Алюминий и его свойства

Цели урока:

сформировать представление о физических и химических свойствах алюминия, способах его получения и областях применения;

развивать умения учащихся прогнозировать свойства вещества, на основе знаний о его строении;

развивать умения проводить анализ, сравнение, обобщение.

Задачи урока:

актуализировать знания учащихся о строении атома,

показать зависимость физических свойств алюминия от его строения,

возбудить интерес  к изучению науки  путем  предоставления кратких исторических и научных сообщений об алюминии,

продолжить формирование исследовательских навыков учащих­ся при выполнении лабораторной работы,

формировать умения работать в коллективе.

Оборудование: алюминий, образцы соединений алюминия, кислоты серная, соляная, азотная (растворы и концентрированные),   разбавленные  и  концентрированные растворы  щелочей, пробирки, штатив пробирочный, спиртовка, спички, пробиркодержатель, горячая вода в стакане.

Ход и содержание урока.

Орг. момент. Побуждение к изучению темы.

Учитель:  

Из глины я обыкновенной,

Но я на редкость современный.
Я не боюсь электротока,
Бесстрашно в воздухе лечу;
Служу на кухне я без срока -
Мне все задачи по плечу.
Горжусь своим я именем:
Зовусь я ............. (алюминием).

Сообщение темы и цели урока.

Учитель сообщает тему урока.

Формирование интереса к изучаемой теме.

История алюминия

 Рассказ учителя:

"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"!

Выступления учащихся:(Сопровождаются слайдами презентации)

1-й ученик: В 1885 году, на Всемирной выставке в Париже бы­ло представлено «серебро из глины», которое произвело большую сенсацию. Это были пластины и слитки из алюминия, полученные французским ученым Сент-Клер Девилем. К чести Девиля он отреагировал, как подобает настоящему ученому: из алюминия собственного производства он отчеканил медаль с портретом Фридриха Велера и датой «1827» и послал ее в подарок немецкому ученому, первому получившему алюминий.

2-й   ученик: В пробе лунного грунта, взятой автоматической станцией «Луна - 20» с луной поверхности,  впервые был обнаружен самородный алюминий. При исследовании лунной фракции были выявлены три кро­хотные частицы алюминия. Это плоские слегка удлиненные крупицы   с матовой поверхностью и сереб­ристо-серые в свежем изломе. Алюминий - лунный камень.

3-й ученик: В1884 году в столице США соорудили 169-метро­вый монумент в честь Джорджа Вашингтона. Авторы проекта увенча­ли каменный обелиск пирамидой из драгоценного металла - алюми­ния. С тех пор уже более ста лет алюминиевый наконечник украшает памятник Вашингтону, успешно выдерживая испытания временем и погодой.

4-й ученик: Зеркало для крупнейшего телескопа диаметром в 6 метров, созданного в СССР, покрыто тончайшей алюминиевой фольгой. Этот дальнозоркий глаз обращен в глубины Вселенной. Он способен увидеть свет обычной свечки на расстоянии 25 тысяч кило­метров. Американские ученые предложили использовать гигантские зеркала из пластмассы с алюминиевым покрытием для освещения ночных городов. Доставленные на орбиту такие зеркала и управляе­мые ЭВМ смогут отражать солнечный свет в десятки раз интенсивнее, чем это делает в настоящее время Луна.

2) Презентация по теме: «Области применения алюминия» (Приложение 1).

Учитель: Алюминий необычный металл и выделяется целым рядом свойств, которые достаточно сильно отличают его от других металлов. Среди этих свойств стоит отметить следующие:

Небольшая плотность.

Хорошая пластичность.

Достаточная механическая прочность.

Высокие тепло- и электропроводность. 
Алюминий нетоксичен, немагнитен и обладает повышенной стойкостью к коррозии по отношению к ряду химических веществ. Обладая всеми этими свойствами, а также относительно невысокой стоимостью относительно других цветных металлов он нашел широкое применение в самых различных отраслях промышленности. Весомую долю в общее потребление алюминия и его сплавов вносят авиационная и автомобильная отрасли промышленности, железнодорожный и водный транспорт, машиностроение, электротехническая промышленность и приборостроение, промышленное и гражданское строительство, химическая промышленность, производство предметов народного потребления.

Учащихся (1-2 человека) представляют презентацию, которую заранее подготовили.

Выступления учащихся.

1-й ученик. Применение алюминия и его сплавов во всех видах транспорта, а в особенности воздушного привело к уменьшению собственной массы транспортных средств и к резкому увеличению эффективности их использования. Авиаконструкции, моторы, блоки, головки цилиндров, картеры, коробки передач, насосы и многие другие детали также изготавливают из алюминия и его сплавов.
           Алюминий и его сплавы применяют также при отделке железнодорожных вагонов, изготовлении корпусов и дымовых труб судов, спасательных лодок, радарных мачт, трапов. Активно используют алюминий и его сплавы в электротехнической промышленности для изготовления кабелей, шинопроводов, конденсаторов, выпрямителей переменного тока. В приборостроении алюминий и его сплавы используют в производстве кино- и фотоаппаратуры, радиотелефонной аппаратуры, различных контрольно-измерительных приборов. Учитывая высокую коррозионную стойкость и нетоксичность алюминия, его широко применяют при изготовлении аппаратуры для производства и хранения крепкой азотной кислоты, пероксида водорода, органических веществ и пищевых продуктов. Алюминиевая фольга, обладая большей прочностью и будучи дешевле оловянной, полностью заменила ее как упаковочный материал для пищевых продуктов. 
              Все больше и больше используется алюминий при изготовлении тары для консервирования и храпения продуктов сельского хозяйства, при строительстве зернохранилищ и других зданий, сооружений и конструкций. Алюминий, а также его сплавы является стратегическим металлом и поэтому широко используется в военной промышленности при строительстве военной техники и оружия: самолетов, танков, артиллерийских установок, ракет, зажигательных веществ, а также для других целей в военной технике.
2-й ученик. Также алюминий широко применяется в таких областях техники как - ядерная энергетика, полупроводниковая электроника, радиолокация, а также для защиты от воздействия различных химических веществ на металлические поверхности, а также от атмосферной коррозии. Отражающие поверхности нагревательных и осветительных рефлекторов и зеркал своим существованием также обязаны алюминию, в частности его высокой отражающей способности.
              Алюминий применяется и в металлургической промышленности в качестве восстановителя при получении некоторых металлов алюмотермическими методами, для сварки стальных деталей или раскисления стали.  Активно применяется алюминий и его сплавы в промышленном и гражданском строительстве при изготовления каркасов зданий, ферм, оконных рам, лестниц и др. конструкций. 
Подводим итог.

Учитель: Изучив основные области применения алюминия, мы видим, что   необходимо  подробнее познакомиться со свойствами данного металла.

Нахождение алюминия в природе.

Задание I . Рассмотрите диаграмму «Распространение элементов в природе». Определите, какое место занимает Al среди других элементов.

Задание II. Рассмотрите образцы природных соединений, сравните их по твердости, прочности, цвету, рассчитайте содержание Al в некоторых из них.

 Неф ел ины — KNa₃[AlSiO₄]₄

Глин оз ёмы (смеси као ли нов с песком SiO₂, извес тн яком CaCO₃, ма гне зитом MgCO₃)

 Кору н д (сап ф ир, ру би н, н аж дак) — Al₂O₃

 Полев ые  шпаты — (K,Na)₂O·Al₂O₃·6SiO₂, Ca[Al₂Si₂O₈]

 Као ли нит — Al₂O₃·2SiO₂ · 2H₂O

 Бер ил л (изу мр уд, аква м арин) — 3ВеО · Al₂О₃ · 6SiO₂

Проверка   расчетов. Обсуждение результатов заданий. Выводы.

Актуализация знаний об особенностях строения атома алюминия.

Учитель: Как видим, алюминий имеет очень широкое применение.  А мы знаем, что применение всегда обусловлено свойствами вещества.  Свойства вещества, в свою очередь, зависят от строения атомов его образующих.  Рассмотрим особенности положения алюминия в ПСХЭ и строения его атома.

Вывод: Алюминий – амфотерный металл, расположенный в 3 периоде Ш(А) группы, с валентностью 3 и степенью окисления +3.  В связи  с большой активностью в природе встречается только в виде соединений.

Вывод: На внешнем энергетическом уровне у алюминия содержится 3 валентных электрона, которые  в возбужденном состоянии распариваются.  Поэтому  для  алюминия  в химических реакциях характерны восстановительные свойства.

  Физические свойства алюминия.

Рассмотрев особенности химического элемента алюминия, перейдем к изучению простого вещества алюминия.

Лабораторная работа по теме: «Физические свойства  алюминия»

Инструктивная карта.

1. Рассмотрите алюминиевую пластинку.

2. Определите агрегатное состояние вещества алюминия.

3. Какого цвета пластинка?

4. Определите, имеет ли блеск данная пластина?

5. Опустите пластинку на ¼ её длины в стакан с горячей водой на 10-15 секунд.

Вытащите пластинку из воды, протрите салфеткой и определите, обладает ли алюминий теплопроводностью?

6. Возьмите в руки алюминиевую фольгу. Определите, обладает ли алюминий пластичностью? Лёгкий ли это металл?

7. Поместите в стакан с холодной водой алюминиевую пластинку, проверните несколько раз. Наблюдается растворение алюминия?

8. Кратко запишите свои наблюдения согласно плану:

- агрегатное состояние,

- цвет,

- блеск,

- теплопроводность,

- пластичность,

- растворимость в воде.

Дополнение учителя:

- легкий металл, r = 2,7 г/см³,

- легкоплавкий металл t⁰_пл = 660⁰С,

- электропроводен (3-е место по электропроводности).

Хотя алюминий является активным металлом, в воде он не растворяется, так как на его поверхности образуется оксидная плёнка. Пленку можно удалить, натереть кусочек алюминия солью ртути, и тогда алюминий будет реагировать с водой с выделением газообразного водорода.

Обсуждение результатов лабораторной работы. Выводы.

 Химические свойства  алюминия.

Учитель: Мы с вами выяснили, что в химических реакциях алюминий будет проявлять восстановительные свойства.  С какими же веществами он должен взаимодействовать?

Лабораторная работа: «Химические свойства алюминия».

Повторение правил по технике безопасности при проведении химического эксперимента:

- работа с кислотами и щелочами,

- нагревание веществ,

- чистота и порядок на рабочем месте,

- внимательность.

Лабораторная работа выполняется в течение 10-15 минут по инструктивным картам, по ходу работы учащиеся записывают уравнения происходящих реакций (в тетрадях, а по требованию учителя и на классной доске); при написании уравнений создаётся благоприятная ситуация для повторения вопросов "Реакции ионного обмена" и "Окислительно-восстановительные реакции"; формулируются частные выводы по каждому опыту, общий вывод прочитывается вслух.

Учитель исполняет роль консультанта.

Инструктивная карта.

1. Возьмите две пробирки. В каждую положите по кусочку алюминия. Прилейте в одну из них 1-2 мл раствора соляной кислоты, а в другую столько же раствора серной кислоты. Что наблюдаете? Пробирки слегка нагрейте. Запишите уравнения соответствующих реакций.

2. Кусочек алюминия положите в пробирку. Прилейте 1,5 мл концентрированной серной кислоты. Что наблюдаете? Запишите уравнение реакции.

3. В пробирку поместите  кусочек алюминия и прилейте  раствор щёлочи. Содержимое пробирки нагрейте. Что происходит? Запишите уравнение реакции.

4. Результаты проделанной работы оформите в таблицу – смотрите документ.

Сделайте вывод о том, какими свойствами обладает алюминий.

Общий вывод: Алюминий по физическим свойствам - типичный металл.   Он  реагирует как  с кислотами, так  и с щелочами, следовательно по химическим свойствам алюминий – амфотерный металл.

6. Получение алюминия в промышленности. Сообщение учащегося.

Открытие этого самого распространённого металла состоялось после открытия щелочных металлов, а промышленное получение началось после изобретения электролиза. Первый образец алюминия получил датский учёный Г. Эрстед в 1825 году в результате следующей химической реакции:

AlCl₃ + 3Na > Al +3NaCl

В 1827 году знаменитый немецкий химик Фридрих Вёлер получил более чистый алюминий, использовав для этого криолит и металлический калий:

Na₃ [AlF₆] + 3K > Al + 3NaF + 3KF

Первое время алюминий получали в малых количествах и стоил он дороже золота. Так у последнего русского царевича Алексея была очень дорогая игрушка - погремушка из алюминия. Промышленный способ производства алюминия, который в своей основе применяется до сих пор, был разработан в 1866 году двумя молодыми учёными американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру, причём независимо друг от друга. Запись на доске и в тетрадях:

2Al₂O₃ ^ток> 4Al + 3O₂

В настоящее время по объёму производства алюминий прочно занимает 2 место после железа и его сплавов (среди металлов). Для выплавки 1т алюминия требуется 13-17000 квт/час электрической энергии (постоянный ток, V=5в, I=100000А), поэтому алюминиевые заводы расположены вблизи крупных ГЭС.

7. Закрепление знаний. Тест. Взаимопроверка учащихся. – смотрите документ

8.Рефлексия:

Учитель: Ребята! Сегодня вы познакомились с замечательным металлом – алюминием. Вы узнали новые сведения  о его свойствах и применении. Сейчас я попрошу вас отметить себя на «Горе успеха», приклеив липкие цветные полоски бумаги.

Молодцы! Спасибо за работу на уроке.

Домашнее задание.

1) §  13, учебник Рудзитиса Г.Е., Фельдмана Ф.Г. Химия 9 класс.

2) № 7,  стр. 62.