Характеристика физико-химических свойств алюминия

Тип урока: урок изучения нового материала

Цели урока:

• познавательная - формирование знаний, обучающихся о физико-механических и химических свойствах алюминия на основе положения его в ПСХЭ Д.И.Менделеева и строение атома;
• развивающая - формирование умений, обучающихся прогнозировать свойства вещества, на основе знаний о его строение, устанавливать причинно-следственные связи, сравнивать, наблюдать и делать выводы;
• воспитательная - показать профессиональную значимость химических знаний.

Задачи урока:

• актуализировать знания, обучающихся о химическом элементе - алюминии;
• установить зависимость физических и химических свойств алюминия от его строения;
• продолжить формирование исследовательских навыков, обучающихся при выполнении химического эксперимента;
• продолжить формирование ключевых компетенций: учебно-познавательных, информационных, ценностно-смысловых, общекультурных, коммуникативных и личностного самосовершенствования обучающихся.

Методы:

• обучения - диалогический;
• преподавания - объяснительно-стимулирующий;
• учения - репродуктивный, частично-поисковый.

Информационно-технологические ресурсы: Габриелян О.С. Химия 9 класс: учебник для общеобразовательных учреждений, ПСХЭ Д.И.Менделеева, ряд напряжений металлов, тесты для контроля знаний обучающихся, оборудование для проведения опытов и демонстрационного эксперимента, реактивы: алюминиевая стружка, растворы кислот - HCl, H₂SO₄ , щелочей NaOH или KOH, HNO₃(конц)

План урока

I. Мотивационно-ориентировочный этап.

• Постановка целей урока.
• Актуализация знаний о физических свойствах алюминия, положении в ПСХЭ Д.И.Менделеева, строение атома.
• Постановка целей урока.

II. Операционно-исполнительский этап.

Формирование новых понятий и способов действия:

• вновь вводимые понятия - реакция алюминотермии;
• предполагаемые приращения в знаниях- понимание физических и химических свойств алюминия, областей его применения с учётом физических и химических свойств;
• создание проблемной ситуации в процессе выявления противоречий между жизненным опытом и ранее усвоенными знаниями;
• основная проблема - почему алюминий, стоящий в начале электрохимического ряда напряжений металлов, проявляет сравнительную химическую пассивность?
• способ решения - химический эксперимент, наблюдение, сравнение.

III. Оценочно-рефлексивный этап

• Эвристическая беседа, ответы на вопросы

IV. Задание на дом

Провести домашний эксперимент: поместите по кусочку алюминиевой фольги в воду, нашатырный спирт и столовый уксус. Описать происходящие со временем изменения. Подготовить рефераты, сообщения, электронные презентации по теме: "Применение алюминия в технике, строительстве, быту", используя памятку по написанию рефератов

Конспект урока

I. Мотивационно-ориентировочный этап

Преподаватель:

– Здравствуйте, ребята! Мы продолжаем изучение темы “Металлы”

Сегодняшний урок я хотела бы начать с небольшого исторического рассказа:

"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"!

Тема  урока: "Характеристика физико - химических свойств алюминия"

Я предлагаю Вам составить план изучения материала урока, опираясь на ранее полученные знания о свойствах металлов.

Обучающийся:

1) Положение алюминия в ПСХЭ, строение его атома;

2) Физические свойства алюминия;

3) Химические свойства алюминия.

II. Операционно-исполнительский этап

Преподаватель: Охарактеризуйте положение алюминия в ПСХЭ

Обучающийся: Алюминий – элемент главной подгруппы III группы и 3-го периода ПСХЭ Д.И. Менделеева. Порядковый номер – 13. Это означает, что в состав атома алюминия входят 13 электронов и 13 протонов (заряд ядра +13). Относительная атомная масса алюминия – 27, следовательно, в состав ядра входят 14 протонов (27-13=14).

Тип химической связи - металлическая.

Тип кристаллической решетки: она подобна кубу с плотноупакованными шарами. Это металлическая кубическая гранецентрированная решётка. В узлах решётки находятся ионы, а в промежутках между ними легкоподвижные электроны. Веществам с металлической кристаллической решёткой присуща металлическая связь. Установить зависимость между строением Al и его физическими свойствами.

Преподаватель: Из ранее изученного материала предположите физические свойства алюминия. У вас на партах лежат образцы изделий из алюминия, сделайте визуальный анализ материала изделий, а также используя справочные данные заполните таблицу

Обучающийся: Кристаллическая решётка алюминия кубическая гранецентрированная, с этим связаны физические свойства алюминия: пластичность, высокая теплопроводность, электропроводность, малая плотность.

На основании строения атома можно сделать вывод, что степень окисления алюминия в соединениях равна +3. Формула оксида – Al₂O₃ и гидроксида алюминия – Al(OH)₃. На основании положения в периодической системе – малый радиус атома, соседство с неметаллами(В,Si), можно предположить об амфотерности алюминия и его соединений

Преподаватель: Какими химическими свойствами должен обладать алюминий, исходя из его положения в ПСХЭ Д.И.Менделеева?

Обучающийся: Алюминий - p-элемент, он занимает промежуточное положение между металлами и неметаллами. Металлические свойства у него выражены несколько слабее, чем у натрия и магния. Он амфотерен. Наличие 3e на внешнем электронном уровне и несколько меньший радиус атома влечёт уменьшение химической активности алюминия по сравнению с соответствующими элементами I и II групп.

Преподаватель: Как меняется активность металлов в электрохимическом ряду напряжений?

Обучающийся: Активность металлов в ряду напряжений уменьшается слева направо.

Преподаватель: Исходя из положения алюминия в электрохимическом ряду напряжений, что можно сказать о химической активности алюминия?

Обучающийся: В ряду напряжений алюминий находится рядом со щелочными и щелочно - земельными металлами, поэтому он должен проявлять высокую химическую активность.

Преподаватель: Рассмотрим химические свойства алюминия. Демонстрация опытов “Взаимодействие алюминия с простыми веществами: йодом, бромом”:

1) В пробирку приливаем 1-2 мл брома и закрываем пробкой с хлоркальциевой трубкой, заполненной кусочками древесного угля (для поглощения брома). Пробирку закрепляем в лапке штатива и на случай, если она лопнет, подставляем кристаллизатор с водой. Открываем пробирку и бросаем в нее небольшой кусочек алюминиевой проволоки или несколько листочков алюминиевой фольги (обертка из-под конфет). Пробирку снова закрываем пробкой с трубкой. Что наблюдаем?

Обучающийся: Кусочки алюминия начинают реагировать с бромом, раскаляются и передвигаются по поверхности брома. В хлоркальциевой трубке пары брома поглощаются углем.

(Записывает уравнения химических реакций в свою тетрадь)

2 АI + 3Вr₂ =2 АIВr₃

Преподаватель демонстрирует взаимодействие алюминия с йодом

2) В фарфоровой чашке смешиваем порошок из мелких алюминиевых опилок и порошок кристаллического йода. В процессе смешивания никакой реакции не наблюдается. Реакция наблюдается при добавлении к смеси нескольких капель воды из пипетки. Что наблюдаем?

Обучающийся: Наблюдается выделение фиолетовых паров (Записывает уравнение реакции в тетрадь)

2 АI + 3I₂ =2 АII₃

Делает вывод - алюминий активный металл, т.к. он взаимодействует с неметаллами.

Преподаватель: Но всё же, алюминий применяется в быту. Из него изготавливают целый ряд бытовых изделий. Известно, что ни кислород, ни вода не действуют на него. В результате противоречий между имеющимися знаниями и жизненным опытом создаётся проблемная ситуация: "Почему алюминий, стоящий в начале ряда напряжений, проявляет химическую пассивность?"

Причину пассивности алюминия выясним, проводя химический эксперимент. (Обучающиеся выполняют лабораторный опыт самостоятельно, перед проведением опыта им напоминаются правила работы с горелками)

Обучающийся: Химический эксперимент: длинный кусочек алюминиевой проволоки закрепляется зажимами за один конец, а другой конец проволоки подносится к пламени горелки. Наблюдается нагревание металла, проволока размягчается, однако алюминий не образует капли, а только конец размягчённой проволоки изгибается и провисает.

Преподаватель: Что за плёнка образовалась на поверхности металла?

Обучающийся делает вывод по опыту: При нагревании на воздухе алюминий окисляется. На его поверхности образуется плёнка оксида (записывается уравнение реакции)

4 АI + 3О₂ =2 АI₂О₃

Преподаватель: Выдвигается гипотеза - вероятно, что пассивность алюминия и возможность изготовления из него бытовых и промышленных изделий возникает из-за наличия плёнки оксида алюминия на его поверхности. А если удалить плёнку с поверхности алюминия, то возможно алюминий должен проявить активность близкую к активности щелочно-земельных металлов?

Обучающийся: Тогда алюминий может взаимодействовать с водой аналогично реакциям щелочных и щелочно - земельных металлов (записывает уже известную ему реакцию взаимодействия алюминия с водой)

2 АI + 6Н₂О =2 АI(НО)₃ + 3Н₂

Преподаватель (проводит демонстрационный опыт самостоятельно, напоминая обучающимся правила по технике безопасности при работе с кислотами): Рассмотрим взаимодействие алюминия с разбавленными кислотами: соляной, серной и концентрированной азотной кислотой

Обучающийся: Записывает уравнения реакций взаимодействия алюминия с кислотами:

2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂

6H₂SO₄+2Al=Al₂(SO₄)₃+3SO₂+6HOH

6HNO_3(к)+Al=Al(NO₃)₃+3NO₂+3HOH

В ходе протекания реакций наблюдается следующее:

- алюминий активно реагирует с соляной кислотой, менее активно с серной, а с азотной не реагирует при комнатной температуре, только при нагревании.

Преподаватель: Как можно объяснить разную реакционную способность алюминия в реакциях с кислотами?

Обучающийся (с помощью преподавателя): 1) Соляную кислоту получают путем растворения в воде газообразного хлороводорода – HCl. Ввиду невысокой его растворимости в воде, концентрация соляной кислоты при обычных условиях не превышает 38%. Поэтому независимо от концентрации соляной кислоты процесс диссоциации ее молекул в водном растворе протекает активно:

HCl  H⁺ + Cl^-

Образующиеся в этом процессе ионы водорода H⁺ выполняют роль окислителя, окисляя металлы, расположенные в ряду активности левее водорода. Взаимодействие протекает по схеме:

Me + HCl= MeCl + H₂

При этом соль представляет собой хлорид металла AlCl₃

2) Даже при растворении в воде концентрация серной кислоты остаётся достаточно большой. При взаимодействии алюминия с концентрированными кислотами на его поверхности образуется плёнка, которая предохраняет металл от активного взаимодействия с окислителем.

3) Алюминий при низкой температуре пассивируется азотной кислотой, реакция возможна только при повышенной температуре, да и в этом случае если прекращается нагревание, то замедляется протекание реакции.

(Все уравнения реакций, наблюдения за опытами и выводы записываются в рабочую тетрадь)

Преподаватель: Мы рассмотрели отношение алюминия с кислотами. Но зная, что алюминий является амфотерным металлом, следовательно, он может взаимодействовать и со щелочами. Проведём опыт. Что Вы наблюдаете?

Обучающийся: В пробирку помещаем кусочек алюминиевой проволоки, приливаем к ней 2мл гидроксида натрия. Реакция начинает протекать через 1-2 секунды, наблюдается выделение газа.

(Записывают в тетрадь уравнение реакции)

6NaOH+2Al=2Na₃ AlO₃+3H₂

Преподаватель: Давайте проанализируем все проделанные опыты и сделаем вывод.

Обучающийся делает вывод по работе:

1) Алюминий типичный металл, активный металл, т.к. он вступает в реакции с неметаллами, кислотами, водой, правда только после удаления оксидной плёнки;

2) Алюминий амфотерный металл, т.к. он может взаимодействовать как с кислотами, так и со щелочами.

Преподаватель: В доказательство того, что алюминий является активным металлом, он является активным восстановителем и может вытеснять металлы из их оксидов. Процесс вытеснения алюминием металла из оксида называется алюминитермией:

Fe₂O₃ + 2Al = 2Fe + Al₂O₃.

III. Оценочно-рефлексивный этап

Подведение итогов урока, самооценка работы обучающихся на уроке, выставление отметок учителем, в ходе беседы задаются впоросы:

• Над какой темой мы сегодня работали?
• Что нового вы узнали об алюминии?
• Что нового для себя вы узнали на уроке?

Обучающиеся делают вывод о приобретенных знаниях и умениях.

IV. Задание на дом

Провести домашний эксперимент: поместите по кусочку алюминиевой фольги в воду, нашатырный спирт и столовый уксус. Описать происходящие со временем изменения. Подготовить доклады, сообщения, электронные презентации по теме: "Применение алюминия в технике, строительстве, быту"