Тип урока: комбинированный урок с демонстрационными и лабораторными опытами.
Цель урока: дать представление о строении атома алюминия на основании его положения в ПСХЭ, о физических и химических свойствах простого вещества алюминия и его нахождении в природе, обобщить знания учащихся о применении алюминия, его соединений и сплавов в народном хозяйстве, обсудить значение алюминия в организме человека.
Задачи урока:
- Обучающие:
- Рассмотреть строение атома алюминия.
- Изучить нахождение алюминия в природе, способы получения и открытие этого элемента, физические и химические свойства и области его применения.
- Научить учащихся самостоятельно проводить химический эксперимент с использованием инструкций и соблюдать правила техники безопасности при работе в кабинете химии.
- Развивающие:
- Развить умения формулировать гипотезы и проводить их опытную проверку.
- Совершенствовать умения работать с лабораторным оборудованием и реактивами.
- Продолжить формирование умений обрабатывать и анализировать экспериментальные данные, делать выводы о свойствах вещества.
- Воспитывающие:
- Формировать потребности в познавательной деятельности и ценностное отношение к знаниям.
- Воспитывать культуру работы с химическими веществами.
- Воспитывать сознательную дисциплинированность, четкость и организованность в работе
Форма организации учебной деятельности учащихся: групповая работа, индивидуальная, химический эксперимент.
Методы и приемы обучения: поисковый, частично-исследовательский, демонстрационный химический эксперимент, работа в парах (группах), устные ответы у доски, самостоятельная работа с текстами, взаимоконтроль.
Оборудование:
- Для лабораторных работ: штативы для пробирок, пробирки, алюминиевая стружка, раствор соляной кислоты, гидроксида натрия, спички, ПСХЭ, коллекции природных соединений алюминия;
- Для демонстраций: изделия из алюминия (кастрюля, столовые приборы, модель самолёта, бенгальские огни, алюминиевая проволока, фольга пищевая, новогодний «дождик»), спички;
- Технические средства: компьютер, проектор, экран.
ХОД УРОКА
I. Организационный момент
Урок начинается стихотворением (Слайд 2): Приложение 1
Учитель: О каком металле идёт речь? (Ответы учащихся) (Слайд 3)
II. Введение в новую тему
Итак, герой нашего урока самый обыкновенный металл – алюминий. Казалось бы, что можно рассказать о нём? Это сейчас современную жизнь невозможно представить без алюминия. Этот блестящий легкий металл, прекрасный проводник электричества, получил в последние десятилетия самое широкое применение в различных отраслях производства. Между тем известно, что в свободном виде алюминий не встречается в природе, и вплоть до XIX века наука даже не знала о его существовании. Только в последней четверти прошлого столетия была разрешена проблема промышленного производства металлического алюминия в свободном виде (Слайды 4, 5, 6) . Это стало одним из крупнейших завоеваний науки и техники этого периода, значение которого мы, может быть, еще не оценили до конца. А до этого времени, когда об алюминии знали лишь в лабораториях учёных, он ценился на вес золота. Есть в истории алюминия и необъяснимые загадки.
Сообщение учащегося (Слайд 7):
«Однажды к римскому императору Тиберию пришёл
незнакомец. В дар императору он принёс
изготовленную им чашу из блестящего, как серебро,
но чрезвычайно лёгкого металла. Мастер поведал,
что получил этот металл из «глинистой земли». Но
император, боясь, что обесценятся его золото и
серебро, велел отрубить мастеру голову, а его
мастерскую разрушить». Возможность получения
«серебра» из глины казалась нелепым вымыслом, по
крайней мере, до 1827 года, 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 из одного из последних королей Франции.
Король был счастлив и гордился приобретением:
никто из королей и монархов Европы не имел таких
пуговиц. А в настоящее время алюминиевыми
пуговицами никого не удивишь. Алюминий довольно
дешёвый металл и наряду с другими металлами
имеет самое широкое применение.
На этот металл обратил внимание император
Наполеон-III, по его предписанию французский химик
Сен-Клер-Девиллю, должен был изготовить кирасы
для солдат, но ввиду дорогого способа получения,
пришлось изготовить кирасы для личной охраны
императора.
Этот металл более 30 лет украшал пальцы, шеи и уши
великосветских модниц. Так как первоначально
килограмм этого металла стоил на 80 рублей
дешевле равного веса золота.
III. Изучение нового материала
1) Нахождение алюминия в природе (сообщение учащегося) (Слайд 8)
По содержанию в земной коре алюминий занимает
первое место среди металлов и третье среди
других элементов (после кислорода и кремния).
Земная кора на 8,8% состоит из алюминия. Однако
этот химически активный металл не может
существовать в свободном состоянии и
встречается только в виде различных и очень
разнообразных по своему составу соединений.
Основная их масса приходится на оксид алюминия
(Аl2О3). Это соединение каждый из нас встречал не
один раз — в обиходе оно называется глиноземом,
или просто глиной. Глина примерно на треть
состоит из оксида алюминия и является
потенциальным сырьем для его производства. Вся
трудность состоит в том, чтобы восстановить
алюминий (отнять у него кислород). Химическим
путем добиться этого чрезвычайно сложно, так как
связь двух элементов здесь очень прочная.
Природные соединения алюминия (минералы): корунд
(разновидности: рубин, сапфир), берилл, бокситы,
каолинит, глинозёмы, полевой шпат, нефелины,
алуниты, криолит. Промышленное значение имеют
боксит, алунит, нефелин.
Сообщение учащегося: Одним из
наиболее распространенных его соединений
является корунд. Рубин, сапфир – разновидности
корунда, окрашенные небольшими примесями. (Слайд
9)
«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.
Лабораторная работа «Ознакомление с образцами природных соединений алюминия» (работа в группах).
2) Характеристика элемента алюминия по его положение в ПСХЭ Д.И.Менделеева. Строение атома. (Слайд 10)
Итак, рассмотрим строение атома алюминия. Предлагаю вам поработать в парах и определить пропущенные слова в тексте:
- Порядковый номер алюминия – _______.
- Алюминий – элемент __________группы, __________ подгруппы
- Заряд ядра атома алюминия равен ______
- В ядре атома алюминия __________протонов.
- В ядре атома алюминия _________нейтронов.
- В атоме алюминия ________ электронов.
- Атом алюминия имеет _________энергетических уровня.
- Электронная оболочка имеет строение __________.
- На внешнем уровне в атоме алюминия _________ электронов.
- Степень окисления атома алюминия в соединениях равна ________.
- Простое вещество алюминий является ____________.
- Оксид и гидроксид алюминия имеют ___________________ характер.
3) Строение простого вещества. Физические свойства алюминия
Учитель: Какой тип химической связи имеет металл алюминий? Тип кристаллической решетки? (Ответы учащихся).
Задание: Пользуясь коллекцией «Алюминий», планом, анализируя текст стихотворения, которым начинался урок, обсудите в группе вопросы и составьте характеристику физических свойств этого металла.
План характеристики физических свойств металла алюминия (Слайд 11):
Проверьте свои результаты, посмотрев на слайд. (Слайд 12).
4) 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 учащихся: 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.
Учитель: Определите место нахождения алюминия в электрохимическом ряду напряжений и сделайте вывод об его активности. Какой же это металл: активный или неактивный?
Ответ учащихся (могут быть разные): Из своего жизненного опыта ребята отвечают, что это неактивный металл (алюминиевые провода, посуда не реагируют с водой), другие делают предположение об активности алюминия, так как он находится в электрохимическом ряду напряжения металлов сразу после активных металлов, поэтому он должен проявлять высокую химическую активность.
Учитель: Алюминий применяется в быту, из него изготавливают разные бытовые изделия. Известно, что ни кислород, ни вода на него не действуют. В результате противоречий между знаниями и жизненными наблюдениями создается такая ситуация: почему алюминий, стоящий в начале ряда напряжений проявляет пассивность, почему в столовой используется алюминиевая посуда? (Варианты ответов учащихся)
Заключение учителя: Поверхность алюминия покрыта очень прочной оксидной плёнкой, которая защищает металл от воздействия воздуха и воды.
Учитель: Мы сказали, что алюминий – это переходный металл. Следовательно, с какими веществами будет взаимодействовать алюминий?
Ответы учащихся: Легко взаимодействует с простыми веществами-неметаллами (галогенами, серой, углеродом и т.д.).
Задание 1. Взаимодействие алюминия с простыми веществами (Слайд 13).
Опыт 1. Горение алюминия.
Порошок алюминия помещаем в ложечку для сжигания веществ. Сверху кладём кусочек магниевой ленты или в её отсутствии 2-3 спичечные головки. Поджигаем. После начала горения, ложечку вносим, в предварительно набранную кислородом, колбу. Наблюдаем яркое ослепительное пламя.
(Учитель спрашивает, где ребята наблюдали подобное явление, то они почти сразу называют горение бенгальских огней.)
Ученики пишут уравнение реакции: 4Al + 3O2 = 2Al2O3
По аналогии ученики пишут уравнения реакций
взаимодействия алюминия с другими простыми
веществами: серой, азотом, углеродом.
2Al + 3S = Al2S3
2Al + N2 = 2AlN
4Al + 3С = Al4С3
Опыт 2. Взаимодействие алюминия с йодом.
Предварительно готовят смесь порошка алюминия
с йодом (в массовых соотношениях 1: 15). Данную
смесь помещают в фарфоровую чашку горкой. Из
пипетки
На середину смеси капают несколько капель воды.
Происходит бурная химическая реакция. Наблюдают
выделение фиолетовых паров йода и горение
металла (демонстрация видеофрагмента
«Взаимодействие алюминия с йодом») (Слайд 14)
2Al +3I2 = 2AlI3
2Al +3Cl2 = 2AlCl3
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.
Задание 2. Взаимодействие алюминия со сложными веществами. (Слайд 15)
Учитель: Если с алюминия удалить оксидную пленку, то алюминий должен проявлять свойства, аналогичные щёлочноземельным 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).
Вспомните, с какими сложными веществами
взаимодействуют металлы и алюминий в том числе?
Ученик: С растворами кислот. Алюминий будет вытеснять водород, т.к. в ряду напряжения металлов он стоит правее водорода.
Учитель: Действительно алюминий взаимодействует с растворами кислот с выделением водорода. А концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют поверхность алюминия, образуя на его поверхности прочную оксидную пленку, которая препятствует дальнейшему протеканию реакции. Поэтому эти кислоты перевозят в алюминиевых цистернах.
Учитель: Осуществим эти превращения на практике. При выполнении опыта соблюдайте правила по технике безопасности (вспоминают инструкция по выполнению лабораторной работы)
Цель: Изучить отношение алюминия к кислотам и щелочам.
Правила работы с кислотами и щелочами: Соблюдай осторожность при работе с кислотами и щелочами! В случае попадания на кожу – промой водой! При нагревании, прогрей сначала всю пробирку, направляя отверстие в сторону от себя и соседа. Спиртовку поджигайте только при помощи спичек.
Опыт 1. В пробирку положите 2
кусочка алюминия и прилейте 3-4 мл раствора
соляной кислоты. Пробирку слегка нагрейте.
Запишите уравнение реакции взаимодействия
алюминия с соляной кислотой в рабочих тетрадях.
Один ученик пишет уравнение реакции у доски.
Основываясь на то, что алюминий – переходный
металл, подумайте, с какими еще сложными
веществами может взаимодействовать алюминий?
Ученик: С растворами щелочей.
Опыт 2. В пробирку положите 2 кусочка алюминия и прилейте 3-4 мл раствора гидроксида натрия. Пробирку слегка прогрейте.
Учитель: Найдите в тексте параграфа это уравнение, что образуется в результате реакции? (Слайд 15)
Ответы учащихся: данная реакция протекает с образованием алюмината натрия и выделением газообразного водорода.
Учитель: Что такое алюминотермия?
Ученик: Алюминотермия – это способ восстановления многих металлов из их оксидов с помощью алюминия, если в электрохимическом ряду напряжения металл расположен после алюминия.
Учитель: Как вы думаете, будет ли протекать следующая реакция?
Al + Fe3O4 = ?
Ученик: Данная реакция будет протекать, так как алюминий в электрохимическом ряду напряжений стоит правее железа, то есть он будет вытеснять железо из его оксида.
Учитель: Составьте уравнение данной реакции.
8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe
Обобщение по химическим свойствам. (Выводы учащихся):
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.
5) Применение алюминия и его соединений (Слайды 16, 17)
Учитель: Давайте рассмотрим основные области применения алюминия и его сплавов.
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.72 рисунок 31, 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.
6) Алюминий в организме человека (киножурнал «Хочу всё знать».) (Слайды 18, 19)
- В организм человека ежесуточно поступает от 5 до 50 мг алюминия
Полезные свойства алюминия и его влияние на организм: Алюминий содержится практически во всех органах и тканях человека. В умеренных количествах этот микроэлемент выполняет ряд важных функций, но в больших дозах представляет серьезную опасность для здоровья человека. Накапливается алюминий в легких, костной и эпителиальной тканях, головном мозге и печени. Выводится из организма с мочой, калом, потом и выдыхаемым воздухом.
- При горячей обработке пищевых продуктов за счёт использования алюминиевой посуды, происходит загрязнение пищи этим металлом
- Алюминий также поступает в организм с пищей, питьевой водой, через лёгкие, с лекарственными препаратами, дезодорантами
- Депонируется в костях, печени, лёгких и сером веществе головного мозга
- С возрастом содержание алюминия в лёгких и головном мозге увеличивается
Внимание! В больших концентрациях алюминий отрицательно действует на нервную систему и может вызвать судороги, снижение или потерю памяти, способствует развитию старческого атеросклероза, у детей замедляется развитие, поражается желудок, кишечник. В этом случае помогут крапива, хвощ полевой, препараты, содержащие янтарную кислоту.
Памятка: «Алюминий является постоянной составной частью клеток. В небольших количествах он необходим человеку, но в случае избытка этот металл может представлять серьёзную опасность для здоровья. Алюминий попадает в организм с пищей, водой, дезодорантами, из алюминиевой посуды. Поэтому хранить и готовить в такой посуде молочные блюда, щи, компоты, солёную рыбу, маринованные овощи и грибы, квашеную капусту нельзя, так как в кислой среде алюминий постепенно растворяется и частично переходит в продукты».
IV. Закрепление материала
Выполнение теста по изученному материалу (самостоятельная работа) (Слайд 20)
Взаимопроверка ответов учащимися. Затем ответы появляются на экране (Слайд 20)
V. Домашнее задание (Слайд 21): п. 13, упр. 1, 4, 7.
Творческое задание: Приложение 3
1) Составить синквейн по теме «Алюминий»
2) Составить сказку про алюминий или его
соединения
VI. Рефлексия (Слайд 22)
Литература:
1. Габриелян, О. С. Химия. 9 класс:
учебник для общеобразовательных учреждений/ О. С.
Габриелян. – М.: Дрофа, 2011. – 270 с.
2. http://school-collection.edu.ru/
3. ru.wikipedia.org›Алюминий
4. http://www.ostrovskazok.ru/skazki-dobitie-iz-pod-zemli/aliuminievaya-skazka