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COLEGIO NSTRA. SRA. DEL RECUERDO JEFATURA DE ESTUDIOS DEP. de CIENCIAS EXPERIMENTALES Guión de Refuerzo FÍSICA Y QUÍMICA 3º ESO Lectivo 2014-15

Alumno/a:

Curso: 3º ESO

Sección:

nº:

El trabajo de refuerzo tiene como objetivo que aprendas los contenidos fundamentales de la asignatura. Si lo haces con interés, podrás empezar el curso siguiente al nivel de tus compañeros. La parte de teoría tienes que memorizarla y los ejercicios tienes que hacerlos pensando y por ti mismo para que seas capaz de realizar otros parecidos en el Colegio, en el examen extraordinario de septiembre. El trabajo de refuerzo es un complemento para ayudarte a trabajar los apuntes que debes tener del curso Forma de presentación del trabajo de refuerzo: En hojas DIN A4, cuadriculadas o no, por una sola cara En cada bloque se empieza trabajando la teoría y a continuación los problemas Se contestan por escrito todos los puntos de la teoría que se piden En los problemas deben incluirse el planteamiento y las explicaciones Se entregará al profesor en el momento del examen de septiembre UNIDAD 1: LA CIENCIA, LA MATERIA Y SU UNIDAD 1) Teoría: -

El método científico y sus etapas Concepto de medida, magnitud física y unidad Clasificación de las magnitudes: escalares-vectoriales y fundamentales-derivadas Magnitudes y unidades fundamentales del S.I. Obtención de unidades derivadas Hacer cambios de unidades Concepto de mol

2) Escribe los nombres de las magnitudes fundamentales y sus unidades correspondientes del S.I. MAGNITUD

NOMBRE DE LA UNIDAD

SÍMBOLO

Longitud

metro

m

2

3) Rellena los cuadros en blanco de la siguiente tabla: MAGNITUD

FUNDAMENTAL/DERIVADA

UNIDAD (SI)

Masa m Densidad m/s Tiempo m3

4) Escribe el símbolo de la unidad de las siguientes magnitudes derivadas en el S. I.: superficie volumen densidad fuerza presión velocidad aceleración energía calor 5) Efectúa los siguientes cambios de unidades: a) 2,46m a mm b) 3,4 m3 a cm3 c) 72 km/h a m/s d) 325 cm a m e) 1470 dm3 a m3

f) 64 kg a g g) 12 semanas a h h) 200 g a kg i) 25 m/s a km/h j) 10 días a s

UNIDAD 2: LA MATERIA Y SUS ESTADOS FÍSICOS UNIDAD 3: LA MATERIA Y SU CLASIFIACIÓN 6) Teoría: - Teoría cinética de la materia - Propiedades macroscópicas y microscópicas del estado sólido, líquido y gaseoso - Cuadro de cambios de estado - Principales Leyes de los gases: enunciado y ecuación matemática. - Ley de los gases ideales. Ecuación matemática - Organización de la materia (compuesto, elemento, disolución) - Componentes de las disoluciones (soluto y disolvente). - Cuadro de técnicas de separación. - Diferencia entre procesos físicos y procesos químicos 7) ¿Cuál de estas sustancias son compuestos y cuáles elementos? sal cobre amoniaco petróleo agua 8) Poner un par ejemplos de técnica de separación y otro par de técnicas de descomposición. 9)

Resolver los siguiente ejercicios de cálculo, previa lectura de las normas de presentación Normas de presentación  Todo problema de cálculo deberá incluir: a. un apartado con los datos y las incógnitas b. un apartado con presentación del problema (donde se indica qué se va a hacer ) c. un apartado con la resolución (donde se vea claramente las fórmulas, ecuaciones, proporciones, etc que se van a usar) d. un aparatado con la solución (con el número y la unidad que corresponda).

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Problemas: 

¿Cuántos moles son 200 gramos de cobre? ¿y 200 gramos de sodio? ¿dónde habrá un mayor número de partículas?



¿Qué volumen ocuparán 3 moles de nitrógeno medidos a 50ºC y 2 atm?



Si disponemos de 300 gramos de una disolución de R=67% ¿Cuántos gramos de soluto tenemos? ¿Y si disponemos de 345 gramos?



¿Cuál sería la riqueza de una disolución si mezclamos 20 gramos de soluto para formar 300 gramos de disolución?



¿Cuál sería la riqueza de una disolución si mezclamos 20 gramos de soluto con 300 gramos de disolvente?



¿Qué quiere decir que una disolución tiene de concentración 3,4 g/l?



Disponemos de una disolución de 3,78 g/l. si tomamos 0.25 litros de la disolución, ¿Cuántos gramos de soluto tenemos?

UNIDAD 4: LA MATERIA Y EL ÁTOMO UNIDAD 5: ELEMENTOS Y COMPUESTOS QUÍMICOS. 10) Teoría: - Átomo y su constitución (Z, A, isótopo e ion) - Modelos atómicos - Estado natural de elementos y compuestos. - Ejemplos en cada uno de los anteriores - Concepto de radiactividad, fusión y fisión nuclear - Concepto de cristal y molécula 11) Realizar la hoja de formulación 1. Estudiando previamente los apuntes sobre LQI correspondientes dados en el curso. Recuerda repasar todas las posibles nomenclaturas 12) Indicar la constitución (nº de protones, neutrones y electrones)de estas especies químicas

32 16

S

32 16

S 2-

24 12

Mg 2+

28 13

Al

13) Formular con la notación “ad symbolum” un átomo de calcio sabiendo que Z=20 y A=40

14) Realizar la hoja de formulación 2, 3, 4 y 5. Estudiando previamente los apuntes sobre LQI dados en el curso. Recuerda repasar todas las posibles nomenclaturas

UNIDAD 6: CAMBIOS QUÍMICOS 15) Teoría: - Reacción química (Reactivo y producto) - Tipos de reacciones químicas (neutralización y redox. Combustión como tipo de redox)

4

16) Ajustar las siguientes reacciones 

NaOH + H2SO4  Na2SO4 + H2O



C + O2  CO



Fe + ZnCl2  Zn + FeCl3



KClO3  KCl + O2

17) A partir de la primera de la reacciones indicadas en el ejercicio anterior, calcular cuántos moles de agua se obtiene si se emplean 4 moles de NaOH ¿y si se emplean 100 g de NaOH?. (masas atómicas: Na=23 u, O=16 u, H= 1u). 18) A partir de la segunda de las reacciones indicadas en el ejercicio anterior, calcular cuántos moles de oxígeno se necesita para reaccionar con 15 g de Carbono. (masas atómicas: C=12 u, O=16 u).

UNIDAD 8: ENERGÍA (hay apuntes anexos al final del guión) 19) Teoría: a) Definiciones de Trabajo y Energía (potencial, energía cinética y mecánica). 20) Un coche inicialmente en reposo acelera con una fuerza de 6500 N recorriendo una distancia de 50 m. Calcula el trabajo realizado. 21) Un niño cuya masa es de 40 kg baja en el ascensor desde el piso 3º que está a 15 m de altura hasta el bajo. Determina: a) La energía potencial del niño en el 3º y en el piso bajo b) La variación de la energía potencial (Ep2 –Ep1) c) ¿Es constante la energía mecánica en el proceso? 22) Se deja caer una pelota de 300 g desde una altura de 10 m. Se observa que va más deprisa a medida que pierde altura. Si se desprecian las pérdidas de energía a causa del rozamiento con el aire y el bote contra el suelo, la energía mecánica se conserva constante. a) ¿Cuánto vale la energía mecánica de la pelota al principio? b) ¿Cuánto vale la energía mecánica al llegar al suelo? ¿y su energía cinética? c) ¿Cuánto vale la energía mecánica a 2 metros del suelo? ¿y la potencial? ¿y la cinética? 23) Un balón de masa 500 g que está en un tejado tiene 30 J de energía potencial. a) Calcula la altura del tejado b) Si cae al suelo conservando su energía mecánica ¿con qué velocidad llegará a él? UNIDAD 8: ELECTRICIDAD 24) Teoría: a) Distinguir entre un cuerpo neutro y otro con carga eléctrica. b) Ley de Coulomb 25) Calcula la fuerza que aparece entre dos cargas de 5 C y 6 C situadas en el vacío a 3 m de distancia e indica si la fuerza es de atracción o de repulsión.

5

Hoja de formulación 1 Elementos e iones monoatómicos

Formular o nombrar

1.

Litio

2.

Ca

3.

Catión litio

4.

Ca2+

5.

Fluor

6.

Se

7.

Fluoruro

8.

Se2-

9.

Aluminio

10.

Sn

11.

Catión aluminio

12.

Sn2+

13.

Oxígeno

14.

Sn4+

15.

Óxido

16.

I-

17.

Azufre

18.

I

19.

Sulfuro

20.

I2

21.

Hierro

22.

H

23.

Catión hierro(III)

24.

H+

25.

Catión hierro(III)

26.

H-

27.

Cloro

28.

H2

30.

Pt

29.

Cloruro

31.

Cobre

32.

Pt2+

33.

Catión cobre(I)

34.

Al3+

35.

Catión cobre(II)

36.

Mn3+

37.

Nitrógeno

38.

Pb4+

39.

Nitruro

40.

Pt4+

41.

Teluro

42.

Ni3+

43.

Telururo

44.

Cu+

6

Hoja de formulación 2 Binarios iónicos Formular o nombrar

1.

Catión hierro(II)

2.

Cu2+

3.

Cloruro

4.

H-

5.

Cloruro de hierro(II)

6.

CuH2

7.

Cloruro de aluminio

8.

NaCl

9.

Hidruro

10.

SnCl2

11.

Hidruro de aluminio

12.

SnCl4

13.

Hidruro de hierro(II)

14.

SnF2

15.

Cloruro de cadmio

16.

CaSe

17.

Fluoruro de cinc

18.

FeS

19.

Bromuro de potasio

20.

SnS

21.

Bromuro de hierro(II)

22.

ZnCl2

23.

Bromuro de oro(III)

24.

AlBr3

25.

Catión rubidio

26.

MgO

27.

Bromuro de amonio

28.

PtI2

29.

Fluoruro de amonio

30.

PbO

31.

Seleniuro

32.

PbO2

33.

Seleniuro de hierro(II)

34.

Cu2O

35.

Telururo de amonio

36.

FeH3

37.

Seleniuro de cromo(III)

38.

RbH

7

Hoja de formulación 3 Binarios covalentes Formular o nombrar

1.

Óxido de manganeso(IV)

2.

ClO2

3.

Óxido de cloro(IV)

4.

Cl2O

5.

Óxido de selenio(VI)

6.

SO

7.

Óxido de yodo(I)

8.

SeO3

9.

Óxido de bromo(V)

10. SiO2

11. Óxido de cloro(VII)

12. CO2

13. Óxido de azufre(II)

14. B2O3

15. Óxido de yodo(I)

16. I2O7

17. Agua

18. NH3

19. Metano

20. HBr

21. Amoniaco

22. CH4

23. Ácido clorhídrico

24. HBracuoso

25. Cloruro de hidrógeno

26. HF

27. Ácido fluorhídrico

28. HIacuoso

29. Fluoruro de hidrógeno

30. HCl

31. Ácido yodhídrico

32. ClO2

33. Bromuro de hidrógeno

34. CO

35. Hidróxido

36. NH4+

8

Hoja de formulación 4 Ácidos, aniones y sales 1. 3. 5.

ácido hipocloroso ácido bromoso ácido yódico

2.

H2SO4

4.

H2 SiO3

6.

HNO2

7.

ácido perbrómico

8.

HClO3

9.

ácido fosfórico

10.

HClO4

12.

SO42-

14.

SiO32-

16.

NO2-

11. 13. 15.

hipoclorito bromito yodato

17.

perbromato

18.

ClO3-

19.

fosfato

20.

ClO4-

21.

hipoclorito de sodio

22.

Na2SO4

23.

bromito de cadmio

24.

BaSiO3

25.

yodato de níquel(III)

26.

Pt(NO2)4

27.

perbromato de calcio

28.

Fe(ClO3)3

29.

hidróxido de amonio

30.

Fe(ClO4)2

32.

KClO

31.

carbonato de magnesio

9

Hoja de formulación 5 Química orgánica Formular o nombrar Metano

CH3-CH3

Propano

CH3-CH2-CH2 -CH3

Etano

CH3-CH2-CH3

Butano

CH4

10 DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA 3º ESO Unidad 8: ENERGÍA MECÁNICA. En estos apuntes la teoría está explicada y ampliada también en los problemas resueltos. INTRODUCCIÓN Hay dos formas de transferir energía entre los cuerpos: 1. Calor: Energía en tránsito entre dos cuerpos que se encuentran a distinta temperatura. La energía pasa del que está a mayor temperatura al que está a menor temperatura. Hay que repasar esto en los cambios de estado y la teoría cinética de la materia. 2. Trabajo: Para que haya trabajo necesitamos una fuerza (siempre hablaremos del “trabajo de una fuerza”) y un desplazamiento. Un ejemplo sencillo es empujar un mueble para cambiarlo de sitio. El trabajo de una fuerza constante aplicada a un cuerpo se calcula multiplicando la fuerza (aplicada en la dirección del desplazamiento) por el desplazamiento del cuerpo. W= F·d Tanto el calor como el trabajo, al tratarse de energías, se miden en julios (J) en el Sistema Internacional. Esta unidad se llama así en honor al físico inglés James Prescott Joule (cuyo nombre tendrás que recordar cuando estudiemos en electricidad el efecto Joule). Por estar relacionada con el nombre de un científico, esta unidad se representa con la letra J mayúscula El julio (J) se define como el trabajo (W) realizado por una fuerza de un newton (1N) que, aplicada a un cuerpo, lo desplaza un metro (1m) en la misma dirección que tenga la fuerza. 1J=1N·1m Otra magnitud física importante (y la tendremos que recordar cuando estudiemos la electricidad) es la potencia. La potencia se define como la relación entre el trabajo realizado y el tiempo que tardamos en realizarlo. (Recuerda: relación = división) P=

W t

La potencia (P) se mide en vatios (W). Esta unidad se llama así en honor a James Watt, que inventó la máquina de vapor. Por eso el símbolo de la unidad se escribe con W mayúscula. El vatio (W) se define como la potencia (P) desarrollada por un sistema capaz de realizar un trabajo de un julio (1 J) en un segundo (1 s) de tiempo 1W=

1J 1s

Atención: No confundas el símbolo de la magnitud física “trabajo” (W) con el símbolo de la unidad “vatio” (W). Cuando la W se refiere al trabajo no lleva ningún número “pegado” y está sola en un miembro de la igualdad (por ejemplo: W=1200J). Cuando la W se refiere al vatio, llevará un número “pegado” (el número de vatios, por ejemplo: P=500W)

11 LA ENERGÍA MECÁNICA. Podemos definir la energía como la capacidad para realizar un trabajo. Todas las energías se miden en julios (J) en el SI. La energía mecánica es la suma de la energía potencial y la energía cinética. La energía potencial es la que tiene un cuerpo por el hecho de encontrarse a cierta altura. Ep=m·g·h m es la masa del cuerpo en kg g (minúscula) es la aceleración de la gravedad en m/s2. En nuestro planeta vale 9,8 m/s2 y muchas veces se redondea a 10 m/s2 para facilitar los cálculos. h es la altura en metros (m). La energía cinética

es la que tiene un cuerpo por el hecho de desplazarse a cierta velocidad Ec=0,5·m·v2 muchas veces verás el 0,5 como ½ en las fórmulas. m es la masa en kg v es la velocidad en m/s E. mecánica = E. potencial + E. cinética

Em= Ep + Ec

PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA Cuando sobre un cuerpo sólo actúa su propio peso, la energía mecánica se mantiene constante a lo largo de toda su trayectoria. Es decir, la suma de sus energías potencial y cinética da siempre el mismo valor para cada punto de su trayectoria. Cuando una va creciendo, la otra va disminuyendo y la suma es siempre constante. EmA= EmB

EpA + EcA = EpB + EcB

12 EJERCICIOS EXPLICADOS DE ENERGÍA MECÁNICA. Lee las explicaciones con atención para aprender a pensar cómo se resuelven este tipo de problemas. Después prueba a explicar tú el problema sin mirar estos apuntes. 1.

Calcula la energía potencial que tiene un cuerpo de 2 kg de masa cuando se encuentra a 5 m de altura. Ep=m·g·h; Ep= 2 · 9,8 · 5 = 98 J

2.

Ahora calcula el trabajo que se realiza si elevas el mismo cuerpo (2 kg de masa) a la misma altura del ejercicio anterior (5 m) W=F·d; La fuerza que tenemos que aplicar es la del peso del cuerpo: P = m · g = 2 · 9,8 = 19,6 N (muchas veces se hace este cálculo redondeando el 9,8 a 10 y en vez de 19,6 te da 20 N) El espacio que hay que recorrer en el desplazamiento son los 5 m de la altura. W = F · d = P · d = P · h = 19,6 · 5 = 98 J Fíjate: W = F · d; Como en este caso la fuerza tiene el mismo valor que el peso: F = P = m · g W=m·g·d y como el espacio que se recorre en el desplazamiento es h d=h W=m·g·h En el ejercicio anterior hemos calculado la energía potencial que tiene este cuerpo a esta altura. Si te fijas, las expresiones matemáticas que hemos usado son iguales: Ep = m · g · h ; W = m · g · h Resulta que, en este tipo de casos Ep=W; esto significa que, al realizar este trabajo sobre este cuerpo, le hemos transferido 98 J de energía, en forma de energía potencial. Ahora tiene una energía que antes no tenía. La tiene en forma de energía potencial. Su energía mecánica ha variado porque una fuerza ha realizado un trabajo sobre este cuerpo. Conclusión: Cuando la energía mecánica (potencial+cinética) de un cuerpo varía, es que una o varias fuerzas han realizado un trabajo que equivale a dicha variación de la energía mecánica. Todo ello se mide en julios (J).

3.

Calcula la potencia que desarrollas si levantas ese objeto en 2 segundos. P=

4.

W 98   49 W t 2

Calcula la energía cinética que tiene un objeto de 6 kg que se desplaza a 12 m/s Ec=0,5·m·v2 = 0,5 · 6 · 122 = 3 · 144 = 432 J

5.

Calcula el trabajo necesario para detener ese objeto Al detenerlo vamos a reducir su Ec a cero porque vamos a reducir su velocidad a cero. Así que tendremos que realizar un trabajo equivalente a la E c que tiene Calculamos su Ec y nos da 432 J El W que hay que realizar es W = 432 J

6.

Calcula a qué velocidad llega al suelo un objeto si lo dejamos caer desde una altura de 20 m sin tener en cuenta el rozamiento con el aire. Cuando nos dicen eso de “dejar caer” y “no tener en cuenta el rozamiento” nos están dando pistas para caer en la cuenta de que la única fuerza que actúa es el propio peso del cuerpo. Así que podemos aplicar el principio de conservación de la energía mecánica. EmA = EmB A EpA +

EcA =

EpB

+

EcB

h m·g·hA + 0,5·m·vA2 = m·g·hB + 0,5·m·vB2 B h = 20 m

Esta es la ecuación inicial de la cual partimos en todos estos problemas Ahora fíjate en la “m” de la masa: Como está multiplicando a todos los sumandos en ambos miembros, podemos eliminarla de la ecuación si dividimos ambos miembros de la ecuación por “m”

m·g·hA  0,5·m·vA m

2



m·g·hB  0,5·m·vB m

2

13 Y al quitar la masa la ecuación queda de la siguiente manera: g·hA + 0,5·vA2 = g·hB + 0,5·vB2 De esta manera llegamos a la conclusión de que, en este tipo de problemas, la masa del cuerpo no importa. Resulta sorprendente pero, en efecto, si dejamos caer dos cuerpos en el vacío, caerán a la misma velocidad a lo largo de toda su trayectoria sin importar la masa que tengan, precisamente por el principio de conservación de la energía mecánica. Vamos a continuar con el problema: g·hA + 0,5·vA2 = g·hB + 0,5·vB2 En la posición A (antes de que lo dejemos caer) la velocidad es cero: v A= 0 m/s En la posición B(al llegar al suelo) la altura es cero: hB = 0 m Al multiplicar cualquier valor por cero el resultado es cero. g · hA + 0 = 0 + ½ · vB2 g · hA + 0 = 0 + ½ · vB2 g · hA = ½ · vB2 Ahora multiplicamos ambos miembros por 2 y “pasamos el 2 al otro miembro” 2 · g · hA = vB2 Ahora sacamos la raíz cuadrada de ambos miembros y nos “quitamos” el cuadrado de la velocidad

2 · g · h A = vB vB =

2 ·g · h A

Sustituimos los valores que nos dan en el enunciado y resolvemos el problema: g = 9,8 m/s2 y h = 20 m vB =

2 ·9,8 · 20 = 19,798 = 19,80 m/s

El objeto llegará al suelo con una velocidad

vB = 19,80 m/s

Es muy importante tener en cuenta que esta expresión matemática que acabamos de usar sólo sirve para este caso específico de problema de caída libre. Por un procedimiento análogo podríamos calcular la velocidad que tiene a distintas alturas a lo largo de su caída o la altura a la que se encuentra cuando lleva una determinada velocidad, Basta con sustituir con cuidado cada valor de altura y/o velocidad en la ecuación inicial.

Ahora resuelve tú los ejercicios propuestos en el guión de trabajo.