Конспект на тему Свойства алюминия
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2014-11-09Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Конспект уроков по теме "Алюминий"
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, H2SO4, 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 (Na2CO3), 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 - Al2O3 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: tпл0 (Al) =6600C, 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 => 2Al2O3 + 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?
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] + H20
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 кислоты; наблюдать что происходит, написать уравнение происходившей реакции (в молекулярном, полном ионном и сокращённом ионном видах) по следующей схеме:
Al (OH) 3 + H2SO4 →
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.
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 H2SO4, вследствие гидролиза содержит катионы водорода:
CuSO4 ↔ Cu2+ + SO42-
+HOH ↔ H+ + OH- Cu2+ + OH - = CuOH+
CuSO4 + HOH = CuOH+ + SO42 - + 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 Na2CO3, который в результате гидролиза содержит анионы ОН--:
Na2CO3 ↔ 2Na+ + CO32-
+HOH ↔ H+ + OH-
H+ + CO32 - = HCO3-
Na2CO3 + 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:
2Al2O3 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 (Al2O3) 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:
7). Домашнее задание. Повторить параграф 13, решить задачу:
На выплавку 1 тонны алюминия расходуется 2 тонны оксида алюминия Al2O3. 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;
t0пл боксита составляет 20450С, а t0пл криолита составляет 9700С;
электропроводность Al примерно 0,6 от электропроводности меди; теплопроводность же Al в 1,8 раза больше, чем теплопроводность меди;
рубин (красный): Al2O3 + 0,3% Cr2O3;
сапфир (синий): Al2O3 + 0,2% TiO2, следы Fe2O3
аметист (фиолетовый): Al2O3 + примесь MnO2;
AlCl3, Al (C2H5) 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). Al2S3 + 6HOH = 2Al (OH) 3 + 3H2S
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, H2SO4, 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 (Na2CO3), 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 - Al2O3 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: tпл0 (Al) =6600C, 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 => 2Al2O3 + 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] + H20
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 кислоты; наблюдать что происходит, написать уравнение происходившей реакции (в молекулярном, полном ионном и сокращённом ионном видах) по следующей схеме:
Al (OH) 3 + H2SO4 →
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 H2SO4, вследствие гидролиза содержит катионы водорода:
CuSO4 ↔ Cu2+ + SO42-
+HOH ↔ H+ + OH- Cu2+ + OH - = CuOH+
CuSO4 + HOH = CuOH+ + SO42 - + 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 Na2CO3, который в результате гидролиза содержит анионы ОН--:
Na2CO3 ↔ 2Na+ + CO32-
+HOH ↔ H+ + OH-
H+ + CO32 - = HCO3-
Na2CO3 + 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:
2Al2O3 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 (Al2O3) 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 |
| | |
На выплавку 1 тонны алюминия расходуется 2 тонны оксида алюминия Al2O3. 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;
t0пл боксита составляет 20450С, а t0пл криолита составляет 9700С;
электропроводность Al примерно 0,6 от электропроводности меди; теплопроводность же Al в 1,8 раза больше, чем теплопроводность меди;
рубин (красный): Al2O3 + 0,3% Cr2O3;
сапфир (синий): Al2O3 + 0,2% TiO2, следы Fe2O3
аметист (фиолетовый): Al2O3 + примесь MnO2;
AlCl3, Al (C2H5) 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). Al2S3 + 6HOH = 2Al (OH) 3 + 3H2S
