Цель урока: дать характеристику алюминию; продолжить формирование умения составлять уравнения химических реакций, характеризующих общие свойства алюминия; объяснять явление амфотерности на примере алюминия, характеризовать природные соединения алюминия; знать области применения алюминия и его сплавов.
Оборудование: коллекция “Алюминий и его сплавы”; алюминий (фольга, проволока, порошок, гранулы); растворы соляной кислоты и гидроксида натрия, хлорида алюминия, карбоната натрия; образцы горных пород и минералов.
Демонстрация: а) горение алюминия в кислороде; б) отношение алюминия к концентрированной азотной кислоте.
Лабораторный опыт: а) ознакомление с образцами алюминия и его сплавов, руды алюминия; б) взаимодействие алюминия с кислотами и со щелочами.
Повторение: строение атома, закономерность изменения свойств элементов и их соединений в периодах и группах. Амфотерность в свете теории электролитической диссоциации и ОВР.
Приложение: презентация.
Ход урока
Урок начинается стихотворением:
“Он яркой звездой загорится,
Белый и легкий металл,
В 13-й клетке таблицы
Почетное место занял.
Для легкости в сплавы дается,
Мощь самолетов создал.
Тягуч и пластичен, отлично куется
Серебряный этот металл.
В составе багровых рубинов,
В сапфировой сини огней,
Всерой обыденной глине,
В виде наждачных камней”.
Вопрос: О каком металле шла речь в стихотворении?
Итак, герой нашего урока – металл. Да, самый обыкновенный металл – алюминий, с которым мы сталкиваемся повсюду. Казалось бы, что можно рассказать о нем? Но алюминий имеет большую и интересную историю. Всего каких-нибудь сто лет назад об алюминии знали лишь в лабораториях ученых. Промышленных способов извлечения алюминия из руды не было, алюминий ценился на вес золота.
Есть в истории алюминия и необъяснимые загадки. Древнеримский ученый Плиний Старший (1 в.н.э.) сообщает, что однажды пришел к императору Тиберию неизвестный человек и принес легкую серебряную чашу. Посетитель утверждал, что научился получать алюминий из глины. Тиберий велел казнить изобретателя, чтобы никто не мог узнать секрет и обесценить “серебро”. Возможность получения “серебра” из глины казалась нелепым вымыслом по крайней мере до 1827 г, когда люди впервые увидели алюминий. А сейчас мы можем задуматься над тем удивительным и загадочным даже для нас технологическим процессом, до которого додумался несчастный изобретатель великой империи рабов.
Первым изделием из алюминия были пуговицы на камзоле одного из последних королей Франции. Король был счастлив и гордился приобретением: никто из королей и монархов Европы не имел таких пуговиц.
В настоящее время алюминиевыми пуговицами никого не удивишь. Алюминий – довольно дешевый металл и наряду с другими металлами имеет самое широкое применение.
Итак, тема нашего урока: “Алюминий, его свойства и применение”.
Алюминий – элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 13. Обозначается символом Al. На внешнем электронном слое у атома алюминия находится 3 электрона. В химических реакциях он выступает в качестве восстановителя. Характерная степень окисления алюминия +3, заряд иона – 3+. Слайд 2.
Алюминий относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости (после кислорода и кремния) химический элемент в земной коре.
Охарактеризуйте положение алюминия в периодической таблице химических элементов (порядковый номер, номер периода, номер ряда, группа и подгруппа).
Вопрос: Зарисуйте строение атома алюминияи предположите какими свойствами должен обладать алюминий.
Ученики рисуют в тетради. Через несколько минут показываю Слайды 3–4 презентации (строение атома).
Степени окисления алюминия: на доске заполнить схему Al0 –> Al3+. Слайд 4.
Простое вещество алюминий – лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло– и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия. Температура плавления алюминия 660°С. Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами. Наиболее известны сплавы с медью и магнием (дюралюминий) и кремнием (силумин).
Свойства простого вещества алюминия. Слайд 5.
Какие физические свойства алюминия вы знаете?
– Свойства: серебристый легкий металл, пластичный, обладает отражательной способностью (зеркало из алюминия более стойко и не тускнеет). Слайд 6.
Вопрос: Какими еще физическими свойствами обладает алюминий?
– Легко прокатывается в листы, вытягивается в проволоку. Алюминий обладает высокими тепло– и электропроводностью, немного уступая в этом отношении меди и серебру.
Алюминий – активный металл. Но при нормальных условиях алюминий покрыт тонкой и прочной оксидной плёнкой и потому не реагирует с классическими окислителями: с H2O (t°);O2, HNO3 (без нагревания). Благодаря этому алюминий практически не подвержен коррозии. Однако при разрушении оксидной плёнки алюминий выступает как активный металл-восстановитель. Слайд 7.
Химические свойства алюминия обусловлены легкостью отрыва электронов, поэтому алюминий должен проявлять свойства металлов. Записываем уравнения в тетрадь. Слайд 8. (С кислородом, галогенами, серой, водой, кислотами.)
Легко реагирует с простыми веществами:
– с кислородом:
4Al + 3O2 = 2Al2O3
– с галогенами:
2Al + 3Br2 = 2AlBr3
– с другими неметаллами реагирует при нагревании:
а) с серой, образуя сульфид алюминия:
2Al + 3S = Al2S3
б) с азотом, образуя нитрид алюминия:
2Al + N2 = 2AlN
в) с углеродом, образуя карбид алюминия:
4Al + 3С = Al4С3
Алюминий реагирует со сложными веществами:
– с водой (после удаления защитной оксидной пленки, например, амальгамированием или растворами горячей щёлочи):
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2
– со щелочами (с образованием тетрагидроксоалюминатов и других алюминатов):
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2
– Легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах:
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2
2Al + 3H2SO4(разб) = Al2(SO4)3 + 3H2
– При нагревании растворяется в кислотах – окислителях, образующих растворимые соли алюминия:
2Al + 6H2SO4(конц) = Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Al + 6HNO3(конц) = Al(NO3)3 + 3NO2+ 3H2O
– восстанавливает металлы из их оксидов (этот метод получения простых веществ металлов называется алюминотермией):
8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe
2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr
Демонстрация:
Опыт 1. Нагреваю алюминиевую фольгу на спиртовке – алюминий покрывается защитной пленкой, а если эту пленку снять, то происходит окисление (уравнение).
Опыт2. Взаимодействие алюминия с бромом (уравнение).
Опыт 3. По отношению к воде алюминий устойчив, потому что покрыт защитной оксидной пленкой, но если погрузить в воду амальгамированный алюминий, то он будет вытеснять водород из воды. Записываем уравнение.
Лабораторный опыт. Каждый на своем рабочем месте: к алюминию прилить раствор соляной кислоты. Что наблюдаете? Записываем уравнение реакции.
Возвращаемся к схеме строения атома. Увеличение электронов на внешнем уровне и уменьшение атомного радиуса, соседство сверху и справа с неметаллами могут привести к особым свойствам – взаимодействию со щелочами.
Лабораторный опыт. Прилить к алюминию раствор гидроксида натрия. Что наблюдаем? Записываем уравнение реакции.
Вопрос: Какой вывод можно сделать исходя из свойств алюминия?
Вывод: алюминий обладает амфотерными свойствами.
Демонстрация: алюминий + концентрированная азотная кислота =
Алюминотермия: 2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe
Вопрос: Где может найти применение данное свойство?
– В промышленности (металлотермия) для получения особо чистых металлов из их оксидов.
Алюминий – третий по распространенности элемент в земной коре. Алюминий – это еще один “лидер” среди всех элементов Земли. Алюминия в земной коре почти 8%, его опережают по распространенности только кислород и кремний.
Он встречается только в соединениях. Слайд 9. Важнейшие: Каолинит Al2O3*2SiO2*2H2O
- Корунд Al2O3 (прозрачные кристаллы).
- Полевой шпат, или ортоклаз К2O* Al2O3*6SiO2.
- Боксит (алюминиевая руда) Al2O3*nH2O.
- Нефелин Na2O*Al2O3*2SiO2.
Одним из наиболее распространенных его соединений является корунд. Рубин, сапфир – разновидности корунда, окрашенные небольшими примесями.
“Есть в теплом море дивный яхонт…” Это о рубине. Яхонт – старинное русское название рубина. (“Садко”.)
Алый рубин и синий сапфир в древности и в средние века считали целебными камнями: “Рубин врачует сердце, мозг, силу и память человека, сапфир – хранит и умножает мужество, очищает глаза, укрепляет мускулы”.
В “Сказках об Италии” А.М. Горький воссоздал образ жестокого обывателя Тамерлана, стремившегося покорить и разрушить весь мир: “На его страшной седой голове – белая шапка с рубином на острой верхушке… А в ушах царя – серьги из рубинов Цейлона, из камней цвета губ красивой девушки”.
Рубин теперь не только предмет роскоши, он стал камнем – тружеником. Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах.
В природе алюминий в связи с высокой химической активностью встречается почти исключительно в виде соединений. Наиболее распространены алюмосиликаты и бокситы. Оксид алюминия входит в состав ряда самоцветов (рубин, сапфир). Слайд 10–12.
В середине 19 столетия, когда алюминий, был дороже драгоценных металлов и мировое производство его исчислялось килограммами в год, великий русский демократ Н.Г. Чернышевский проявил гениальную прозорливость, сказав, что этому металлу суждено огромное будущее, что алюминий – металл прогресса.
Предсказание Чернышевского сбылось, и алюминий по своему практическому значению стал в самом широком смысле слова металлом 20 века.
Название алюминия происходит от латинского слова “алюмен” – квасцы. Эту соль люди задолго до нашей эры начали использовать, сначала в качестве протравы при крашении тканей, а потом и в медицине как кровоостанавливающее средство. Однако получить этот металл удалось сравнительно недавно, меньше 200 лет назад.
Первым металлический алюминий выделил в 1825 году датский физик Ханс Кристиан Эрстет, пропустив газообразный хлор через слой раскаленного оксида алюминия, смешанного с углем. Чтобы восстановить металлический алюминий, Эрстеду понадобилось обработать хлорид алюминия амальгамой калия (жидким сплавом калия с ртутью). Слайд 13.
Через 2 года немецкий химик Фридрих Велер усовершенствовал метод получения алюминия, заменив амальгаму калия чистым металлическим калием.
Понадобилось еще 30 лет, чтобы появился электролитический способ получения алюминия. Его разработали независимо друг от друга немецкий химик Роберт Вильгельм Бунзен и французский ученый Анри ЭтьеннСент-Клер Девилль.
На Парижской Всемирной выставке 1855 года уже демонстрировался большой слиток страшно дорогого алюминия – “серебра из глины”, полученный электролизом расплава смеси хлорида алюминия и хлорида натрия.
Однако в массовом масштабе получать алюминий стало возможным после 1886 года, благодаря усилиям молодого американца Чарльза Мартина Холла и французского химика Поля Эру.
Один из немногих энтузиастов использования серебристого металла Наполеон III (племянник Наполеона Бонапарта) задумал было снабдить солдат французской армии нагрудниками и касками из алюминия. Лаборатории Сент-Клер Девилля были выделены немалые средства, но металл был еще таким дорогим, что каски достались только солдатам личной охраны принца.
Вопрос: Какое же применение имеет металл настоящего и будущего, металл прогресса?
Вопрос: какие свойства алюминия обусловили его широкое применение. Слайд 14.
Небольшой вес, высокие противокоррозионные свойства, значительная прочность определили применение этого металла. Он занял прочное место в строительстве самолетов, машиностроении, судостроении. Самый тяжелый из группы легких металлов алюминий стали называть “крылатым металлом”.
“Он серебрист, как белый иней,
В нем лунный свет и солнца жар,
Металл крылатый алюминий,
Он славу добрую снискал.
Его рождала мудрость века,
Движенье мускулистых рук,
Мечта и дерзость человека,
Сверхскоростных полетов звук.
Неугасимое горенье
В цехах завода до утра.
Вот здесь я черпал вдохновенье…
И дел литейных мастеров
Меня за труд благодарили”.
Применение: – применяется для производства различных сплавов.
Наибольшее распространение имеют дюралюмины (сплав алюминия и магния), силумины (сплав алюминия с кремнием).в виде чистого металла – на изготовление электропроводов и различной химической аппаратуры.
- Используется для алитирования, т.е. насыщения поверхностей стальных и чугунных изделий (с целью защиты от коррозии).
Закрепление изученного материала в виде игры кроссворда.
Домашнее задание: §13, № 1, 3, 4.