1) Título del curso: Química General I Universidad de Puerto Rico Recinto Universitario de Mayagüez Facultad de Artes y Ciencias, Departamento de Química QUIM 3041 IInfforrmaciión Generrall El curso de Química 3041 es el primer semestre de un curso de un año de química general para estudiantes de concentración en Química, Ingeniería Química y Biotecnología. Tiene un valor de cuatro créditos. Consiste de tres horas semanales de conferencia y tres horas semanales de laboratorio. 2) Prerequisito: Ninguno. 3) Correquisito: Mate 3171 y (Mate 3005 o Mate 3143). 4) Libro de texto: Tro, N., Chemistry: A Molecular Approach, 2 nd Ed. Pearson, Prentice Hall, 2011. 5) Texto suplementario: Solís Trinta, L. N., Manual de Notas de Clase, Houghton Mifflin, MA, 2007 6) Criterios de Evaluación y Asignación de No tas. Tres exámenes parciales (116 pts c/u) Pruebas Cortas Nota de laboratorio* Examen final 348 puntos 60 puntos 200 puntos 200 puntos 800 puntos *Para detalles de la puntuación del laboratorio, refiérase al Prontuario de Laboratorio. Las notas en la clase se basan en la siguiente curva sugerida: Promedio** Nota 100-90 A 89-80 B 79-70 C 69-60 D 59-0 F **Se calcula sumando los puntos acumulados por el estudiante y dividiendo esa cantidad por 8. 7) Descripción del Curso: Aspectos cualitativos y cuantitativos fundamentales de los principios químicos. Se enfatizará la relación entre el comportamiento químico de la materia y su estructura atómica y molecular. Entre los tópicos a cubrirse están: cantidad de sustancia (concepto del mol), estequiometría, reacciones en solución acuosa, estado gaseoso, teoría cuántica, termoquímica, enlaces iónico y covalente. 8) Método de Instrucción:
2 9) En general, el contenido del curso será presentado en conferencias interactivas en las que los estudiantes podrán hacer y contestar preguntas. Durante las conferencias se resolverán problemas representativos con la participación de los estudiantes. Las conferencias serán complementadas con el uso de métodos audiovisuales y modelos moleculares. Los estudiantes deberán trabajar asignaciones de problemas relacionados con los temas de cada capítulo. El propósito de estas asignaciones es 1) proveer una oportunidad para que los estudiantes repasen conceptos importantes y practiquen destrezas 2) proveer un mecanismo mediante el cual los estudiantes puedan autoevaluar su comprensión de los conceptos importantes adquiridos en clases y 3) proveer un mecanismo mediante el cual los estudiantes puedan generar preguntas para estudiar y, si es necesario, para buscar la ayuda del profesor. Exámenes parciales: Se ofrecerán en horario nocturno. No hay reposición para los exámenes parciales. En caso de ausencia justificada se adjudicará al examen parcial la puntuación correspondiente al examen final del curso. 10) Examen Final: La Oficina del Registrador anunciará la fecha, lugar y hora del examen final del curso. 11) Reglas: a) La asistencia tanto a la confere ncia como al laboratorio es compulsoria. En cada conferencia y laboratorio el estudiante debe firmar en la hoja de asistencia. En caso de ausencia justificada, el estudiante deberá traer una excusa oficial, (Servicios Médicos, Tribunal, etc.), no más de una semana después de su regreso a clases. b) Los laboratorios comienzan la primera semana de clase. No habrá reposición para las ausencias al laboratorio. Tres ausencias al laboratorio conlleva una nota de CERO en los informes de laboratorio. Con más de tres ausencias al laboratorio recibirá una calificación de F en el curso de Química 3041. Para más información sobre el laboratorio deberá referirse al Prontuario de Laboratorio. Éste se distribuirá durante la primera semana de clase en el laboratorio. c) Los teléfonos celulares, laptops y otros artefactos electrónicos que interfieran con su atención a la clase, deberán mantenerse apagados durante las clases y exámenes. No se permitirá el uso de audífonos, salvo los que deban usarse debido a algún impedimento auditivo. d) Durante los exámenes se requerirá identificación con foto. No se permitirá el uso de calculadoras programables. Los celulares y los beepers deberán estar guardados y apagados. e) Después de identificarse con el profesor y la institución, los estudiantes con impedimento recibirán acomodo razonable en sus cursos y evaluaciones. Para más información comuníquese con Servicios a Estudiantes con Impedimentos en la oficina del Decano de Estudiantes, a los teléfonos 787-265-3862 ó 787-832-4040 x 3250 ó 3258. f) Cualquier estudiante que cometa fraude durante un examen, copiándose utilizando cualquier fuente, recibirá calificación de cero en el examen. Estará sujeto a sanciones disciplinarias de acuerdo con el Artículo 15 del Reglamento General de Estudiantes de la UPR. 12) Ayuda al estudiante:
3 Horas de Oficina: Su profesor de conferencia estará disponible en sus horas de oficina para aclarar cualquier duda relacionada al curso. Si no pueden venir durante las horas de oficina, comuníquese con su profesor para citar una reunión fuera de horas de oficina. Sala de Recursos, Q-149: La Sala de Recursos de Química ofrece un programa de tutorías para beneficio de los estudiantes. Además se prestan libros de química y otros recursos didácticos, y es el lugar donde los instructores de laboratorio ofrecen sus horas de oficina. Se anima a los estudiantes utilizar la Sala de Recursos. Cada estudiante tendrá acceso al Portal colegial, (Mi uprm.edu.) Deberá cotejar con frecuencia su correo electrónico en uprm.edu pues se enviarán mensajes acerca del contenido de los exámenes parciales, cambios al prontuario (si alguno) o cualquier otra información que sea necesaria. 13) Objetivos específicos: Capítulo 1: Materia, medición y solución a problemas. (4 horas) a) Conocer en qué consiste el estudio de la química y su importancia fundamental con relación a las demás ciencias y la tecnología. b) Conocer ejemplos de las tareas que llevan a cabo los químicos. c) Conocer la aportación del químico francés Antoine Lavoisier (1743-1797) a la química moderna. d) Reconocer que las medidas están sujetas a errores experimentales y distinguir entre precisión y exactitud de una medida. e) Al utilizar medidas, establecer su precisión usando cifras significativas. f) Utilizar notación científica y las reglas de redondeo para expresar con claridad, las cifras que son significativas en una medida o en el resultado de un cálculo. g) Conocer las unidades base del sistema internacional (SI) de medidas. h) Utilizar los prefijos apropiados para convertir las unidades base en unidades más grandes o más pequeñas. i) Utilizar las unidades base para obtener las unidades derivadas al considerar propiedades como volumen y densidad. j) Conocer las escalas de temperatura Celsius, Fahrenheit y Kelvin y poder intercambiar entre ellas. k) Utilizar la técnica de análisis dimensional al resolver problemas y desarrollar factores unitarios de conversión para intercambiar unidades. l) Definir o explicar los siguientes conceptos: química sustancia materia propiedades extensivas e intensivas estados de la materia (sólido, líquido y gas) mezcla (homogénea o heterogénea) cambios físicos y químicos de la materia propiedades físicas y químicas de la materia fase exactitud y precisión método científico: experimento, hipótesis, ley, teoría destilación masa ley de conservación de masa y energía Capítulo 2: Átomos y elementos. (4 horas) a) Citar los postulados de la teoría atómica de Dalton. b) Conocer nombres y símbolos de elementos comunes. c) Describir la estructura del átomo en términos de electrones, protones y neutrones. d) Describir el experimento de J. J. Thomson que descubre y caracteriza al electrón. e) Describir el experimento de R. Millikan que permite calcular la carga del electrón.
4 f) Describir el experimento de E. Rutherford que permite establecer el modelo nuclear del átomo. g) Relacionar los experimentos de J. Chadwick con la caracterización del neutrón. h) Distinguir entre número atómico (Z) y número de masa (A). i) Determinar el número atómico (Z) y el número de masa (A) de un núcleo en específico, dado el número de protones, electrones y neutrones y viceversa para un átomo neutro o un ión monoatómico. j) Conocer en qué se basa la escala para expresar pesos atómicos y la unidad que se utiliza. k) Conocer para qué se usa el espectrómetro de masa y describir cómo funciona. l) Dada la masa de cada isótopo y su abundancia, calcular el peso atómico de un elemento. m) Describir la tabla periódica y obtener información básica de ella. n) Definir y/o explicar los siguientes conceptos: rayos catódicos semiconductor ley de conservación de masa ley de proporciones definidas número de Avogadro ley de proporciones múltiples ion (catión y anión) isótopo masa atómica unidad de masa atómica (uma) metal mol masa molar no metal metaloide elementos de transición Capítulo 3: Moléculas, compuestos y ecuaciones químicas. (4 horas) a) Distinguir entre varios tipos de fórmulas de compuestos químicos y saber interpretarlas. b) Distinguir entre compuestos moleculares o covalentes y compuestos iónicos. c) Conocer información básica con relación a los compuestos orgánicos. d) Dadas las fórmulas de los reactivos y productos de una reacción química, obtener los coeficientes apropiados para balancear o ajustar la ecuación. e) Dado el símbolo o fórmula de una sustancia y una tabla de pesos atómicos, calcular el peso fórmula y la masa molar. f) Dado el símbolo o fórmula de una sustancia, calcular la masa en gramos de un átomo o molécula. partículas (átomos, moléculas, g) Dado el símbolo o fórmula y la masa de una sustancia, calcular el número de fórmulas unitarias o iones) que contiene. h) Dado el símbolo o fórmula y los gramos de una sustancia, calcular los moles. i) Dado el símbolo o fórmula y los moles de una sustancia, calcular los gramos. j) Dada una fórmula, calcular el % por masa de cada elemento en el compuesto. k) Dada la masa de un compuesto y su fórmula o % de composición, calcular los gramos o moles de algún elemento. l) Dadas las masas de un compuesto y de sus elementos o el % de composición, obtener la fórmula empírica del compuesto. m) Obtener la fórmula empírica de un compuesto mediante el análisis de una combustión. n) Conociendo la fórmula empírica y el peso molecular, obtener la fórmula molecular del compuesto. o) Interpretar la ecuación química en términos de partículas, de moles de partículas o de gramos de sustancia. p) Definir o explicar los siguientes conceptos: peso fórmula reacción química % de composición por masa formula empírica ecuación química ecuación química balanceada productos reactivos Capítulo 4: Cantidades químicas y reacciones en solución acuosa. (8 horas) a) Dada una ecuación química y la cantidad de una sustancia, calcular la cantidad de otra sustancia envuelta en la reacción. b) Dada una ecuación química y las cantidades de dos reactivos, investigar cuál es el reactivo limitante para poder determinar la cantidad de producto que se forma.
5 c) Dada una ecuación química, la cantidad del reactivo limitante y el rendimiento experimental de un producto, calcular el rendimiento teórico y el % de rendimiento del producto. d) Distinguir entre electrolitos fuertes y débiles y no electrolitos. e) Dada la fórmula de un compuesto iónico, utilizar las reglas de solubilidad para predecir su solubilidad en agua. f) Representar reacciones que envuelven iones, por medio de la ecuación molecular, la ecuación iónica total o completa y la ecuación iónica neta. g) Distinguir entre los tipos principales de reacciones: precipitación, ácido-base, formación de gas y oxidaciónreducción. h) Establecer el número de oxidación de átomos. i) Usar las reglas de solubilidad para predecir si al mezclar dos soluciones de compuestos iónicos, se formará un precipitado. Si se forma un precipitado, poder escribir las ecuaciones molecular, iónica total e iónica neta. j) Dada la fórmula de un ácido o una base, clasificarlo como electrolito fuerte o débil. k) Dados un ácido y una base, escribir la ecuación para la reacción de neutralización que ocurre entre ellos. l) Dadas la masa del soluto y el volumen de una solución, calcular la molaridad de la solución. m) Calcular la molaridad de una solución dado el porciento por peso, la densidad y el volumen de solución. n) Dados la molaridad y el volumen de una solución, calcular los moles de soluto. o) Dados los moles del soluto y la molaridad de una solución, calcular el volumen de la solución. p) Para diluir soluciones: Calcular el volumen de una solución de molaridad conocida, que se requiere para preparar un volumen específico de una solución de menor molaridad. q) En un análisis volumétrico: Dada una ecuación química, calcular el volumen de una solución de molaridad conocida de u n reactivo, que se requiere para que justamente reaccione con una cantidad dada de otro reactivo. r) Por medio del proceso de titulación: Para una reacción química, calcular la cantidad de un reactivo, que reacciona completamente con un volumen dado de una solución de molaridad conocida del otro reactivo. s) Definir o explicar: estequiometría molaridad titulación soluto reactivo limitante oxidación punto de equivalencia solvente rendimiento experimental reducción ácido ion espectador rendimiento teórico agente oxidante base % de rendimiento agente reductor solución Capitulo 5: Gases (4 horas) a) Conocer las unidades en que se mide presión y poder convertir de una unidad a otra. b) Dado el volumen inicial que ocupa una cantidad definida de un gas, calcular el volumen final cuando cambia la presión y se mantiene la temperatura constante, usando la ley de Boyle. c) Dado el volumen inicial que ocupa una cantidad definida de un gas, calcular el volumen final cuando cambia la temperatura y se mantiene la presión constante, usando la ley de Charles. d) Dado el volumen inicial que ocupa una cantidad definida de un gas, calcular el volumen final cuando cambia tanto la presión como la temperatura, usando la ley combinada de gases. e) Relacionar la cantidad de gas contenido en volúmenes iguales de gases que se encuentran a igual temperatura y presión, según la ley de Avogadro. f) Dadas tres de las variables: V, P, T y n para un gas, calcular la cuarta variable usando la ley del gas ideal. g) Conocer la relación entre la densidad de un gas y su peso molecular a base de la ley del gas ideal. h) Resolver problemas de estequiometría que envuelven volúmenes de gases usando la ley del gas ideal para hallar los moles de gas. i) Conocer la ley de presiones parciales de Dalton para una mezcla de gases. j) Dadas las masas de gases en una mezcla, calcular la presión parcial o la fracción molar de algún componente o la presión total de la mezcla. k) Definir o explicar los siguientes términos: atmósfera Ley Combinada volumen molar barómetro manómetro gas ideal condiciones STP efusión difusión presión Ley del Gas Ideal gas real Ley de Boyle Ley de Dalton ecuación de van der Waals Ley de Charles fracción molar Ley de Avogadro presión parcial Capítulo 6: Termoquímica. (5 horas)
6 a) Dada la masa y la velocidad de un objeto, calcular su energía cinética. b) Determinar la energía interna de un sistema basado en la cantidad de energía transferida y el trabajo realizado. c) Dada una reacción química, el estado físico de las sustancias y la energía transferida, escribir la ecuación termoquímica. d) Dada una ecuación termoquímica, calcular la energía que corresponda a múltiplos de los coeficientes de la ecuación ajustada o a la reacción inversa. e) Dado el ΔH para de una ecuación termoquímica, calcular la energía de reacción para una masa dada de reactivo o producto (aplicar estequiometría). f) Dadas cualesquiera tres de las variables q, C s, m o Δt, calcular la cuarta. g) Dadas varias ecuaciones termoquímicas, calcular el ΔH para la reacción que se obtiene al sumar las reacciones individuales usando la ley de Hess. h) Dada una tabla d e entalpías de formación estándar, calcular el va lor de energía de un cambio de fase o el ΔH de una reacción química. i) Definir o explicar los siguientes conceptos: energía energía cinética energía termal energía interna trabajo capacidad de calor energía potencial función de estado calor específico caloría julio ley de conservación de energía sistema calorímetro ley de Hess entalpía alrededores estado estándar entalpía de reacción calor entalpía de formación estándar energía química equilibrio termal Capítulo 7: Modelo cuántico del átomo. (5 horas) a) Dada la frecuencia de luz (ν), calcular la longitud de onda (λ) o viceversa. b) Dada la frecuencia o longitud de onda, calcular la energía (E) asociada a un fotón o un mol de fotones. c) Describir las contribuciones de Planck, Einstein, Bohr, de Broglie, Heisenberg y Schrödinger en el desarrollo de la teoría cuántica del átomo. d) Dado un conjunto de números cuántico s, n, l, m l, y m s, decidir si es un conjunto permisible para un electrón. e) Calcular la energía, frecuencia de la luz o longitud de onda asociada a una transición electrónica en el átomo de hidrógeno. f) Definir o explicar los siguientes conceptos: longitud de onda (λ) niveles de energía frecuencia de luz (ν) relación de de Broglie radiación electromagnética mecánica cuántica espectro electromagnético orbital atómico constante de Planck (h) principio de incertidumbre de Heisenberg fotón número cuántico principal (n) efecto fotoeléctrico número cuántico de momento angular (l) espectro continuo número cuántico magnético (m l) espectro de línea número cuántico de espín (m s ) Capítulo 8: Propiedades periódicas de los elementos. (5 horas) a) Dada una configuración electrónica o diagrama de orbitales, decidir si es posible o no de acuerdo al principio de exclusión de Pauli. b) Dado el número atómico de un átomo, escribir su configuración electrónica para el estado raso, de acuerdo al principio Aufbau. c) Dado el período y el grupo al que pertenece un elemento, escribir su configuración terminal o de valencia para el estado raso o algún estado excitado. d) Dado un ion, escribir su configuración electrónica. e) Dada la configuración electrónica para el estado raso de un átomo, escribir el diagrama de orbitales, aplicando la regla de m ultiplicidad máxima de Hund. f) Usando la tabla periódica y las tendencias conocidas, colocar una serie de elementos, en orden de radio atómico, energía de ionización, afinidad electrónica o radio iónico. g) Definir o explicar los siguientes conceptos:
7 configuración electrónica diagrama de orbitales principio de exclusión de Pauli principio Aufbau configuración de gas noble configuración de seudo gas noble electrones de valencia sustancia paramagnética estado raso sustancia diamagnética ley periódica carga nuclear efectiva energía de ionización afinidad electrónica regla de Hund efecto de apantallamiento penetración de orbitales Capítulo 9: Enlace químico I: Teoría de Lewis. (5 horas) a) Representar el enlace iónico usando símbolos de Lewis. b) Escribir el símbolo de Lewis para el ion de un elemento representativo. c) Describir la formación de un compuesto iónico en términos energéticos (Ciclo de Born-Haber) d) Dadas las electronegatividades de los átomos colocar una serie de enlaces en orden de polaridad. e) Dada la fórmula molecular de un compuesto simple o de un ion, escribir su fórmula de Lewis. f) Escribir las formas resonantes de una molécula o ión poliatómico. g) Dadas varias fórmulas de Lewis, usar el concepto de carga formal para determinar la fórmula que describe m ejor la distribución electrónica de la especie. h) Conocer la relación entre energía de enlace y longitud de enlace. i) Dada una reacción qu ímica y datos de energías de enlaces, determinar el cambio en entalpía. j) Definir o explicar los siguientes conceptos: símbolos de Lewis enlaces múltiples pares no enlazantes enlace iónico enlace covalente enlace covalente coordinado energía reticular enlace covalente polar radio covalente ciclo de Born-Haber electronegatividad regla del octeto energía de enlace enlace deslocalizados híbrido de resonancia enlace sencillo pares enlazantes especies isoelectrónicas fórmulas de Lewis momento dipolar carga formal 14) Observaciones: Capítulo 1: Sección 1.7 -Se cubrirá en el laboratorio. El estudiante es responsable de este material para los exámenes de la conferencia. C apítulo 2: Se cubre completo. Capítulo 3: Secciones 3.5 y 3.6 - Se cubrirán en el laboratorio. El estudiante es responsable de este material para los exámenes de la conferencia. Se elimina la sección 3.11. Capítulo 4: Se cubre completo. Capítulo 5: El estudiante será responsable de leer la sección 5.11. Capítulo 6: El estudiante será responsable de leer la sección 6.9. Capítulo 7: Se cubre completo. Capítulo 8: El estudiante será responsable de leer la sección 8.9. Capítulo 9: Se cubre completo. 15) Problemas recomendados. El estudiante debe poder contestar la mayoría de las preguntas que aparecen al final del capítulo bajo Review Questions. En adición debe practicar los siguientes ejercicios.
8 Capítulo 1: 33, 37, 41, 43, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 67, 69, 73, 75, 77, 81, 83, 87, 89, 91, 93, 95, 97, 99, 103, 111, 113, 119, 132,138 Capítulo 2: 29, 31, 33, 37, 39, 41, 47, 49, 51, 53, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 75, 79, 81, 83, 85, 89, 93, 101, 111 Capítulo 3: 23, 29, 33,35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 59, 61, 63, 65, 67, 75, 77, 79, 85, 87, 89, 93, 97, 99, 101, 111, 113, 117, 127, 129 Capítulo 4: 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 45, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 73, 75, 77, 81, 83, 85, 87, 89, 97, 99, 101, 105, 107, 109, 111 Capítulo 5: 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 45, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 73, 75, 77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91, 93, 95, 99, 101, 105, 107, 125 Capítulo 6: 33, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 73, 75, 77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 93, 101, 121 Capítulo 7: 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 53, 55, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 73, 75 Capítulo 8: 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 73, 75, 77, 81, 83, 85, 87, 91, 93, 99, 103 Capítulo 9: 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 55, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 73, 75, 77, 79, 81, 83, 87, 99