Конспект урока по теме "Применение алюминия и его сплавов"

Цели:

• систематизировать знания учащихся об алюминии и его соединениях, показать их практическое значение;
• сформировать понятие о химии как науке, её роли в жизни и деятельности человека;
• показать роль алюминия для предупреждения коррозии металлов;

Форма урока: урок-заседание.

Данный урок рекомендуем провести в форме заседания научного общества «Юный химик». Для ведения урока выбираются председатель, участники, зарубежные гости, приглашённые.

ХОД УРОКА

– Итак, слово председателю заседания:

«Он яркой звездой загорается.
Белый и лёгкий металл,
Он в 13 клетке таблицы
Почётное место занял. 
Что за металл?»

Участники отвечают, что это – алюминий.
Открывая заседании, председатель отмечает, что сегодня предстоит обсудить очень важную проблему о применение алюминия и его сплавов. На предыдущих заседаниях гость из-за рубежа (учитель химии) представил полную картину об этом элементе, имея в виду положение в периодической системе Д. И. Менделеева, физические и химические свойства.
По физическим свойствам председатель просит выступить одного из участников.

1-й участник: Алюминий – это серебристо-белый, металл, лёгкий, пластичен, легко вытягивается в проволоку и прокатывается в листы и фольгу, электропроводен и уступает по этому параметру только серебру и меди.

Председатель: Будут ли вопросы или дополнения по физическим свойствам?

Далее предоставляется слово 2-му участнику заседания, он рассматривает химические свойства алюминия.

2-й участник: В электрохимическом ряду напряжения алюминий находится за самыми активными металлами. Однако, из повседневного опыта известно, что на алюминиевые  изделия (посуду и. т.) не действуют ни кислород, ни вода при 100 градусов Цельсия. НА алюминий не действует и концентрированная азотная кислота. Это объясняется наличием на поверхности металла тонкой оксидной плёнки. Но на амальгамированной поверхности плёнка не удерживается, и алюминий реагирует с водой  при нормальных условиях.

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂

При повышенной температуре алюминий реагирует со многими неметаллами и сложными веществами без амальгирования:

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃
2Al + 3Cl₂ = 2AlCl₃
2Al + 3S = Al₂S₃
2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂
2Al + 3CuSO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3Cu
2Al + 2NaOH + 2H₂O = 2NaAlO₂ + 3H₂

Оксид алюминия, проявляя двоякие свойства (кислотные и основные), является амфотерным соединением.

 Председатель: Спасибо. Будут ли дополнения или вопросы? Итак, сегодня на основе изложенных данных мы попробуем составить представление о том, где же применяется этот металл и его сплавы. Сегодня у нас три доклада.

Доклад на тему: «История открытия алюминия и его применение»

Древний историк Плиний рассказывал о событии, которое произошло почти 2000 лет тому назад. Однажды к римскому императору Тиберию пришёл незнакомец. В дар императору он преподнёс изготовленную им чашу из блестящего, как серебро, но чрезвычайно лёгкого металла. Мастер поведал, что этот металл он сумел получить из глинистой земли. Боясь, что новый металл сего прекрасными свойствами, обесценит хранившиеся в казне золото и серебро, император обезглавил мастера, чтобы никому не повадно было заниматься производством «опасного металла».
Лишь в 16 веке, исследуя различные вещества, немецкий врач и естествоиспытатель Парацельс установил, что квасцы  –  это соль, в состав которой входит оксид неизвестного металла, впоследствии названного глинозёмом.
Но лишь в 1807 году англичанин Дэви попытался получить металл из квасцов, но ничего не добился. Спустя несколько лет подобную попытку предпринял Берцелиус, но и его работы не увенчались успехом.
Несмотря на неудачи, учёные решили дать «неподдающемуся» металлу имя: сначала Берцелиус назвал его алюмием, а затем Дэви изменил название на  –  алюминий.
Впервые получил металлический алюминий датский учёный Эрстед, опубликовав результаты своей работы в одном из химических журналов в 1825 году. Но журнал этот был не очень известным, и сообщение Эрстеда осталось почти незамеченным в научном мире. В 1827 году этой проблемой заинтересовался немецкий химик Вёлер и уже в конце этого года опубликовал свой метод получения нового металла. Для получения алюминия в виде компактной массы ему потребовалось…. 18 лет.
В 1855 году на Всемирной выставке в Париже было представлено «серебро из глины», которое произвело большую сенсацию.
Впервые, увидев алюминиевые изделия, Н. Г. Чернышевский сказал: «Этому металлу суждено великое будущее». Когда были написаны эти строки, алюминий всё ещё оставался ювелирным изделием.
В 1889 году, когда Д. И. Менделеев находился в Лондоне, ему в знак  признания выдающихся заслуг развития химии был преподнесён ценный подарок – весы, сделанные из золота и алюминия.
В местечке Сент-Клер был построен первый в мире алюминиевый завод, который в последствии пришлось перенести на юг Франции в связи с тем, что в процессе плавки выделялось много вредных газов, загрязнявших атмосферу.
В 1865 году известный русский учёный Н. Н. Бекетов предложил интересный способ, который быстро нашёл применение на алюминиевых заводах Франции и Германии.
В 1886 году независимо друг от друга американский студент Холл и французский инженер Эру разработали электролитический способ производства алюминия.
И сегодня, спустя много лет без электролиза немыслимо получение алюминия.

Председатель: Большую и интересную историю открытия алюминия мы с вами прослушали, а теперь узнаем о применении алюминия и его сплавов.

Докладчик: Начну с того, что в 1893 году в Москве вышла книга инженера Жукова Н. «Алюминий и его металлургия», в которой автор писал : «Алюминий призван занять выдающееся место в технике и заменить, если не все, но многие из обыденных металлов…».
В начале 20 века немецкий химик Вильм приготовил сплав, в который входили алюминий, медь, магний, марганец. Подобрав опытным путём, оптимальный состав сплава и режим термической обработки, он получил патент и вскоре продал его немецкой фирме, которая в 1911 году выпустила первую партию нового сплава, названного дюралюминием ( Дюрен – город, где было начато промышленное производство сплава).

Для лёгкости в сплавы даётся
Мощь самолёта создал
Тягуч и пластичен, отлично куётся
Серебряный этот металл.
Что это за металл?

Зрители:Алюминий.

Докладчик: Правильно. Известно несколько сплавов алюминия. Перед вами схема и таблица «Сплавы алюминия», обратите внимание на их содержание:

В таблице даны сведения о составе сплавов алюминия и их применении. На столах находятся коллекции сплавов алюминия, необходимо с ними познакомиться.
Итак, основная масса алюминия идёт на получение сплавов:
Дюралюмин –  по прочности близок к стали, легче её в 3 раза, прочный и коррозийнностойкий; магналин – стоек к коррозии в морской воде, поэтому его применяют в судостроении; силумин  –  хорошо подвергается литью, из него можно готовить тонкостенные и сложные по форме изделия.
Из сплавов алюминия была изготовлена оболочка первого советского самолёта искусственного спутника Земли. Эти сплавы используют для изготовления различных деталей космической аппаратуры.
Область применения алюминия постоянно расширяется. Так, при выплавке стали алюминий добавляют в качестве раскислителя для удаления из неё избыточного кислорода. Термитная смесь (алюминиевый порошок и оксид железа) используется для сварки трубопроводов, рельсов, а также для заполнения артиллерийских снарядов и зажигательных бомб. Изготовляемая фольга из алюминия применяется для завёртки кондитерских изделий, плавленых сыров. Высокая отражательная  способность алюминия используется при изготовлении зеркал, в оптических телескопах.
Алюминий идёт на производство проволоки, краски, посуды, аппаратуры для маслобойной, сахарной,  кондитерской, пивоваренной промышленности, т к. установлено, что алюминий не разрушает витамины, содержащиеся в продуктах питания.
Широко используются различные соединения алюминия, так Al F₃, Na₃[Al F₃] – криолит являются сырьём для получения алюминия электролизом. Хлорид алюминия – применяется в качестве катализатора, сульфат алюминия – используется для очистки воды, при крашении и печатании тканей, для дубления кожи и в производстве бумаги, данное соединение применяется для получения алюмокалиевых квасцов  –  KAl(SO₄)₂*12H₂O, которые в медицине используются в качестве вяжущего, подсушивающего и дезинфицирующего средства. В состав точильных камней входит оксид алюминия (глинозём).
А теперь загадка:  глине родственный оксид на пальце модницы блестит.

Ответ: Ещё в глубокой древности бгатые индийские модницы урашали корундами (карбункулами) – рубинами и сапфирами.

Природный минерал, содержащий оксид алюминия, называется корундом.
Природный корунд, загрязнённый  оксидом железа ( три ), вследствие большой твёрдости применяется для изготовления шлифовальных кругов и брусков. В мелко раздробленном виде корунд под названием наждака служит для очистки металлических поверхностей и для изготовления наждачной бумаги.
И следующая загадка: Два оксида подружились и на башнях поселились
Ответ: Оксид алюминия и оксид хрома (три) используются для изготовления рубинового стекла.
Звёзды с прозрачными рубиновыми стёклами были установлены на Кремлёвских башнях в 1937 году.
И в заключение доклада, ещё одна загадка, которую без труда отгадаете:

И в виде кровавых рубинов
И в синих сапфирах камней
И в серой обыденной глине
В составе наждачных камней
Всюду металл тот я вижу
В рамке начерченных минут
В ряду легчайших металлов идёт
Наш чудесный металл.

(Алюминий)

Председатель: Большое спасибо за интересный и содержательный доклад. А теперь, хотелось бы обратиться к присутствующим: Есть ли вопросы к докладчику?

(Зрители задают вопросы, дополняют полученную информацию).

– Теперь прошу выступить следующего докладчика по теме: «Будущее за алюминием».

Докладчик: Будущее за алюминием – это не просто слова, это реальность. Уже создана алюминированная ткань, она «умеет» согревать и охлаждать. Из этой ткани изготавливают шторы, плащи, одеяла, которые весят всего 55г и помещаются в портсигаре. Можно не сомневаться, что геологи, туристы, рыбаки по достоинству оценят изделия из такой ткани. Поможет она и пожарным.
Известный писатель – фантаст Герберт Уэллс в своём романе «Война миров», созданном на рубеже 19-20 веков, описывает машину, с помощью которой марсиане производили алюминий: «От заката солнце до появления звёзд эта ловкая машина изготовила не менее сотни полос алюминия непосредственно из глины». Один из американских исследователей космоса в те годы, когда наше знакомство с луной было лишь визуальным, предложил гипотезу. Он считал, что на каждом гектаре лунной поверхности можно встретить до 200 т чистого алюминия. Он высказал соображение, что Луна является как бы гигантским, природным заводом, в котором, так называемый, «солнечный ветер» превращает руды железа, магния, алюминия в  чистые металлы. Пока эта гипотеза не подтверждалась, но в лунном грунте содержится до 15 % алюминия. По содержанию в земной коре алюминий уступает лишь кислороду и кремнию, значительно превосходя все металлы.
Алюминиевым сырьём мы обеспечены. Создать же оригинальные агрегаты, усовершенствовать способы получения «крылатого металла», найти ему новые области применения – это забота инженеров и учёных. И мы по праву можем сказать: «Этому металлу суждено великое будущее!»
Председатель:  Спасибо. Будут ли вопросы, дополнение к полученной информации?

Зрители задают вопросы, дополняют.

Председатель: Мы с вами очень многое узнали сегодня из докладов, но давайте, поразмыслив, ответим на следующий вопрос: Какие свойства алюминия обусловили такое широкое его применение? Прошу высказать свои предположения.

Зрители высказывают свои предположения.

Председатель: Итак, причины столь широкого применения алюминия:

1. Лёгкость
2. Хорошая ковкость
3. Способность прокатываться в листы
4. Способность вытягиваться в проволоку
5. Хорошо заполняет форму при отливке
6. Устойчив к воздуху, воде, разбавленным органическим кислотам.

Всё это очень хорошо, но мы не должны забывать о том, что алюминий используется для предупреждения коррозии металлов. Так, в качестве моющих или противопожарных присадок для автомобилей используются нерастворимые в воде соли жирных кислот с такими металлами, как кальций, барий, цинк, алюминий и другие. Кроме этого, следует
знать, что оксид алюминия используется в производстве триплекса и более прочного стекла – пентаплекса или полиплекса.
А теперь, я хочу обратить ваше внимание на стенд, где собраны интересные факты о алюминии. Например: «Водород из алюминия», «Скрыться от пожара» и многое другое. Обращаю внимание на выставку литературы, из которой вы сможете узнать более подробно об алюминии, его свойствах, способах получения, применении и истории открытия.

– Благодарю всех за работу и приглашаю на следующее заседание.