sábado, 29 de agosto de 2009

Plantas eléctricas en México

Objetivo general:
• Analizar la generación de energía eléctrica en México y su impacto en el medio ambiente.

Metodología:
Organizados en equipo de 4 a 5 estudiantes investigar las plantas eléctricas que hay en México basado en un enfoque periodístico. El equipo elegirá cualquiera de las siguientes modalidades, donde los alumnos:

1. Emplean a un personaje ficticio para crear un relato noticioso.
2. Simulan un diario como si estuvieran presentes en determinado momento y lugar.
3. Simulan estar en un canal cultural en el Programa de Ciencia Tecnología y Desarrollo Sustentable. Por ejemplo los científicos (estudiantes) son entrevistados por un conductor (estudiante) en televisión.

Con base en las siguientes preguntas:
a)¿Qué tipo de plantas eléctricas hay en México?
b)¿Qué tipo de fuente de energía utilizan cada uno de ellas en su proceso?
c)Identificar el tipo de cambio (físico, químico o nuclear) en la transformación de la energía en cada paso, desde la energía inicial hasta final de cada tipo de planta eléctrica?
d)¿En qué plantas eléctricas se llevan a cabo reacciones químicas de combustión y en qué porcentaje se encuentran en nuestro pais?
e)¿Cuáles sustancias químicas contaminan el medio ambiente?
f)Ante el problema del calentamiento global y de acuerdo a las caracetrísticas geográficas y socioeconómicas del pais proponer estrategias de solución con plantas eléctricas alternativas viables y sustentables.

En presentación power piont con un máxio de 15 diapositivas, el trabajo debe contener los siguientes apartados:

1.Introducción: explicar brevemente el propósito del trabajo y mencionar el contenido del trabajo.
2.Insertar un Google maps : (http://maps.google.es/ ), en forma de imagen con la ubicación geográfica de las plantas eléctricas en México.
3.Collage de imágenes de plantas eléctricas de México.
5.Esquema de alguna planta eléctrica donde se muestre el funcionamiento y las tranformaciones de la energía que ocurren a lo largo de todo el proceso.
4.En un cuadro comparativo poner los datos: tipo de cambio (físico, químico o nuclear), tipo de combustible, reacción de combustión, ventajas y desventajas de cada una de las plantas eléctricas.
5.Insertar un gráfico visual “explicando una razón” para argumentar causa efecto del tipo de combustible que utilizan las plantas eléctricas y contaminantes que se producen. A través de un organizador gráfico como explicando una razón en (http://www.intel.com/education/la/es/explicandounarazon/index.htm
6.Insertar un video alusivo al tema. Puede ser You Tube o cualquier otro.
7.Propuestas estratégicas para aumentar el número de plantas eléctricas sostenibles en nuestro país.
8.Incluir un glosario con un mínimo de 17 conceptos sobre el tema en forma de crucigrama. A través del software libre: http://www.eclipsecrossword.com/downloadfull.html
9.Conclusiones
10.Fuentes de consulta: libros, revistas, artículos, sitios digitales
11.Créditos

Bibliografía sugerida:

Bibliografía que se dio en clase.
Mosqueira Pérez, S. 2007. Introducción a la Química y el ambiente. Grupo Editorial Patria. México.
Secretaría de energía
http://www.sener.gob.mx/webSener/index.jsp
Explorando México
http://www.explorandomexico.com.mx/about-mexico/6/106/
Dirección General del Estado de México
http://www.edomex.gob.mx/portal/page/portal/desarrollopolitico/calendario/febrero/energia
INEGI Instituto Nacional de Estadística y Geografía
http://www.inegi.org.mx/inegi/contenidos/espanol/prensa/contenidos/estadisticas/2009/ambiente09.asp?s=inegi&c=2726&ep=15
Sistema Nacional de Información de la Calidad del Aire http://sinaica.ine.gob.mx/
Década para una educación para la sostenibilidad
http://www.oei.es/decada/boletin050.htm
La sostenibilidad como revolución cultural, tecno científica y política
http://www.oei.es/decada/accion000.htm

martes, 25 de agosto de 2009

Reactivo limitante

Muchas de las situaciones cotidianas dependen de las cantidades estequiométricas de los reactivos. Por ejemplo en una fiesta el número de mujeres y de hombres depende para que se formen parejas hombre - mujer para bailar. Si hay 6 mujeres y 10 hombres, las mujeres, en este caso, limitan el número de parejas que se pudieran formar.

Ahora bien, las sustancias que participan en una reacción química para formar uno o más productos, no siempre se encuentran en la misma cantidad. La sustancia que se encuentra en menor cantidad limitará la formación de más productos. A esta sustancia se le conoce como reactivo limitante (R.L.). Por eso cuando se desea calcular la cantidad de producto formado en una reacción química se deberá calcular PRIMERO el R.L. y después la cantidad de producto formado.

Cierta analogía con la estequiometría de las reacciones químicas sería la elaboración de un emparedado.
Por ejemplo:

2 rebanadas de pan + 1 rebanada de jamón → 1 emparedado

¿Cuántos emparedados se pueden preparar si se tienen 6 rebanadas de pan y 12 rebanadas de jamón?

Una forma de calcularlo es con el método de factor unitario:


El factor unitario es una relación de cantidades equivalentes. En este caso podemos obtener 4 factores unitarios, dos para el pan y dos para el jamón.

Los factores unitarios para el pan serían:

2 rebanadas de pan hacen 1 emparedado, esta relación se establece como factor unitario así:
2 rebanadas de pan / 1 emparedado
o 1 emparedado/ 2 rebanadas de pan

Los factores unitarios para el jamón serían:

1 rebanada de jamón hacen 1 emparedado, esta relación se establece como un factor unitario así:
1 rebanada de jamón/ 1 emparedado
o 1 emparedado/ 1 rebanada de jamón.


Ahora bien con estos factores unitarios que se tienen se calcula por separado la cantidad de emparedados que se pueden formar con esta cantidad de pan y con esta cantidad de jamón.

Primero con el pan, si se tienen 6 rebanadas de pan se multiplica por el factor unitario que relaciona el emparedado con el pan, así:

6 rebanadas de pan x 1 emparedado / 2 rebanadas de pan = 3 emparedados

Luego con el jamón, si se tienen 12 rebanadas de jamón se multiplica por el factor unitario que relaciona el emparedado con las rebanadas de jamón, así:

12 rebanadas de jamón x 1 emparedado/ 1 rebanada de jamón = 12 emparedados

Obtenemos dos resultados, 3 y 12 emparedados, el valor más pequeño no indica cuál es el reactivo limitante, en este caso es el pan.

De forma similar podemos aplicarlo a las reacciones químicas, con el siguiente ejemplo:
N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g)

Supón que tienes 6 moles de hidrógeno y 1 mol de nitrógeno y deseas conocer la cantidad máxima de amoniaco que se puede producir. El modelo que se hizo con los emparedados se puede utilizar en este ejemplo:

6 moles de H2 x 2 moles de NH3/ 3 moles de H2 = 4 moles de amoniaco


1 mol de N2 x 2 moles de NH3/ 1 mol de N2 = 2 moles de amoniaco

Como se puede observar el nitrógeno es el R.L.ya que su valor es menor.
Ejercicio:
1. Se colocaron 55 g de nitrógeno en un recipiente de reacción junto con 55 g de hidrógeno gaseoso, determinas cuál sustancia es el R.L y cuántos gramos de amoniaco gaseoso puede producir esta reacción. N2(g) + H2(g) → NH3(g)

Se calculan los reactivos por separado:
Paso 1: Se calcula la masa molecular del nitrógeno = 2 x 14 = 28 g/mol, del hidrógeno = 2 x 1 = 2 g/mol y del amoniaco = 14 + 3 = 17 g/mol.

Paso 2: Se pasan a moles los 55g de nitrógeno:

55 g de N2 x 1 mol de N2/28 g de N2

Paso 3: Se toma en cuenta los coeficientes estequimétricos de la reacción

55 g de N2 x 1 mol de N2/ 28 g de N2 x 2 moles de NH3/ 1 mol de N2

Paso 4: Se pasan a gramos las moles de amonio

55 g de N2 x 1 mol de N2/ 28 g de N2 x 2 moles de NH3/ 1 mol de N2 x 17 g de NH3/ 1 mol de NH3

Paso 5: se hacen las operaciones:

55 g de N2 x 1 mol de N2/ 28 g de N2 x 2 moles de NH3/ 1 mol de N2 x 17 g de NH3/ 1 mol de NH3 = 66.8 g de NH3

Paso 6: se calcula la del hidrógeno de forma similar, pero con los datos de este:

55 g de H2 x 1 mol de H2/ 2 g de H2 x 2 moles de NH3/ 3 moles de H2 x 17 g de NH3/ 1 mol de NH3 = 309g de NH3


Resultados: El nitrógeno es el R.L. porque fue con la cantidad de éste reactivo que se produce menor cantidad de amoniaco 66. 8 g.

Otra manera de resolverlo más fácil es directamente con una sola operación directa:
55 g 55 g
N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g)
28 g 6 g

55 g N2 x 34 g NH3 / 28 g N2 = 66. 8 g NH3


Problemas de reactivo limitante (R.L)
Recuerda que debes balancear las reacciones en todos los casos y calcular el reactivo limitante R.L.

1. El titanio es un metal muy fuerte, ligero y resistente a la corrosión. Por estas razones se utiliza en la fabricación de bicicletas. Se prepara a partir de la siguiente reacción: Ti Cl4(g) + Mg (l) → Ti (s) + Mg Cl2 (l)
Si reaccionan 300 g de cloruro de titanio con 100g de magnesio, calcula los gramos de titanio que se obtienen de estas cantidades.

2. Para la siguiente reacción: Al + Fe2O3 → Al2O3 + Fe
120 g de aluminio reaccionan con 500 g de óxido de hierro (III). Calcula la masa de hierro formado y la cantidad de reactivo en exceso que queda sin reaccionar.

3. El pentóxido de vanadio V2O5 reacciona con el calcio Ca para dar óxido de calcio CaO y vanadio metálico V. Si reaccionan 500 g de pentóxido de vanadio con 190 g de calcio ¿cuánto vanadio metálico se obtiene?

4. La urea (NH2)2 CO se prepara con amoniaco y dióxido de carbono:
NH3 (g) + CO2 (g) → (NH2)2 CO (acuoso) + H2O (l)
En el proceso se obtuvieron 640 g de urea ¿Cuántos gramos de amoniaco se gastaron si es el R.L.?

5. Una vez que el etanol entra al cuerpo, el hígado los metaboliza en otras sustancias. En la primera reacción el etanol se oxida y se forma un aldehído mas agua: CH3CH2OH(ac) + O2 (g) → CH3CHO (ac) + H2O (l)
Si reaccionan 45 g de etanol y 16 g de oxígeno. ¿Cuál es el R.L.?

6. Se colocaron 15 g de nitrógeno en un recipiente de reacción junto con 36 g de hidrógeno gaseoso, determinas cuál sustancia es el R.L y cuántos gramos de amoniaco gaseoso puede producir esta reacción. N2(g) + H2(g) → NH3(g)

7. Repite los mismos cálculos del problema anterior pero esta vez considera 50 g de nitrógeno y 10 g de hidrógeno gaseoso para establecer: ¿Cuál sustancia es el R.L? ¿Cuál esta en exceso? Y ¿Cuántos gramos de amoniaco gaseoso se pueden producir?

8. La siguiente reacción es espontánea, es decir, no necesita energía para que se realice. Las cantidades que se mezclaron fueron 4 g de aluminio con 42 de g bromo líquido. ¿Cuál sustancia es R.L? y ¿Cuál es el rendimiento teórico de bromuro de aluminio? Al(s) + Br2(l) → AlBr3

9. Cuando se agrega un trozo de fósforo a bromo líquido la reacción es espontánea y se libera mucho calor. Las cantidades que reaccionaron fueron 5 g de fósforo y 40.5 g de bromo. ¿Cuál sustancia es el R.L? ¿Cuanto se obtiene de PBr3?

10. Gran parte del etanol comercial C2H5OH se produce por la reacción del eteno, C2H4 con agua. Si 80 kg de eteno reaccionaron con 55 g de agua. ¿Cuál es el R.L? ¿Cuál es el rendimiento teórico del etanol?

martes, 18 de agosto de 2009

Webquest sobre combustibles




Organizarse en equipo y elaborar un Webquest sobre combustibles.


Cuál combustible es mejor

hidrógeno o etanol

Introducción

El gas hidrógeno y el etanol son combustibles que se están utilizando actualmente en vehículos. Sus entalpías normales de formación son: 50.6 kJ/mol y 42.0 kJ/mol, respectivamente. Suponiendo que se forma vapor de agua y CO2 como productos de la combustión y tomando los datos necesarios de una tabla de entalpias, determinar cuál será mejor combustible con respecto a:

a) Entalpía por kilogramo

b) Cuidado del medio ambiente

c) Costo beneficio

Tarea

1. Realizar una tarea analítica en donde los alumnos van a buscar e identificar las semejanzas y diferencias de causa y efecto entre variables, y a discutir el significado de tales relaciones. A través de un cuadro comparativo comparar al hidrógeno y el etanol y analizar los resultados para poder especular e inferir lo que significan las diferencias y semejanzas entre dos combustibles.

Proceso

A través de éste estudio comparativo se va especificar cada una de las etapas de investigación tomando en cuenta: Organización del equipo, designación de tareas, recursos utilizados, planificación del trabajo. Con la finalidad de crear un instrumento bien fundamentado para poder tomar una mejor decisión de cual combustible es mejor.

Recursos

1. La taxonomía de las tareas: http://www.aula21.net/tallerwq/tareas/tareonomiawebquest2.htm http://www.cyta.com.ar/elearn/wq/clasificacion.htm

2. Datos sobre el hidrógeno molecular: http://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3geno_diat%C3%B3mico

3. Ventajas e inconvenientes de diversas fuentes de energía: http://books.google.com.mx/books?id=BuNak7V4dhQC&pg=PA263&lpg=PA263&dq=entalp%C3%ADa+de+los+combustibles&source=web&ots=PEPXPYaADA&sig=dCfneAy7FFp_li_9jOdLZdnVvN8&hl=es#PPA267,M1

4. El etanol como combustible verde: http://www.solociencia.com/ecologia/06022704.htm http://www.concursoeducared.org/webs2005/sacogb07/ETANOL.htm

5. Hidrógeno, mercado, situación y tendencia: http://www.textoscientificos.com/quimica/hidrogeno/mercado

6. Conceptos fundamentales de termodinámica: http://www.textoscientificos.com/quimica/termodinamica

7. Cálculo de entalpía de una reacción: http://www.librosite.net/data/glosarios/petrucci/videos/cap11/enthalpy_of_reaction.htm

8 Despega la Tecnología de Acumuladores Celulares: http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://web-japan.org/nipponia/nipponia28/es/images/8_2.gif&imgrefurl=http://web-japan.org/nipponia/nipponia28/es/feature/feature03.html&h=228&w=598&sz=40&hl=es&start=124&um=1&tbnid=dzRFRR2WhYmrbM:&tbnh=51&tbnw=135&prev=/images%3Fq%3Dmol%25C3%25A9cula%2Bdel%2Bhidr%25C3%25B3geno%26start%3D120%26ndsp%3D20%26um%3D1%26hl%3Des%26client%3Dfirefox-a %26rls%3Dorg.mozilla:es-ES:official%26sa%3DN.

9. El hidrógeno como energía: http://waste.ideal.es/hidrogeno.htm

10. Encontrar dos direcciones más de interés sobre el tema

Evaluación

Responde las siguientes cuestiones:

¿Qué aprendí al realizar esta actividad?

¿Qué dificultades tuve durante la consulta, lectura y organización de la información grupal y personal?

Comenta tu opinión sobre ésta actividad, aquello que les ha parecido más importante y porqué.

Conclusiones

Explicitar sus conclusiones sobre estos combustibles con base a la información tomando en cuenta diversos factores (entropía/ kg, el cuidado del medio ambiente y costo beneficio de ambos combustibles) conscientes de lo que representa utilizar un combustible u otro.



Balanceo de reacciones

Balancea las siguientes reacciones por tanteo:

1. C6H12O6 (s) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g)

2. NH3(g) + O2(g) →NO2(g) + H2O(g)

3. N2(g) + O2(g) →N2O(g)

4. CH4(g) + O 2(g) →CO 2(g) + H2O (g

5. CO 2(g) + H2O (g→CH 4(g) + O 2(g)

6. H2(g) + Cl2(g) HCl(g)

7. H2(g) + O2(g) → H2O(g)

8. H2(g) + I2(g) → HI (g)

9. PCl5(s) PCl3 + Cl2

10. CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)

11. Ag(s) + Br2(l) → AgBr (ac)

12.C(grafito) + H2 (g) CH4( g)

13. H2 (g) + C (grafito) + N2 (g) →HCN(g)

14. NH3( g) + HCl(g→ NH4Cl (s)

15. N2 (g) + H2 (g) + Cl2 ( g) → NH4Cl (s)

16. SO2(g) + O2(g) → SO3(g)

17. Mg(OH)2(s) + HCl(g) → MgCl2(s) + H2O(l)

18. CH3OH(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g)

19. CH4(g) → C2H6 (g) + H2 (g)

20. CH3OH(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g)