Урок объяснения нового материала "Алюминий – металл будущего"

Цели урока.

I. Познавательная.

1. Сформировать на межпредметном уровне системы знаний учащихся о простом веществе, образуемом элементом алюминием, которое играет важную роль в природе и жизни человека.

II. Развивающие.

1. 1). Продолжить формирование диалектико-материалистического мировоззрения на примере закона перехода количественных отношений в качественные.
2. 2). Установить причинно-следственную связь при сравнении свойств изученных металлов I и II групп главных подгрупп.
3. 3). Продолжить формирование умений наблюдать, сравнивать, делать выводы на основе собственных исследований и демонстрационных опытов.
4. 4). Решать проблемные задачи.
5. 5). Прогнозировать применение алюминия.
6. 6). Развивать познавательную деятельность.

III. Воспитательная.

1. Воспитывать нравственные качества через активную познавательную деятельность: трудолюбие, вежливость, скромность, ответственность, требовательность к себе, дисциплинированность, радость сопереживания успехам товарищей и озабоченность их неудачами, бережное отношение к учебному оборудованию и реактивам.

Планируемые результаты.

1. Знакомство с историей открытия, изучения свойств и применения алюминия.
2. Развитие и обобщение знаний учащихся о нахождении и роли алюминия в природе.
3. Обобщение знаний о физических свойствах алюминия как простого вещества.
4. Обобщение знаний о химических свойствах алюминия как простого вещества.
5. Развитие и обобщение знаний учащихся о практическом использовании алюминия.
6. Развитие научного мышления учащихся в процессе установления причинно-следственных связей, переноса и применение знаний и умений в новых ситуациях.
7. Развитие научного мировоззрения школьников.
8. Развитие мотивации изучения предмета при обращении к жизненному опыту учащихся.

Тип урока: объяснение нового материала.

Основные понятия: алюмосиликаты, алюминотермия, пассивирование.

Виды межпредметных связей:

• внутрицикловые содержательно-информационные с курсами физики, биологии, географии на уровне общепредметных понятий;
• специально-предметные – причинно-следственные, исторические;
• организационно-методические – на уровне общепредметных умений (применение знаний).

Приемы обучения: постановка межпредметных вопросов, выполнение заданий устных и письменных, историческая справка, обращение к жизненному опыту учащихся.

Средства обучения: применение ИКТ (если нет возможности провести лабораторные опыты), периодическая система Д.И.Менделеева, коллекции минералов, сплавов алюминия, химический эксперимент.

Ход урока

На доске: тема урока.

План урока.

1. История открытия алюминия.
2. Распространенность алюминия в земной коре.
3. Характеристика элемента алюминия по положению в периодической системе Д.И.Менделеева. Строение атома.
4. Физические свойства алюминия.
5. Химические свойства алюминия.
6. Применение и роль алюминия в жизни человека.

I. История открытия алюминия.

Для создания мотива изучения нового материала важно познакомить учащихся с историей открытия алюминия. Можно дать задание приготовить сообщение по этому вопросу ученику устно или в виде презентации.

Алюминий в виде соединений был известен в глубокой древности. По свидетельству античных историков квасцы (по лат. “люмен”), т.е. сульфат алюминия-калия КAl(SO₄)₂ добывали во многих местах и применяли в качестве протравы при крашении тканей, а потом и в медицинских целях как кровеостанавливающее средство. В начале нашей эры римский полководец Архелай во время войны римлян с персами велел обмазать боевые башни квасцами. Дерево башен стало огнестойким, поэтому все попытки персов сжечь их оказались бесплодными.

Что может быть обыкновеннее глины? Красная глина речного обрыва, коричневая глинистая грязь проселочной дороги, белая и синеватая глина, которая неожиданно оказывается на лопате, когда копают глубокую яму или колодец. В составе любой глины содержится оксид алюминия Al₂O₃. Поэтому глину относят к классу минералов-алюмосиликатов (каолин, полевой шпат, нефелин) – вулканического происхождения. Минерал осадочного происхождения – боксит, похож на глину, но лишен свойственной ей пластичности. Залежи бокситов находятся на западном и южном склонах Урала и тянутся до степей Северного Кавказа. Крупнейшие месторождения нефелина NaAlSiO₄ обнаружены в Красноярском крае. (Показать на физической карте).

В середине XIX в Западной Европе начинаются попытки получения алюминия. В 1825 году Х.К. Эрстед (Дания) впервые получил алюминий в чистом виде, используя для этого калий в виде амальгамы. Однако тогда точно не удалось выяснить какой продукт был получен. Зато два года спустя в этом преуспел Велер (Германия), взявший для восстановления чистый калий. 20 лет упорного труда позволили ученому приготовить алюминий в виде гранул со спичечную головку. Новый металл оказался очень красивым и похож на серебро, но значительно более легким. Именно эти свойства алюминия определили его высокую стоимость: в конце XIX –начале XX в. алюминий ценился выше золота. На протяжении долгого времени он оставался музейной редкостью.

Англичане хотели почтить богатым подарком великого русского ученого Д.И. Менделеева и подарили ему химические весы, в которых одна чашка была изготовлена из золота, а другая – из алюминия. Чашка из алюминия стала дороже золотой.

Полученное “серебро из глины” заинтересовало не только ученых, но и промышленников и даже императора Франции. Впервые алюминий был использован для изготовления нескольких декоративных кирас (лат) для личной охраны (кирасир) Наполеона III и игрушек для его наследника.

Учитель: Мировое производство алюминия постоянно растет. Он стал вторым по значению металлом продолжающегося железного века.

Задается проблемный вопрос: “Почему алюминий называют металлом будущего?”

На этот вопрос мы должны будем ответить в конце урока.

II. Нахождение в природе.

ЗаданиеI. Рассмотрите диаграмму “Распространение элементов в природе”.

<Рисунок 1>.

Вопрос: определите, какое место занимает алюминий среди других элементов.

ЗаданиеII. Рассмотрите образцы природных соединений. Сравните их по твердости . прочности, цвету и рассчитай содержание алюминия в каждом из них ( расчеты проводят по вариантам). Какие из перечисленных пород вы бы использовали для получения металла?

Ответы: алюминий самый распространенный металл в природе. Его содержание в земной коре составляет 8,8 %. Он занимает 3 место по распространенности среди других элементов (после кислорода и кремния). Для получения алюминия мы использовали бы корунд.

Каолин	Al2O3*2SiO2*2H2O	М.м. = 258 w(Al) = 21%
Полевой шпат	Na2O* Al2O3 * 6 SiO2	М.м. = 524 w(Al) =10%
Нефелин	Na2O* Al2O3 * 2 SiO2	М.м. = 284 w (Al) =19%
Корунд	Корунд Al2O3	М.м. = 102 w(Al) = 53%

III. Получение.

Сообщение ученика.

Алюминий получают электролизом оксида алюминия Al₂O₃ в расплаве криолита. Процесс электролиза, в конечном итоге, сводится к разложению Al₂O₃ электрическим током:

2 Al₂O₃ —> 4Al + 3O₂

IV. Характеристика элемента № 13 по положению в периодической системе Д.И. Менделеева.

Ответы: Al – расположен в III малом периоде, 3 группе, главной подгруппе, А_r = 27, порядковый номер 13.

Строение атома: 13 электронов движутся вокруг ядра по трем энергетическим уровням – 2, 8, 3

Электронная формула: 1S²2S²2P⁶3S²3P¹. В ядре атома – 13 протонов 14 нейтронов.

Алюминий проявляет постоянную валентность равную III, соответствующую возбужденному состоянию атома.

(На доске записывают электронно-графическую формулу).

Задание3: сопоставить строение атомов Na, Mg, Al и сделать вывод об относительной химической активности этих элементов. (Записывают в тетрадь).

V. Физические свойства.

Задание:

1). На основе анализа справочных данных и изучения образцов алюминия охарактеризовать его физические свойства.

2).Объяснить: почему алюминий обладает хорошей тепло- и электропроводимостью?

На слайде таблица с данными по тепло- и электропроводности.

3). Почему в алюминиевой посуде вода закипает быстрее, чем в эмалированной? (Высокая теплопроводность).

4). В чем причина высокой пластичности алюминия?

(По пластичности он близок к золоту, его можно вытягивать в проволоку и прокатывать в фольгу толщиной 0,01 мм).

5). По каким внешним признакам можно отличить изделия из алюминия от изделий из других металлов? ( По цвету, изделия из алюминия легкие).

Обобщив знания по проделанной работе, учащиеся записывают физические свойства алюминия:

• белый металл с серебристым блеском;
• мягкий;
• легкий (плотность = 2,7 г/см³);
• хороший проводник тепла и тока;
• пластичный;
• характерна относительно высокая упругость (не становится хрупким при низких температурах);
• устойчив к коррозии на воздухе, а также в химических средах;
• плавится при температуре 660⁰С.

VI. Химические свойства алюминия.

Учитель: Какими химическими свойствами должен обладать алюминий исходя из его положения в периодической системе Д.И. Менделеева и сравнивая строение атомов элементов III периода?

Ответы: в периоде с увеличением заряда ядра атома уменьшается радиус атома и способность элемента отдавать электроны тоже уменьшается, поэтому алюминий проявляет более слабые восстановительные (металлические) свойства, чем натрий и магний, он относится к переходным металлам и занимает промежуточное положение между металлами и неметаллами, его соединения являются амфотерными.

Задание1: определите место алюминия в электрохимическом ряду напряжений и сделайте вывод об его активности. (Учащиеся смотрят на электрохимический ряд напряжений).

Ответ: алюминий находится в начале ряда напряжений сразу после щелочных и щелочноземельных металлов. Поэтому он должен проявлять высокую химическую активность.

Учитель: алюминий применяется в быту, из него изготавливают бытовые изделия. Известно, что ни кислород, ни вода на него не действуют (учитель опускает алюминиевую пластину в стакан с водой). В результате противоречий между знаниями и жизненными наблюдениями создается такая ситуация:

Почему алюминий, стоящий в начале ряда напряжений проявляет пассивность?

Почему в алюминиевой кастрюле можно сварить суп?

Ответить на эти вопросы мы сможем, проделав опыты.

Инструктаж по технике безопасности при работе с нагревательными приборами.

Опыт: ученики закрепляют в тигельных щипцах алюминиевую проволоку и нагревают ее в пламени спиртовки. Наблюдают, что расплавленный алюминий не капает, а удерживается в пленке.

Вопрос: что это за пленка?

Ответ: чистый алюминий на воздухе покрывается оксидной пленкой, которая защищает металл от взаимодействия с другими веществами. Именно эта пленка на поверхности металла делает его пассивным по отношению к другим веществам.

Задание2. Написать уравнение реакции взаимодействия алюминия с кислородом. Ученики пишут уравнение реакции: 4Al + 3O₂ —>2Al₂O₃

По аналогии ученики пишут уравнения реакций взаимодействия алюминия с другими простыми веществами: серой, галогенами (хлором), азотом:

2Al +3Cl₂ —> 2AlCl₃

2Al + 3S —> Al₂S₃

2Al + N₂ —> 2AlN

В уравнениях реакций ученики отмечают степени окисления алюминия до и после реакции и делают вывод, что алюминий в реакциях является восстановителем как и другие металлы.

Задание3. Взаимодействие алюминия со сложными веществами.

1). Учитель: если с алюминия удалить оксидную пленку, то алюминий должен проявлять свойства аналогичные щелочно-земельным металлам. Ученики пишут уравнение реакции взаимодействия алюминия с водой по аналогии со щелочными и щелочно-земельными металлами и отмечают условия реакции (удалить с поверхности металла оксидную пленку):

2Al + 6H₂O —> 2Al(OH)₃ + 3H₂

Учитель: Запомните, что в обычных условиях оксидная пленка защищает алюминий от разрушения (коррозии).

Перед заданием 4 (учащиеся сами выполняют опыты) учитель напоминает правила по технике безопасности при работе с кислотами и щелочами).

Задание4. С помощью лабораторных опытов изучите отношение алюминия к кислотам: разбавленным соляной и серной и концентрированной азотной кислоте.

Ответы: учащиеся выполняют опыты с соляной и серной кислотами. С концентрированной азотной кислотой показывает учитель, и делают выводы, что алюминий взаимодействует с разбавленными соляной и серной кислотами и не реагирует с концентрированной азотной кислотой.

Уравнения реакций записывают на доске и в тетрадях:

2Al + 6HCl —> 2AlCl₃ + 3H₂

2Al + 3H₂SO₄ —> Al₂(SO₄)₃ + 3H₂

Учитель: с концентрированной азотной кислотой алюминий не реагирует, она пассивирует алюминий. Под ее влиянием на поверхности алюминия образуется нерастворимая в кислотах модификация оксида алюминия, предохраняющая его от дальнейших превращений, поэтому концентрированную азотную кислоту хранят в алюминиевых емкостях.

Учитель: как щелочные металлы алюминий является восстановителем, поэтому он может вытеснять другие металлы, стоящие в ряду напряжений правее его из растворов солей.

Задание 5. В пробирку со стружкой алюминия прилейте раствор сульфата меди (II). Что наблюдаете?

Ответ: образуется красный осадок. Это выделяется медь в свободном состоянии.

Уравнение реакции записывают на доске: 2Al + 3CuSO₄ —> 3Cu + Al₂(SO₄)₃

Учитель: алюминий восстанавливает металлы из их оксидов, это промышленный способ получения металлов, который называется алюминотермией.

Уравнение реакции: Fe₂O₃ + 2Al —> Al₂O₃ + 3Fe

(левую часть пишет учитель, а правую дописывают ученики).

Учитель: алюминий реагирует с растворами щелочей при нагревании.

Задание 6. В пробирку с алюминием прилить раствор щелочи NaOH и нагреть. Наблюдать за происходящей реакцией. Испытать выделяющийся газ горящей лучинкой.

Ответ: наблюдаем выделение газа. Испытали его горящей лучинкой, послышался хлопок, это выделяется водород.

Запись уравнения реакции с учителем: 2Al⁰ + 2NaOH —> 2NaAl ⁺³O₂ + 3H₂

Обобщение по химическим свойствам. (Делают учащиеся):

Алюминий является активным металлом, реагирует с простыми веществами- неметаллами, восстанавливает металлы до свободного состояния, стоящие в электрохимическом ряду напряжения справа от него. Из сложных соединений алюминий восстанавливает ионы водорода и ионы менее активных металлов. Однако при комнатной температуре на воздухе алюминий не изменяется, так как покрыт защитной оксидной пленкой.

VII. Применение алюминия.

Задание: зная физические и химические свойства алюминия предположите области его применения.

Ответы: основные области применения алюминия связаны с легкостью, прочностью и устойчивостью. В таком сочетании полезных свойств нуждается в первую очередь транспорт. Главные потребители алюминиевых сплавов – самолетостроение и автомобилестроение.

Учащиеся смотрят учебник, стр.60 рисунок 15, и продолжают отвечать с добавлением учителя: указанные свойства алюминиевых сплавов, а также их красивый внешний вид обусловили широкое применение их в строительстве. Алюминий и его сплавы используют при отделке станций метрополитена, фасадов зданий. Гофрированными листами сплавов покрывают крыши.

Высокая электрическая проводимость чистого алюминия используется в электротехнике. Из алюминия изготавливают электропровода. При одинаковом электрическом сопротивлении масса алюминиевого провода значительно меньше массы медного. Это облегчает сооружение опорных мачт, на которые подвешиваются провода.

Широко применяется “серебряная краска” на основе алюминиевого порошка. Она не только придает красивый внешний вид изделиям, но и защищает их от химического разрушения. Для защиты от солнечных лучей покрывают цистерны, предназначенные для перевозки нефтепродуктов.

В быту алюминий используют в виде кухонной посуды. Здесь используются такие свойства как высокая теплопроводность, способность противостоять действию не только холодной, но и кипящей воды и неядовитость его соединений, которые в небольшом количестве могут образоваться при действии на алюминий слабых органических кислот, содержащихся в пище.

Обобщение по изученному материалу.

Учитель: почему алюминий называют металлом будущего?

Вывод учащихся: обладая такими физическим свойствами как легкость, пластичность, прочность, коррозионная устойчивость, химическим свойствами как устойчивость к действию сильных химических реагентов и пассивность при обычных условиях (так как покрыт оксидной пленкой) алюминий нашел применение во многих отраслях народного хозяйства. Особое место занимают его сплавы, применяемые в электротехнике и приборостроении, а за ними будущее науки и техники.

Закрепление изученного материала.

Вопросы:

1. Ученый, впервые получивший алюминий. (Эрстед).
2. Минерал состава Al₂O₃, обладающий очень высокой прочностью и твердостью. (Корунд).
3. Способ получения металлов из оксидов с помощью алюминия. (Алюминотермия).
4. Латинское слово, от которого образовано название химического элемента Al. (Алюмен).
5. Процесс разложения веществ с участием электрического тока. (Электролиз).
6. Чем является алюминий в химических реакциях? (Восстановитель).

Подведение итогов урока.

Обявляются оценки за устные ответы и работу у доски.

Домашнее задание: параграф 13 до соединений алюминия.

Проделать опыты: поместить в столовый уксус, нашатырный спирт и в воду по кусочку алюминиевой фольги. Описать происходящие изменения с течением времени. Написать уравнения реакций.

Литература.

1. Учебник “Химия 9”, автор О.С. Габриелян, издательский дом “Дрофа”, 2000 год.
2. “Настольная книга учителя химии” 9 класс, автор О.С. Габриелян, Москва “Блик и К”, 2001 год.
3. “Химия”. Пособие – репетитор для поступающих в вузы, под редакцией профессора В.Н. Чернышова. Издательство “Феникс”, Ростов -на – Дону, 1996 год.
4. “Обучение химии на основе межпредметной интеграции”. 8-9 классы, автор Н.Е.Кузнецова, М.А. Шаталов, издательство “Москва, издательский центр, “Вентана-Граф” 2004 год”.
5. CD-диск “Виртуальная лаборатория”.
6. CD-диск “Химия. Базовый курс. 8-9 класс”.