rendimiento.

En Ejercicios y problemas se incluye una variedad de ambos para comprobar y consolidar los conocimientos adquiridos en la unidad y aplicarlos a nuevas situaciones. Estos ejercicios y problemas van acompañados de la solución para favorecer el proceso de autoevaluación.
Prácticas de laboratorio

Para el trabajo experimental y como complemento de los contenidos procedimentales y actitudinales, se recomienda la realización de las prácticas que se detallan al final del libro: «Preparación del jabón», «Análisis de la aspirina» y «Determinación del contenido en ácido acético de un vinagre».

Evaluación

  • Enumerar las características más importantes de los compuestos del carbono: solubilidad, temperaturas de fusión y de ebullición, conducción eléctrica, velocidad de reacción y tipo de enlace.

  • Elaborar la estructura de Lewis del metano, el etano, el propano, el eteno, el propeno, el etino y el propino.

  • Buscar ejemplos de compuestos del carbono en la vida cotidiana, identificar su grupo funcional y clasificarlos. Determinar si son naturales o artificiales.

  • Formular y nombrar diferentes moléculas orgánicas.

  • Encontrar todos los isómeros posibles a partir de una fórmula molecular dada. Por ejemplo, C5H12 o C4H10O. Justificar si tiene sentido utilizar fórmulas empíricas o moleculares en este caso.

  • Formar grupos de trabajo que realicen un estudio bibliográfico sobre el origen y las aplicaciones de un derivado del petróleo o un hidrocarburo: gas natural, butano, gasolina, queroseno, lubricantes. Cada grupo expondrá una síntesis de sus resultados a sus compañeros.

  • Hallar la fórmula molecular de un compuesto orgánico a partir de la composición centesimal y de la masa molecular. Dibujar una fórmula desarrollada que pueda corresponderse con la fórmula molecular hallada.

  • Realizar cálculos estequiométricos a partir de una reacción química orgánica.


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