Конспект уроков по теме "Алюминий"
Урок 1: алюминий и его свойства
ЦЕЛИ УРОКА:
Обучающая -
ознакомление с физическими и химическими свойствами алюминия, его оксида и гидроксида; доказательство их амфотерности;
Развивающая -
закрепление навыков работы в химическом кабинете (безопасное обращение с лабораторным оборудованием и веществами, наблюдение за химической реакцией и формулировка вывода); написание уравнений химических реакций;
Воспитательная
- совместная работа в малых группах по выполнению поставленной задачи, воспитание ответственного отношения к сохранению своего здоровья и здоровья окружающих людей.
ОБОРУДОВАНИЕ: Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева, таблица "Распространённость химических элементов в земной коре", лотки с набором оборудования для выполнения лабораторных и практических работ, штативы с пробирками, 2 колбы или стаканы с водой, лабораторный штатив, стальной тигель, поднос с сухим речным песком.
РЕАКТИВЫ: образцы алюминия (полоски), отрезки алюминиевой проволоки длиной около 15 см (так чтобы их легко можно было вынуть из пробирки), алюминиевый стержень (2 шт) и раствор для его амальгамирования, вода, заранее приготовленная термитная смесь, растворы HCl, KOH, H2
SO4
, Al (NO3
) 3
с массовой долей 0,05.
ПЛАН УРОКА.
1. Актуализация знаний
о строении атома на основании положения химического элемента в Периодической системе, об амфотерности свойств химических элементов, о химической активности металлов на основании положения в Периодической системе и в ряду напряжений - фронтальная беседа;
2. Постановка познавательной задачи 1:
выявление высокой химической активности алюминия;
3. Решение познавательной задачи 1: демонстрация опытов
взаимодействия амальгамированного алюминия с водой и горения термитной смеси; формулировка вывода из опытов;
4. Постановка познавательной задачи 2:
доказательство амфотерности алюминия, его оксида и гидроксида;
5. Решение познавательной задачи 2: лабораторная работа "Амфотерность алюминия и его гидроксида", формулировка вывода из лабораторной работы;
6. Задание на дом:
параграф 13, ответить на вопросы, записанные в тетради.
Вопросы (дать химическое объяснение данному явлению):
Можно ли алюминиевые изделия ремонтировать медными заклёпками?
Что произойдёт, если раствор медного купороса (CuSO4
) оставить в алюминиевой посуде?
Почему влажная кальцинированная сода (Na2
CO3
), нанесённая на алюминиевый предмет, хорошо его очищает?
КОНСПЕКТ УРОКА.
1). Фронтальная беседа:
в ходе её устанавливается положение элемента Al в периодической системе;
выясняется физический смысл порядкового номера химического элемента (положительный заряд ядра атома), номера периода (число энергетических уровней в атоме) и номера группы (высшая положительная степень окисления атома в соединениях);
на классной доске записывается электронно-графическая формула Al, которая подтверждает вышеуказанные выводы; на её основании делается вывод о том, что степень окисления Al в соединениях равна +3 (очень трудно, в жёстких условиях, можно получить неустойчивые соединения Al в степени окисления +1);
по степени окисления, т.е. на основании положения в периодической системе, выводится формула оксида - Al2
O3
и гидроксида алюминия - Al (OH)3
;
на основании положения в периодической системе - малый радиус атома, соседство с неметаллами (В,Si), высказывается предположение об амфотерности элемента и его соединений (встаёт проблема, которая требует разрешения);
на основании положения в электрохимическом ряду напряжений, учащиеся легко делают вывод о том, что Al должен быть активнее многих широко распространённых металлов (цинка, железа, свинца, олова…), но уступать по химической активности только что изученным металлам IIA группы. В то же время повседневный опыт убеждает их в том, что этот металл во внешней среде очень устойчив. Высказывается предположение, что причина видимой пассивности алюминия кроется в наличии на его поверхности прочной и устойчивой во внешней среде защитной плёнки оксида. Возникает идея - разрушить оксидную плёнку и тогда алюминий покажет свой "буйный характер".
2). Знакомство с физическими свойствами: изучение образцов алюминия (фольга, полоски металла, отрезки проволоки). Учащиеся отмечают серебристый цвет алюминия, его высокую пластичность, легкость; привлекая свой жизненный опыт, сообщают, что алюминий отлично проводит электричество и тепло. Учитель дополняет наблюдения учащихся следующими данными: tпл
0
(Al) =6600
C, с (Al) =2,7г/см3
. Все физические характеристики алюминия записываются в тетрадь.
3). Доказательство высокой химической активности алюминия: проведение демонстрационных опытов. Двое учащихся, членов химического кружка, демонстрируют заранее подготовленные и проверенные накануне урока следующие опыты-
а/. взаимодействие амальгамированного алюминия с водой (
вместо ядовитых соединений ртути для разрушения оксидной пленки можно использовать крепкий раствор КОН, но в этом случае образец алюминия переносят из щелочного раствора в воду без промывания).
Учащийся объясняет суть опыта, колбы с контрольным образцом и амальгамированным алюминием пускает по рядам, записывает на классной доске уравнение реакции
2Al + 6HOH => 2Al (OH) 3
+ 3H2,
делает вывод о том, что только очень активные металлы могут реагировать с водой при обычных условиях и, следовательно, алюминий - действительно активный металл.
б/ алюминотермическая реакция (реакция Бекетова)
- взаимодействие алюминиевой пудры с оксидом менее активного металла, не обязательно для опыта брать смесь оксидов железа с алюминием - так называемую термитную смесь, - хорошо удаётся опыт с оксидом марганца (IV), в качестве "затравки" в реакционную смесь вносят ленту магния, а при её отсутствии используют намазку со спичечных головок. Опыт проводится в вытяжном шкафу! Под тигель с реакционной смесью подставляют поднос с речным песком. После очень эффектной реакции на стенках тигля можно наблюдать капельки застывшего металла - марганца. Учащийся объясняет наблюдаемое явление, охлаждённый тигель с каплями марганца демонстрирует классу, а сам записывает на доске уравнение происходившей реакции
4Al + 3MnO2
=> 2Al2
O3
+ 3Mn + QкДж
4). Общий вывод: на основании проделанных опытов учащиеся делают вывод о том, что простое вещество алюминий - по физическим свойствам является типичным металлом, химически очень активен.
5). Доказательство амфотерности алюминия и его гидроксида - лабораторная работа:
перед началом работы учитель напоминает основные требования по технике безопасности при обращении с растворами кислот и щелочей, при нагревании растворов. Нужно объяснить, почему не проводится опыт с оксидом алюминия - тонкая плёнка этого вещества постоянно присутствует на поверхности металла! Поэтому, очевидно, что сначала растворяется оксидная плёнка, а затем в реакцию вступает металл.
Необходимо предупредить учащихся о том, что реакция алюминия с соляной кислотой - самоускоряющаяся: по мере растворения оксидной плёнки скорость реакции возрастает; реакция сопровождается повышением температуры, что также приводит к её ускорению; в растворе накапливается хлорид алюминия, играющий каталитическую роль. Поэтому после обнаружения водорода, без промедления алюминиевую проволочку переносят в пробирку с раствором щёлочи!
Лабораторная работа выполняется в течение 10-15 минут по инструктивным картам, по ходу работы учащиеся записывают уравнения происходящих реакций (в тетрадях, а по требованию учителя и на классной доске); при написании уравнений создаётся благоприятная ситуация для повторения вопросов "Реакции ионного обмена" и "Окислительно-восстановительные реакции"; формулируются частные выводы по каждому опыту, общий вывод прочитывается вслух:
Алюминий по физическим свойствам - типичный металл, химически очень активен, хотя и уступает щелочноземельным металлам. По отношению к другим веществам алюминий, его оксид и гидроксид проявляют амфотерные свойства.
6). Задание на дом: учебник О.С. Габриелян "Химия-9" параграф 13; повт. тему "Гидролиз солей", ответить на вопросы в тетради (письменно); объяснить применение алюминия по рис.15, стр.60 (устно); решить задачу:
При восстановлении 76 кг оксида хрома (III) получили 45 кг хрома. Сколько процентов это составляет от теоретически возможного выхода?
Инструкция по выполнению лабораторной работы "Доказательство амфотерности алюминия и его гидроксида"
ВНИМАНИЕ! Вспомните, как безопасно обращаться с растворами кислот и щелочей;
Какие меры надо предпринять при попадании капель кислоты или щёлочи на кожу и одежду?
ОПЫТ 1: ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АЛЮМИНИЯ С СОЛЯНОЙ КИСЛОТОЙ.
Алюминиевую проволоку опустить в пробирку с разбавленной соляной кислотой (=5 мл). Что происходит? Написать уравнение происходящей реакции по схеме:
Al + HCl →
Собрать выделяющийся газ, доказать, что это водород (после обнаружения водорода проволочку перенести в пустую пробирку, иначе реакция примет слишком бурный характер!). Написать уравнение происшедшей реакции по схеме:
Н2
+ О2
→
ОПЫТ 2: ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АЛЮМИНИЯ СО ЩЁЛОЧЬЮ.
Алюминиевую проволоку опустить в раствор щёлочи объёмом = 5 мл. Для ускорения реакции раствор необходимо … … … Что происходит? Написать уравнение происходящей реакции по схеме, расставить коэффициенты методом электронного баланса:
Аl0
+ KOH+1
+ H2
+1
O → K [Al+3
(OH) 4
] + H2
0
Доказать наличие водорода. Сделать вывод из 1-2 опытов:
ВЫВОД:
Алюминий реагирует с HCl, проявляя при этом … … … химические свойства. Но алюминий реагирует и с KOH, проявляя … … …химические свойства. Следовательно, алюминий проявляет … … …химические свойства.
ОПЫТ 3: ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ С КИСЛОТОЙ И ЩЁЛОЧЬЮ.
Получить в 2-х
пробирках студенистый осадок гидроксида алюминия, приливая к 2-3 мл раствора нитрата алюминия Al (NO3
) 3
примерно такой же объём щёлочи - гидроксида калия КОН. Написать уравнение происходившей реакции по схеме (в молекулярном, полном ионном и сокращённом ионном видах):
Al (NO3
) 3
+ KOH →
К одной порции осадка приливать по каплям раствор серной
Al (OH) 3
+ H2
SO4
→
К другой порции осадка гидроксида алюминия приливать по каплям раствор щёлочи - гидроксида калия, наблюдать что происходит, написать уравнение происходившей реакции:
Al (OH) 3
+ KOH → K [Al (OH) 4
]
Сделать вывод из опыта 3.
ОБЩИЙ ВЫВОД:
Алюминий по физическим свойствам представляет из себя типичны. Так как алюминий и его гидроксид реагируют с и, следовательно по химическим свойствам это вещества.
Урок 2: Свойства, применение, получение алюминия и его соединений
ЦЕЛИ УРОКА:
Обучающая -
формирование представления о промышленном производстве алюминия;
Развивающая
- совершенствование представлений о причинно-следственной зависимости между свойствами веществ и применением на примере областей применения алюминия и его соединений;
Воспитательная
- формирование экологической грамотности, убеждения о необходимости бережного отношения к природным ресурсам.
ОБОРУДОВАНИЕ: таблицы "Распространённость химических элементов в земной коре" и "Получение алюминия", коллекции "Алюминий", препараты соединений алюминия (сульфат алюминия, хлорид алюминия, алюмокалиевые квасцы, алюминиевая пудра, оксид алюминия), изделия (наждачная бумага, другие абразивные материалы, радиодетали - конденсаторы, электромагнитные катушки, селеновый выпрямитель и т.д., машиностроительные и бытовые изделия из алюминия и его сплавов
ПЛАН УРОКА:
1. Проверка домашнего задания:
ответы на вопросы (химическое объяснение);
2. Фронтальная беседа по рисунку 15 на стр.60 - области применения алюминия;
3. Постановка познавательной задачи:
почему такой распространённый в природе металл нашёл широчайшее применение в хозяйственной деятельности лишь в ХХ веке?
4. Рассказ учителя:
об открытии и промышленном производстве алюминия;
5. Фронтальная беседа:
закрепление знаний об электролитической выплавке алюминия;
6. Самостоятельная работа с учебником:
заполнение таблицы в тетради "Применение алюминия и его соединений", изучение коллекции "Алюминий", изделий из алюминия и его сплавов;
7. Задание на дом:
повторить параграф 13, заполнить до конца таблицу "Применение алюминия и его соединений", решить задачу с применением понятия "практический выход продукта реакции от теоретически возможного выхода".
КОНСПЕКТ УРОКА:
1) Проверка домашнего задания - ответы у доски:
А/. при соединении алюминиевых деталей медными заклёпками возникает электрический ток в гальванической паре Al-Cu, в результате чего создаются благоприятные условия для электрохимической коррозии алюминия.
Б/. раствор медного купороса, т.е. сульфата меди - соли, образованной слабым основанием Cu (OH) 2
и сильной кислотой H2
SO4,
вследствие гидролиза содержит катионы водорода:
CuSO4
↔ Cu2+
+ SO4
2-
+HOH ↔ H+
+ OH-
Cu2+
+ OH -
= CuOH+
CuSO4
+ HOH = CuOH+
+ SO4
2 -
+ H+
Под влиянием кислотной среды разрушается сначала защитная оксидная плёнка, а затем идёт реакция алюминия с сульфатом меди.
В/. влажная кальцинированная сода - это по существу раствор Na2
CO3
, который в результате гидролиза содержит анионы ОН--
:
Na2
CO3
↔ 2Na+
+ CO3
2-
+HOH ↔ H+
+ OH-
H+
+ CO3
2 -
= HCO3
-
Na2
CO3
+ HOH = 2Na+
+ HCO3
-
+ OH--
Под влиянием щелочной среды разрушается оксидная плёнка, поэтому поверхность металла очищается. Но оставлять в алюминиевой посуде раствор соды нельзя, т.к начнёт разрушаться металл.
2). Применение алюминия - фронтальная беседа (стр60, рис.15):
назвать области применения алюминия. На каких свойствах основано применение алюминия в этих сферах человеческой деятельности?
какой вывод можно сделать в связи с использованием алюминия в данных отраслях?
что можно сказать о распространённости алюминия в земной коре? (по новейшим данным содержание алюминия в земной коре составляет 8,8% по массе, - это третье место среди химических элементов после О и Si)
3). Почему такой распространённый в природе и важный в техническом отношении металл стал известен людям менее 200 лет назад? - постановка познавательной задачи.
4). История алюминия - рассказ учителя:
"
Однажды к древнеримскому императору Тиберию пришёл ремесленник и принёс чашу невиданной красоты, изготовленную из серебристого и на удивление лёгкого металла. На вопрос императора о названии чудесного металла ремесленник ответил, что металл получен им из …глины и пока не имеет названия. "Дальновидный" император, испугавшись, что новый металл, который можно получать из обыкновенной глины, обесценит серебро и подорвёт могущество Рима, повелел: чашу уничтожить, ремесленника обезглавить, его мастерскую сровнять с землёй!" Теперь, по прошествии тысячелетий, мы не можем сказать, сколько правды лежит в основе этой легенды, рассказанной римским историком Плинием Старшим в своей "Естественной истории", но значительная доля правды в ней кроется. Действительно, алюминий - серебристо-белый, но в отличие от серебра на удивление лёгкий металл, который в принципе можно получить даже из глины. Не случайно у нас в России в ХIX столетии алюминий называли "глиний"! И если бы не технические трудности, алюминий давно бы был самым дешёвым металлом. Но из-за высокой химической активности, алюминий встречается в природе только в связанном виде. А из-за высокого сродства к кислороду, восстановить алюминий можно либо ещё более активным металлом, например калием, либо при помощи электролиза. Поэтому открытие этого самого распространённого металла состоялось после открытия щелочных металлов, а промышленное получение началось после изобретения электролиза. Первый образец алюминия получил датский учёный Г. Эрстед в 1825 году в результате следующей химической реакции:
AlCl3
+ 3Na → Al +3NaCl
В 1827 году знаменитый немецкий химик Фридрих Вёлер получил более чистый алюминий, использовав для этого криолит и металлический калий:
Na3
[AlF6
] + 3K → Al + 3NaF + 3KF
Первое время алюминий получали в малых количествах и стоил он дороже золота. Так у
последнего русского царевича Алексея была очень дорогая игрушка - погремушка из алюминия. Промышленный способ производства алюминия, который в своей основе применяется до сих пор, был разработан в 1866 году двумя молодыми учёными американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру, причём независимо друг от друга. В чём заключается этот способ… (краткий рассказ об электролитическом производстве по настенной таблице).
Запись на доске и в тетрадях:
2Al2
O3
ток
→ 4Al + 3O2
В настоящее время по объёму производства алюминий прочно занимает 2 место после железа и его сплавов (среди металлов). Для выплавки 1т алюминия требуется 13-17000 квт/час электрической энергии (постоянный ток, V=5в, I=100000А), поэтому алюминиевые заводы расположены вблизи крупных ГЭС.
5). Закрепление знаний о производстве алюминия - фронтальная беседа:
Как в ХIХ веке в России называли алюминий и почему?
Зачем при электролизе глинозёма (Al2
O3
) применяют криолит (Na3
[AlF6
])?
В чём заключается суть современного производства алюминия?
Почему алюминий не сгорает сразу после электролиза?
Почему угольные аноды приходится периодически обновлять?
В связи с чем алюминий из электролизёра извлекают вакуумным ковшом?
Почему большая часть производимого алюминия идёт на выплавку сплавов?
6). Заполнение таблицы "Применение алюминия", изучение коллекции "Алюминий" самостоятельная работа:
| ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ | НА КАКИХ СВОЙСТВАХ ОСНОВАНО |
7). Домашнее задание. Повторить параграф 13, решить задачу:
На выплавку 1 тонны алюминия расходуется 2 тонны оксида алюминия Al2
O3.
Вычислить выход металла в процентах от теоретически возможного выхода, подготовить тетрадь к проверке.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ "АЛЮМИНИЙ":
Ле Бокс - местность на юге Франции, в которой впервые стали добывать бокситы;
t0
пл
боксита составляет 20450
С, а t0
пл
криолита составляет 9700
С;
электропроводность Al примерно 0,6 от электропроводности меди; теплопроводность же Al в 1,8 раза больше, чем теплопроводность меди;
рубин (красный): Al2
O3
+ 0,3% Cr2
O3
;
сапфир (синий): Al2
O3
+ 0,2% TiO2
, следы Fe2
O3
аметист (фиолетовый): Al2
O3
+ примесь MnO2
;
AlCl3,
Al (C2
H5
) 3
- катализаторы в органическом синтезе;
дуралюмин или дюраль - сплав Al + 5% Cu + 2% Mg - название от города Дюрен в Германии;
KAl (SO4
) 2
- алюмокалиевые квасцы, протрава при крашении тканей;
Al2
(SO4
) 3
- сульфат алюминия, коагулянт при очистке воды от биологической грязи;
Al (OH) 3
+ Mg (OH) 2 - "
Алмагель", медицинский препарат для снижения кислотности желудочного сока при гастритах и язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки;
рубины и другие окрашенные разновидности оксида алюминия применяют в ювелирной промышленности и в технике, например в производстве лазеров, механических часов; в настоящее время рубины, сапфиры, аметисты и др. получают искусственным путём;
соли алюминия в водных растворах подвергаются гидролизу, большинство с образованием кислотной среды, а сульфид алюминия полностью гидролизуется (разрушается в воде), например:
a). AlCl3
↔ Al3+
+ 3Cl-
HOH ↔ H+
+ OH-
Al3+
+ OH -
= AlOH2+
AlCl3
+ HOH = AlOH2+
+ 3Cl -
+ H+
b). Al2
S3
+ 6HOH = 2Al (OH) 3
+ 3H2
S