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U n i v e r s i d a d A u t ó n o m a d e S a n L u i s P o t o s í C o o r d i n a c i ó n A c a d é m i c a R e g i ó n A l t i p l a n o
Programas Analíticos de la Ingeniería en Energías Renovables
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A) NOMBRE DEL CURSO: QUÍMICA ANALÍTICA
B) DATOS BÁSICOS DEL CURSO Tipo de propuesta curricular:
( X ) Nueva creación ( ) Reestructuración ( ) Ajuste
Tipo de materia: ( X ) Obligatoria ( ) Electiva u optativa ( ) Complementaria (…) otra _____________________________
Materia compartida con otro PE o entidad académica
( x) No ( ) Sí ¿Con qué PE se comparte? Ninguna ¿De qué semestre? Primer semestre ¿De qué entidad académica? COARA
Programas analíticos
Semestre Horas de teoría por semana
Horas de práctica por semana
Horas trabajo adicional estudiante
por semana
Créditos
III 2 2 2 6
C) OBJETIVOS DEL CURSO Objetivo general
Al finalizar el curso el estudiante será capaz de:
Observar, interpretar y cuantificar fenómenos propios de estos campos, empleando para ello las técnicas propias de los métodos analíticos. Así como desarrollar la habilidad de: medir, evaluar incertidumbres, y realizar análisis gráficos para la evaluación de los fenómenos observados y finalmente elaborar adecuadamente el reporte de su trabajo utilizando para ello técnicas computacionales.
Competencia
(s) profesional (es) que contribuye a desarrollar la materia
1. Reconocer y analizar procesos de producción, distribución y almacenamiento de
energía a partir de recursos naturales y los factores tecnológicos, económicos en
función de su contribución a la sustentabilidad.
2. Seleccionar y dimensionar sistemas de producción de energía (eléctrica, térmica,
química, entre otros) con fuentes renovables para aplicaciones a nivel residencial,
comercial e industrial.
3. Desarrollar y operar proyectos basados en fuentes de energía renovable con
responsabilidad social y ambiental.
Competencia
(s) transversal (es) a las que contribuye a desarrollar la materia
1. Capacidad para investigar y establecer relaciones coherentes y sistematizables entre la información derivada de la experiencia, los marcos conceptuales y modelos explicativos derivados de los campos científicos y tecnológicos propios de la profesión, encaminada a la resolución de problemas estratégicos y a la generación de nuevos conocimientos.
2. Capacidad para desarrollar habilidades de pensamiento complejo (análisis crítico, problematización, contextualización, investigación, discernimiento y decisión), de meta-cognición y autorregulación en contextos como la investigación y la elaboración de proyectos que permitan a nuestros egresados aprender a aprender y adaptarse a los requerimientos cambiantes del contexto con responsabilidad, creatividad, discernimiento, innovación, liderazgo y decisión.
Objetivos Unidades Objetivo específico
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específicos UNIDAD 1 El alumno desarrollará la habilidad de elegir el método
analítico apropiado para la determinación de una especie
química, y su cuantificación. Por lo que debe conocer:
• Concepto de medición.
• Sistemas de unidades y conversiones.
• Uso de bitácora y estructura de los informes
experimentales.
• Medidas reproducibles.
• Medición con incertidumbre.
• Conceptos de precisión y exactitud.
• Incertidumbres y su propagación.
• Cifras significativas.
UNIDAD 2 El alumno conocerá el concepto de disolución, sus
propiedades físicas; y la comparación con las propiedades de
sus componentes. La unidad está enfocada en las disoluciones acuosas de sustancias iónicas, debido a que es
uno de los medios en el que se pueden explicar los principios
de transporte de carga y materia. Por lo que se debe
conocer:
• El comportamiento de una disolución a nivel molecular y el
papel que desempeñan las fuerzas moleculares en el proceso.
• Cambios en la energía y en el desorden que acompañan al
proceso de disolución.
• Efecto de la solubilidad de acuerdo a la naturaleza de
solutos y solvente.
UNIDAD 3 El alumno conocerá varias formas comunes de expresar la concentración. • Las propiedades físicas de las disoluciones que dependen exclusivamente de la concentración. •Propiedades Coligativas de las soluciones.
UNIDAD 4 El alumno conocerá el concepto de equilibrio químico, así como:
•Expresiones para reacciones homogéneas y heterogéneas e interpretación de la magnitud de la constante de equilibrio.
•Predicción de las concentraciones a partir de las constantes de
equilibrio y sentido en el avance de la reacción.
•Análisis del principio de Le Châtelier el cual predice cómo responde un sistema en equilibrio ante cambios de concentración, volumen, presión y temperatura.
UNIDAD 5 EL alumno conocerá el concepto de ácido-base de Brønsted-Lowry. Los conceptos de ácido conjugado y base conjugada, escala de pH. Disociación de ácido débil y su constante de equilibrio. Disociación de una base débil y su constante de equilibrio. Relación del par conjugado ácido-base para determinar la disolución de una sal. Definición de un ácido y una base de Lewis.
UNIDAD 6 El alumno adquirirá habilidades para predecir equilibrios químicos
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amortiguados utilizando las constantes condicionales en lugar de las constantes termodinámicas (de condiciones estándar convencionales). Construcción de diagramas de Pourbaix.
D) CONTENIDOS Y MÉTODOS POR UNIDADES Y TEMAS
Unidad 1 10h
Tema 1.1. Unidades de medición
Subtemas 1.1.1 Unidades SI
1.1.2 Longitud y masa 1.1.3 Temperatura 1.1.4 Volumen 1.1.5 Densidad
Tema 1.2. Incertidumbre en las mediciones Subtemas 1.2.1 Precisión y exactitud
1.2.2 Cifras significativas 1.2.3 Cifras significativas en cálculos 1.2.4 Análisis dimensional 1.2.5 Uso de dos o más factores de conversión
Tema 1.3. Errores
Subtemas 1.3.1 Errores Aleatorios
1.3.2 Errores Sistemáticos
TEMA 1.4. INCERTIDUMBRE Subtemas 1.4.1 Incertidumbre absoluta
1.4.2 Incertidumbre relativa 1.4.3 incertidumbre porcentual 1.4.4 Propagación de la incertidumbre
Lecturas y otros recursos Leer la bibliografía recomendada, resolver los ejercicios señalados por el profesor y entregar proyectos.
Métodos de enseñanza El curso está basado en el método científico y en el experimental por lo que se impartirán temas de principios básicos dados por el profesor que serán aplicados mediante un proyecto diseñado por el
alumno. Actividades de aprendizaje Prácticas en el laboratorio. El experimento está
diseñado de acuerdo a los fundamentos y ejercicios razonados por el alumno, con la finalidad de que compruebe sus predicciones aplicando el método científico.
UNIDAD 2. 10 h
Tema 2.1 FUERZAS INTERMOLECULARES
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Subtemas
2.1.1 Electronegatividad 2.1.2 Momento dipolar 2.1.3 Fuerzas ión-dipolo 2.1.4 Fuerzas dipolo-dipolo 2.1.5 Fuerzas de dispersión de London 2.1.6 Puentes de Hidrógeno 2.1.7 Comparación de fuerzas intermoleculares
Tema 2.2 PESOS FÓRMULA Subtemas 2.2.1 Pesos formulares.
2.2.2 Composición porcentual a partir de pesos fórmula. 2.2.3 Masa molar. 2.2.4 Interconversión de masas, moles y números de partículas. 2.2.5 Fórmula Empírica. 2.2.6 Fórmula molecular. 2.2.7 Información cuantitativa a partir de ecuaciones balanceadas. 2.2.8 Reactivos limitantes 2.2.9 Rendimientos Teóricos
Tema 2.3 PROPIEDADES GENERALES DE LAS DISOLUCIONES ACUOSAS
2.3.1 Propiedades Electrolíticas 2.3.2 Compuestos iónicos en agua 2.3.3 Compuestos moleculares en agua 2.3.4 Electrolitos fuertes y débiles
Tema 2.4 ESTEQUEOMETRIA DE LAS DISOLUCIONES
Subtemas 2.4.1 Concentraciones de disoluciones 2.4.2 Interconversión de molaridad, moles y volumen. 2.4.3 Dilución
Lecturas y otros recursos Leer la bibliografía recomendada, resolver los ejercicios señalados por el profesor y entregar proyectos.
Métodos de enseñanza El curso está basado en el método científico y en el experimental por lo que se impartirán temas de principios básicos dados por el profesor que serán aplicados mediante un proyecto diseñado por el alumno.
Actividades de aprendizaje Prácticas en el laboratorio. El experimento está diseñado de acuerdo a los fundamentos y ejercicios razonados por el alumno, con la finalidad de que compruebe sus predicciones aplicando el método científico.
Unidad 3 12 h
Tema 3.1. PROCESO DE DISOLUCIÓN
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Subtemas
3.1.1 Cambios de energía y formación de disoluciones. 3.1.2 Espontaneidad y desorden. 2.1.3 Formación de disoluciones y reacciones químicas
Tema 3.2. FACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDAD
3.2.1 Interacción soluto disolvente.
3.2.2 Efectos de Presión.
3.2.3 Efectos de la Temperatura
Tema 3.3. PROPIEDADES COLIGATIVAS
Subtemas
3.3.1 Abatimiento de la Presión calor 3.3.2 Elevación del punto de ebull ición 3.3.3 Abatimiento del punto de congelación 3.3.4 Ósmosis
Lecturas y otros recursos Leer la bibliografía recomendada, resolver los ejercicios señalados por el profesor y entregar proyectos.
Métodos de enseñanza El curso está basado en el método científico y en el experimental por lo que se impartirán temas de principios básicos dados por el profesor que serán aplicados mediante un proyecto diseñado por el alumno.
Actividades de aprendizaje Prácticas en el laboratorio. El experimento está
diseñado de acuerdo a los fundamentos y
ejercicios razonados por el alumno, con la
finalidad de que compruebe sus predicciones
aplicando el método científico. Unidad 4 12 h
Tema 4.1. EQUILIBRIO QUÍMICO
Subtemas
4.1.1 Concepto de equilibrio.
4.1.2 Constante de equilibrio.
4.1.2.1 Magnitud de las constantes de equilibrio
4.1.2.2 Sentido de la ecuación química y Ke q
4.1.2.3 Formas de manipular ecuaciones químicas y
Keq 4.1.2.4 Unidades de las constantes de equilibrio.
4.1.3 Equilibrios heterogéneos. 4.1.3.2 Cálculos de constantes de equilibrio.
4.1.3.3 Operaciones de las constantes de equilibrio.
4.1.4 Cálculo de concentraciones en equilibrio. 4.1.5 Principio de LeChâtelier.
4.1.5.1 Cambios de reactivos o productos
4.1.5.2 Efecto de los cambios de volumen y presión 4.1.5.3 Efecto de los cambios de Temperatura
Tema 4.2 Equilibrios Heterogéneos
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Subtemas 4.2.1. Cálculo de la constante de equilibrio
4.2.2. Operaciones de las constantes de equilibrio
Tema 4.3. Cálculo de concentraciones en equilibrio
Tema 4.4 Principio de LeChâtelier.
Subtemas 4.4.1 Cambios de reactivos o productos 4.4.2 Efecto de los cambios de volumen y presión
4.4.3 Efecto de los cambios de Temperatura
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TEMA 4.5
Subtemas
4.5.1 Relaciones peso-peso.
4.5.2 Relaciones peso-volumen. 4.5.3 Cálculos en donde intervienen los conceptos de: Reactivo limitante, Reactivo en exceso, Grado de conversión o rendimiento
Lecturas y otros recursos Leer la bibliografía recomendada, resolver los ejercicios señalados por el profesor y entregar proyectos.
Métodos de enseñanza El curso está basado en el método científico y en el experimental por lo que se impartirán temas de principios básicos dados por el profesor que serán aplicados mediante un proyecto diseñado por el alumno.
Actividades de aprendizaje Prácticas en el laboratorio. El experimento está diseñado de acuerdo a los fundamentos y ejercicios razonados por el alumno, con la finalidad de que compruebe sus predicciones aplicando el método científico.
Unidad 5 10h
Tema 5.1. Repaso de Ácidos y Bases
Tema 5.2. Ácidos y bases de Brønsted-Lowry Subtemas 5.2.1 El ion H+ en agua
5.2.2 Reacciones de transferencia de protones 5.2.3 Pares conjugados ácido-base
5.2.4 Fuerza relativa de ácidos y bases
Tema 5.3. Autodisociación del agua
Subtemas 5.3.1 Producto iónico del agua
Tema 5.4. La escala de pH
Subtemas 5.4.1 Otras escalas “p”
5.4.2 Medición del pH
Tema 5.5. Ácidos y Bases fuertes
Subtemas 5.5.1 Ácidos fuertes
5.5.2. Bases Fuertes
Tema 5.6. Ácidos débiles
Subtemas 5.6.1 Cálculo de Ka a partir del pH
5.6.2 Cálculo del pH con base en Ka
5.6.3 Ácidos polipróticos
5.6.4 Tipos de bases débiles
Tema 5.7 Relación entre Ka y Kb
Tema 5.8 Propiedades ácido-base de las disoluciones de sales
Subtemas 5.8.1 Capacidad de un anión para reaccionar con agua
5.8.2 Capacidad de un catión para reaccionar con agua
5.8.3 Efecto combinado del catión y el anión en disolución
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Tema 5.9 Comportamiento ácido-base y estructura química
5.9.1 Factores que influyen en la fuerza de los ácidos
5.9.2 Ácidos binarios
5.9.3 Oxiácidos
5.9.4 Ácidos carboxílicos
5.9.5 Ácidos y bases de Lewis
5.9.5.1 Iones metálicos Lecturas y otros recursos Leer la bibliografía recomendada, resolver los ejercicios señalados
por el profesor y entregar proyectos.
Métodos de enseñanza El curso está basado en el método científico y en el experimental por lo que se impartirán temas de principios básicos dados por el profesor
que serán aplicados mediante un proyecto diseñado por el alumno. Actividades de aprendizaje Prácticas en el laboratorio. El experimento está diseñado de acuerdo
a los fundamentos y ejercicios razonados por el alumno, con la finalidad de que compruebe sus predicciones aplicando el método científico.
UNIDAD 6. 10 h
Tema 6.1 Sistemas no redox
Subtemas
6.1.1 Construcción de Diagramas de zonas de predominio del tipo pL´/ pH para las especies de Fe (III) con L (1, 10 Fenantrolina) 6.1.2 Construcción de Diagramas de zonas de predominio del tipo pL´/ pH para las especies de Fe (II) con L (1, 10 Fenantrolina) 6.1.3 Efectos de agentes de desplazamiento sobre valoraciones ácido-base
Tema 6.2 Construcción de Diagramas de Pourbaix
Subtemas
6.1.1 Construcción del Diagrama de Pourbaix del tipo E /pH, para el sistema *Br´(V)/ *Br´(O). 6.1.1.2 Construcción de DZP para el sistema *Br´(V)/ *Br´(I -
). 6.1.1.3 Punto de dismutación y DZP para el sistema Br´(V)/ *Br´(O) / *Br(I -).
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TEMA 6.4.
Subtemas Lecturas y otros recursos Leer la bibliografía recomendada, resolver los ejercicios señalados
por el profesor y entregar proyectos.
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Actividades de aprendizaje Prácticas en el laboratorio. El experimento está diseñado de acuerdo a los fundamentos y ejercicios razonados por el alumno, con la finalidad de que compruebe sus predicciones aplicando el método científico.
E) ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE: SE SUGIEREN LAS SIGUIENTES PRÁCTICAS DE LABORATORIO:
1. Conocimiento de material, equipo y reglas de laboratorio: C o n o c e r á el material,
equipo, reglas de seguridad y el manejo de sustancias peligrosas.
2. Medición. Se desarrollarán conceptos de forma intuitiva, la dinámica se basa en una serie
de preguntas que contienen implícitos los objetivos de llamar su atención sobre sus
habilidades de “medir”, y su habilidad y conocimiento sobre el manejo de ciertos
instrumentos.
3. Preparación de disoluciones. Se llevarán a cabo cálculos de la concentración de diversas disoluciones, así como su preparación. Se distinguirán las diferencias entre las distintas formas de expresar su concentración.
4. Equilibrio químico: efecto de la concentración y temperatura en una reacción (velocidad de
reacción). Se analizarán y observarán experimentalmente los efectos que tienen algunos
factores sobre la velocidad de la reacción. 5. Curva de titulación (ácido-base fuerte). Se observarán las diferencias en la curva de titulación
de un ácido fuerte versus una base fuerte.
6. Neutralización ácido-base: uso y elección de los indicadores. Conocerá los los diferentes
patrones primarios e indicadores que se utilizan en volumetría para reacciones ácido-
base. Para ello determinara la acidez en diferentes muestras como leche, jugo de naranja
y tabletas de aspirinas.
7. Determinación de Ca (II) y Mg (II) (dureza del agua). Se determinará la concentración del
calcio y magnesio, para conocer la dureza del agua, mediante una volumetría de
formación de complejos utilizando AEDT.
Elementos de Evaluación
a) exámenes parciales b) informes c) bitácora d) taller de cómputo e) tareas f) discusión y propuesta de proyecto
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Descripción de cada elemento de evaluación a) exámenes parciales
El curso contiene seis unidades, al término de dos unidades se elaborará un examen parcial, quedando un total de cuatro parciales. b) Informes Serán entregados por equipo, en un archivo adjunto y ocho días después de haber realizado la actividad experimental con el formato de: 1. Portada que incluya el título del experimento, 2. Planteamiento del problema, 3. Introducción que justifique resolver el problema, 3. Objetivos, 4. Desarrollo teórico, 5. Desarrollo Experimental, 6. Resultados y Cálculos, 7. Observaciones y Conclusiones, 8. Bibliografía.
F) EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN
Elaboración y/o presentación de: Periodicidad Abarca Ponderación
Primer examen parcial Tareas (12%) Informe de Prácticas (40%) Primer parcial (48%)
10 sesiones Unidad 1 a 2 25%
Segundo examen parcial Tareas (12%) Informe de Prácticas (40%) Segundo parcial (48%)
20 sesiones Unidad 3 a 4 25%
Tercer examen parcial Tareas (12%) Informe de Prácticas (40%) Tercer parcial (48%)
20 sesiones Unidad 4 a 5 25%
Cuarto examen parcial Tareas (12%) Informe de Prácticas (40%) Cuarto parcial (48%)
10 sesiones Unidad 6 25%
TOTAL 60 sesiones 6 unidades 100%
Examen ordinario Promedio de los cuatro exámenes parciales. Valor relativo 100%.
Laboratorio
El laboratorio tendrá una ponderación correspondiente al 50 %, siempre y cuando se tenga el 75% de prácticas aprobadas y el 90% de asistencia al laboratorio. En caso contrario, el alumno no tendrá derecho a calificación ordinaria de la materia y tendrá que recursarla.
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Examen ordinario Promedio de los cuatro exámenes parciales teniendo derecho a calificación ordinaria cuando el laboratorio sea acreditado con más del 75% de prácticas aprobadas y asistencia de un 90%.
Promedio de los cuatro parciales con laboratorio aprobado.
Total
100%
Examen Extraordinario Examen que abarca el contenido de todo el programa. Valor relativo 100%. Se tendrá derecho a examen extraordinario siempre y cuando haya acreditado el laboratorio
Examen a Título Examen que abarca el contenido de todo el programa. Valor relativo 100%. Se tendrá derecho a examen a título siempre y cuando haya acreditado el laboratorio.
Examen de Regularización Examen que abarca el contenido de todo el programa. Valor relativo 100%. Se tendrá derecho a examen a regularización siempre y cuando haya acreditado el laboratorio.
G) BIBLIOGRAFÍA Y RECURSOS INFORMÁTICOS
Textos básicos: 1. Valcarcel Cases Miguel; La química analítica: hoy y mañana. Universitat de Valencia. Servei de Publicacions, 2012. 2. Fundamentos de Química Analítica 8ª Edición, EDICIONES PARANINFO, S.A., 2011. 3. Gallego Picó Alejandro, Garcinuño Martínez Rosa María. Experimentación en Química Analítica. UNED. Universidad Nacional de Educación a Distancia, 2012. 4. Resano Martín, Belarra Piedrafita Miguel Ángel. Introducción a la Química Analítica. Prensas Universitarias de Zaragoza, 2011. 5. Rubio Roser, Fonrodona Gemma, Guiteras Jacinto. Curso Experimental en Química Analítica. Editorial SINTESIS, 2014. 6. Sánchez Batanero Pedro. Química Analítica General: Vol. I. Equilibrio de Fases Homogénea y Métodos Analíticos. Editorial SINTESIS. 2014.
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7. Pingarrón Carrazón José Manuel, De Villa Rueda Javier Manuel. 2014Mora Lugo, Eugenio; Fundamentos de Química Analítica, Cengage Learning, Novena Edición, 2015. Textos complementarios:
https://www.yumpu.com/es/document/view/15814702/los-diagramas-de-zonas-de-predominio-aplicados-al-analisis-uam
Sitios Complementarios Environmental and Analytical Chemistry
https://www.ntnu.edu/chemistry/research/environmental-and-analytical-chemistry Chemistry and Renewable Energy: Generation GAP https://www.mpg.de/8219318/chemisty_and_renewable_energy