АЛЮМІНІЙ ЯК ХІМІЧНИЙ ЕЛЕМЕНТ І ПРОСТА РЕЧОВИНА. ФІЗИЧНІ ТА ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ АЛЮМІНІЮ

Тема уроку:     АЛЮМІНІЙ ЯК ХІМІЧНИЙ ЕЛЕМЕНТ І ПРОСТА РЕЧОВИНА. ФІЗИЧНІ ТА ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ АЛЮМІНІЮ

Мета уроку: розширити та поглибити знання про хімічний елемент та просту речовину -  алюміній,  актуалізувати знання з іншим тем, показати учням зв'язок науки та життя, підтримувати інтерес до хімії, розвивати вміння логічно мислити, працювати з підручником

Завдання уроку

Навчальна:

•                   продовжувати формування вмінь і навичок учнів характеризувати хімічні властивості речовин виходячи із положення хімічного елемента в періодичній системі та будови атома;
•                   розширити знання учнів про алюміній, як елемента и як речовини;
•                   виявити закономірності хімічних властивостей алюмінію відповідно до будови атому;
•                   повторити та закріпити знання учнів про амфотерність на прикладі алюмінію;
•                   дослідницьким шляхом доказати «амфотерність» і «пасивацію» алюмінію;
•                   охарактеризувати природні сполуки алюмінію, а також області використовування алюмінію та його сплавів.
•                   організувати діяльність учнів на засвоєння вмінь записувати рівняння реакцій, які характеризують хімічні властивості алюмінію Розвиваюча:
•                   розвивати вміння працювати в атмосфері пошуку, творчості;
•                   розвивати вміння формулювати гіпотези та проводити дослідницьку перевірку;
•                   продовжити формування вмінь оброблювати та аналізувати експериментальні дані, робити висновки;

Виховна:

•                   виховувати культуру розумової праці;
•                   розвивати комунікативні якості особистості;
•                   виховувати активність та самостійність при вивченні теми;

Тип уроку:  вивчення нового матеріалу

Форма організації діяльності учнів: хімічний  експеримент, індивідуальна робота, робота з підручником, прийом «асоціативний кущ», еврастична бесіда, постановка проблемних питань.

Обладнання:   періодична система хімічних елементів Д.І.Менделєєва; таблиця поширення хімічних елементів; колекція «Алюміній та його сполуки», алюмінієвий дріт, алюмінієвий посуд (чашка, фольга, алюмінієвий дріт)

 

 

 

 Девіз уроку:

Широко простягає хімія руки свої у справи людські.

                                                        Михайло Васильович Ломоносов

Хід уроку

 

І.   Організаційний момент. (2 хв)

Рада вітати вас, учні та наших гостей на уроці. Сподіваюся після сьогоднішнього уроку всі залишаться в гарному настрої та збагачені новими знаннями.

ІІ Актуалізація опорних знань і чуттєвого досвіду.

1. Пригадаємо, який розділ ми почали вивчати у ІІ семестрі? (Метали)
2. Де розміщуються металічні елементи у таблиці Менделєєва? (Бор-Астат)
3. Який метал найпластичніший?  (Золото) Чому? (Ювелірні вироби)
4. Назвіть метали, які мають найкращу електричну провідність. (Срібло, мідь, алюміній)
5. Які метали є найм’якші? (Лужні) Чому саме? (Бо вони ріжуться ножем)
6. Які елементи називаються лужними (1 група, головна підгрупа)
7. А як називається друга група елементів? (Лужноземельні)

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності. (4 хв)

Учитель. Ці метали та їхні властивості ми вивчали з вами на попередніх уроках.  У кожного з названих хімічних елементів є «своя кімната» у великому будинку – періодичній системі Д. І. Менделєєва. Сьогодні ми з вами познайомимося ще із одним мешканцем цього будинку, але перед цим послухаймо  цікаві історичні відомості про цей елемент.

В «Естественной истории» римського історика Плінія Старшого є така легенда «Одного разу до римського імператора Тиберія прийшов незнайомець. В дар імператору він приніс виготовлену  ним чашу із блискучого, як срібло, але занадто легкого металу. Майстер розповів, що добув цей метал із «глинястої землі». Але імператор, боячись, що знеціняться його золото та срібло, наказав стратити майстра, а його майстерню зруйнувати».

Цікаво, що у 1889 році, коли Д. І. Менделєєв перебував у Лондоні, йому на знак визнання видатних заслуг у розвитку хімії подарували цінний подарунок – терези, одна шалька яких  зроблена із золота, а інша з цього металічного елемента, який на цей час був дорожчим за золото.

На нашому столі розміщені вироби з цього металу (демонструємо фольгу, чашку, дріт алюмінієвий), що це за елемент? (Алюміній)

Учитель.  Які асоціації виникають у вас з словом «Алюміній», бо це слово широко знане? (плакат де записуємо маркером асоціації, залишаємо місце,  щоб потім дописати).

Прогнозована відповідь учнів: білий, широко поширений, легкий, дріт, посуд, кольоровий.

А вкінці уроку, якщо у нас буде час, то  ми доповнимо цю схему вивченими поняттями про алюміній та перевіримо чи все правильно ми вказали про цей елемент.

ІV   Повідомлення теми та мети  уроку

    Розгортаємо зошити та записуємо  дату і тему уроку: Алюміній як хімічний елемент і проста речовина. Фізичні та хімічні властивості алюмінію.

V. Засвоєння учнями нових знань

1.               Поширеність у природі. (3 хв)

Учитель. Гляньте направо де розміщена  діаграмою «Розповсюдження елементів в природі». Визначте, яке місце в займає алюміній між інших елементів.

(Алюміній за поширеностю в природі займає третє місце серед інших елементів. Масова частка Алюмінію в земній корі становить 8,8 %.)

Щоб було зрозуміло загальне поширення алюмінію у земній корі досить сказати, що він входить до складу глини.

Учитель: Як ви думаєте, у якому вигляді він зустрічається у земній корі? ( Руди, сполуки)

Учитель  Алюміній в природі він міститься тільки у вигляді сполук.

На ваших столах є зразки коаліну, який інакше називають білою глиною (Al₂O₃•2SiO₂•2H₂O) та боксит алюмінію (Al₂O₃•nH₂O), який власне є промислово важливою алюмінієвою рудою,  входить до складу мінералу корунду ( Al₂O₃), який є кристалічним алюміній оксидом.

Запишіть, будь-ласка, дані формули у зошит. Записуємо

Основні мінерали Аl:

Коалін (складова глини) - Al₂O₃•2SiO₂•2H₂O

Боксит алюмінію - Al₂O₃•nH₂O – промислова руда

Корунд Al₂O₃

Різні домішки здатні надавати корундові різних кольорів. Його синій різновид називають сапфіром (ферум, титан), фіолетовий  – аметистом, а червоний — рубіном (хром). І рубіни, і сапфіри є коштовними каменями. Зараз їх отримують штучним шляхом – додаванням певних йонів металів до корунду.

 

 

2.               Положення в періодичної системі. Будова атома (3 хв)

Учитель: А зараз давайте попробуємо з’ясувати адрес цього дивовижного елементу.

Викликати одного учня до дошки і він повиен написати електронну конфігурацію та коміркову структуру.

1.               Електронна будова атома алюмінію. 1s²2s²2p⁶3s²3p¹
2.               Коміркова структура атому алюмінію…

 З іншими учнями класу проводиться фронтальна бесіда

1.      Алюміній – елемент (ІІІ)  періоду, 3 групи, головної підгрупи.
2.               Порядковий номер елементу (13).
3.               Заряд ядра атома дорівнює +13.
4.               В ядрі атома кількість протонів 13, нейтронів 14.
5.               Атом алюмінію має 13 електронів.
6.               Атом алюмінію має 3 енергетичних рівнів.
7.               На зовнішньому рівні атому 3 електронів.
8.               Ступінь окиснення атома в сполуках +3 .
9.               Як проста речовина алюміній є металом

Перевіряємо чи правильно зображена структура атома

Цей металічний елемент утворює просту речовину - алюміній.

10. Укажіть тип хімічного зв’язку та кристалічної гратки алюмінію? Металічний тип зв’язку граноцентрична кубічна кристалічна гратка.

 

3.               Фізичні властивості простої речовини (5 хв)

Ви знаєте, що від будови атома, типу зв’язку та типу кристалічної гратки залежать фізичні та хімічні властивості речовини. Давате з’ясуємо фізичні властивості алюмінію на основі даних виробів, користуючись органами нашого чуття. Тактильні відчуття, зір.

Учитель показує вироби з цього металу і  аналізує з учнями фізичні властивості:

а) розглянути зразок виробу з алюмінію;

б) визначити агрегатний стан;

в)визначити колір виробу;

г) визначити наявність блиску;

е) візьміть у руку алюмінієвий дріт. Перевірити, чи пластичний він.

д) порівняйте масу алюмінієвого дротика та залізного цвяха, що важче?

Учитель запису на дошці властивості і зазначаєм чого не вистачає, беремо з підручника . Вчитель записує на дошці, учні у зошити.

• Колір            -             сріблясто-білий метал .    
• Агрегатний стан    -    твердий
• Блискучий            
• Пластичний
• Легкий
• М’який

1.               Робота з підручником ст.173

2.Учитель: Треба знайти в підручнику відповідь на  ще не зазначені фізичні властивості Алюмінію, розгортаємо книжку на  стор.173. на виконання завдання 2 хв. Записуємо фізичні властивості у зошит.

t⁰ пл – 660⁰С ,

t⁰ кип =2060⁰С.

Густина – 2,7 г/см³.

Але він є досить твердий

Висока теплопровідність та лектропровідність

Має високу відбивну здатність полірований алюміній, тому його використовують для напилювання дзеркал.

Ковкий

Отже, за фізичними властивостями Алюміній типовий метал

 

4.               Хімічні властивості алюмінію (15 хв)

Вчитель: Гляньте на ряд активності металів, скажіть за розміщенням алюміній  активний чи пасивний метал? ( Він стоїть за активними металами, та очолює ряд металів середньої активності)

Які хімічні властивості можна передбачити для алюмінію, знаючи що він метал і йому характерні такі ж властивості як і більшості металів? (Алюміній легко реагує з неметалами: киснем, галогенами, сіркою, азотом, фосфором, реагує з кислотами, солями  в тому випадку, якщо до складу солі входить менш активний метал.)

На дошці намальована схема:

 

                                                СuSO₄

                                Cr₂O₃ І₂

 +    +    +

                    Na OH      ⁺       Аl   ⁺          S

                                                            +     + ⁺

                                   H₂O                            O₂

                                                      N₂

 

 

Проведемо експеримент, щоб перевірити чи дійсно алюміній взаємодіє з простими речовинами.

  Дослід № 1 Проводить вчитель  ПІД ВИТЯЖКОЮ!!!

Взаємодія алюмінію з кристалічним йодом:

У порцелянову чашку насипаємо суміш алюмінієвого порошку та кристалів йоду, розмішується, доливаємо декілька крапель води

Учитель: Для чого доливаємо воду? (вода - каталізатор ). Що відбувається?

Перебіг реакції досить бурхливий йде виділення великої кількості теплоти.

Записуємо хімічні властивості алюмінію. Будемо користуватися даною схемою на дошці для зображення хімічних реакцій

Хто запише дану рівняння хімічної реакції:

1. З простими речовинами

2Al+І₂=2AlІ₃     за кімнатної температури

Погляньте на схему хімічних властивостей алюмінію . Оберіть які ще схеми відповідають взаємодії Алюмінію з простими речовинами?

 Ці реакції відбуваються при нагріванні з іншими неметалами (S, O_2, N₂)

4А1 + 3O₂ = 2А1₂O₃

2Al+3S=Al₂S₃

2Al + N₂ =2AlN

Всі учні працюють з зошитами. По одному біля дошки.

Глянувши на схему бачите наступну реакцію:

2. З складними речовинами :
   1. З водою

      В походах, домашньому господарстві часто користуються алюмінієвим посудом (котелки, кухлі, каструлі).
           Чому алюміній не взаємодіє з водою?

        Згадайте, коли ми вивчали лужні метали то їх зберігали під шаром гасу чому? Що утворювалося коли ми виймали натрій з оліїстої речовини?

Оскільки алюміній є досить активним металом він також взаємодіє з киснем на повітрі тому алюмінієвий посуд покритий оксидною плівкою Аl₂O₃

А як утворилась оксидна плівка ?

4Al + 3O₂=2Al₂O₃

    Товщина оксидної плівки становить лише декілька нм (1*10^-9 від метра).

Щоб пішла реакція, оксидну плівку треба зруйнувати. Це можна зробити тертям,наприклад наждачним папером або обробивши метал розчином нітрату ртуті (амальгама алюмінію)

 

                         2Al + 6H₂O=2Al(OH)₃↓+ 3H₂↑

Завдяки оксидній плівці Алюміній не піддається корозії !!!

 

Дослід № 2

У першу пробірку налийте хлоридну кислоту і додайте гранулу алюмінію.

У другу пробірку налийте концентрований (30 % ) розчин натрій гідроксиду і опустіть туди алюмінієву гранулу. ( нагріти пробірку, якщо реакція не відбувається)

Що ви можете сказати про газ, який виділяється ?

Запишемо рівняння взаємодії алюмінію з хлоридною кислотою.

2. З кислотами

2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑

Запамятайте:

Концентрована сульфатна кислота і нітратна кислота будь-якої концентрацій на холоді пасивують Алюміній. Тому ці кислоти можна зберігати і перевозити в алюмінієвих цистернах, при нагріванні ці реакції відбуваються по схемі (записати окисно-відновні реакції, вказати окисник, відновник):

Al+6HNO₃(конц.) = Al(NO₃)₃+3NO₂↑+3H₂O

         8Al+15H₂SO₄(конц.)=4Al₂(SO₄)₃+3H₂S↑+12H₂O

Якими властивостями алюмінію можна пояснити витіснення ним водню із кислоти та із лугу?

Які металічні елементи можуть взаємодіяти з основами?

А що таке амфотерність?

2. 3. Взаємодія з розчином лугу – амфотерна властивість !!!

При взаємодії алюмінію з лугами спочатку руйнується оксидна плівка, а потім проходить реакція утворення алюмінатів:

Вчитель записує рівняння реакції взаємодії алюмінію з лугом на дошці, а діти у зошитах :

      2Al + 6NaOH_{(надлишок)} = 2Na₃AlO₃ +3H₂   при сплавленні, нагрівання

                                       натрій ортоалюмінат

Кислотний залишок сполуки у солі відповідає амфотерному гідроксиду і кислоті, яка  тут утворюється Н₃AlO₃

У розчині лугу утворюються комплексні солі, формули яких можна вивести замінюючи кожний атом оксисену у Na₃AlO₃ і NaAlO₂ на дві ОН групи. Чому? ( Через валентність.)

 

 

      2Al + 6NaOH_{(надлишок)}+6H₂0=2Na₃[Al(OH)₆] +3H₂↑ -у розчині

 

                                              натрій гекскагідроксоалюмінат

 

  А тепер допоможіть мені, як буде виглядати формула комбінованої сполуки, коли ми додаємо недостачу  гідроксиду натрію на основі натрій метаалюмінату. 

 

  2Al + 2NaOH+6H₂0=2Na[Al(OH)₄] +3H₂↑ - у розчині

 

                                                натрій тетрагідроксиалюмінат

 

2.4 Взаємодія з оксидами металів

Таким чином можна відновити метали з їх оксидів. Тут ми не обов’язково користуємося рядом активності металів, тут реакція можлива завдяки міцності кристалічної гратки. Цим методом добувають хром, манган, титан у промисловості  і називається він алюмотермією. Такий спосіб добування металів запропонував у ХІХ ст.. Микола Миколайович Бекетов.

Cr₂O₃ + 2Al = Al₂O₃ + 2Cr

 З якими ще солями може взаємодіяти Алюміній, загадуємо  хімічні властивості металічних сполук.(З тими солями, які в  своєму складі містять слабший металічний елемент, ніж той, що взаємодіє)

5. З солями

2Al+3CuSO₄=Al₂(SO₄)₃+3Cu

 

Отже, за хімічними властивостями – алюміній – амфотерна сполука, так як реагує і з кислотами, і з лугами.

 

Проблемні питання: (2 хв)

1. Якщо вам потрібно налити воду в алюмінієву каструлю, то чи  буде проходити хімічна реакція? (тільки якщо поверхня пошкоджена)
2. Чому алюмінієвий посуд не руйнується в киплячій воді? (бо його захищає оксидна плівка)
3. Чому алюміній називають «Срібло з глини»? (бо він входить до складу глини і за фізичними властивостями нагадує срібло)
4. Чи можна варити кислі компоти або квасити капусту в алюмінієвому посуді? (Не так давно вчені встановили, що кухонний алюмінієвий посуд не такий уже й безпечний, як вважалося раніше. Під час приготування їжі, зокрема, яка містить слабкі органічні кислоти (оцтову, аскорбінову, винну, лимонну), відбувається руйнування оксидної плівки й утворення сполук, які спричиняють харчові отруєння)

Звернутися до девізу

5. Застосування алюмінію (3 хв)

Зараз нам уже відомі властивості алюмінію, залишається зазначити його застосування.

Алюміній в вигляді чистого металу йде на виготовлення алюмінієвого дроту, електричних проводів, алюмінієвого посуду, обігрівних батарей, дзеркал, на виробництво фольги як обгортковий матеріал у харчовій промисловості, застосовується у радіотехніці для виготовлення конденсаторів.

 - Застосовується в будівництві; широко відома алюмінієва фарба «Сріблянка»пігментом якої є порошок алюмінію.

- Алюміній застосовується для виробництва різних сплавів :

   дюралюміній ( сплав на основі алюмінію, магнію та міді);

    силуміни ( сплав на основі алюмінію з добавленням кремнію ).

 Характерна ознака цих сплавів – легкість і велика міцність. Вони використовуються в авіо-. авто-, судно- і приборо - будівництві, в ракетній техніці.

«Крилатим металом» називають алюміній у наші дні. Воно й не дивно. Коли в безкраї простори неба здіймаються надшвидкісні літаки, а навколо Землі проносяться штучні супутники – дякуйте алюмінію. Це він, утричі легший від заліза й сталі, надав міці сріблястим крилатим небесним велетам.

Високу відбивну здатність полірованого алюмінію використовують для виготовлення поверхонь нагрівальних і освітлювальних рефлекторів і дзеркал.

Алюміній – метал дуже м’який. Тому він добре піддається механічній обробці – литтю, ковці, витягуванню. З нього можна витягнути нитки тонкі, як павутиння.

1.               Будівництво (18%)
2.               Транспортне авіа- та машинобудування (26% +8 %)
3.               Електротехніка (8%)
4.               Харчова промисловість (27%)
5.               Фармацевтична промисловість (13%)

 

V. Закріплення навчального матеріалу (4 хв)

Самостійна робота учнів з індивідуальними завданнями (Додаток 1)

Відповідь: варіант 1 1-Б,2-Г,3-В, 4- Д, 5-Е, 6-А.

Варіант 2  1-Е, 2-Д, 3-Б, 4-В, 5-А, 6-Г

Хімічне перетворення, або ж з підручника № 3 ст 178

Як називається кожна з сполук і як їх можна отримати?

AlN

 

 

 Na₃AlO₃ Аl  Al₄C₃

 

 

                                                     Na[Al(OH)₄]

 

VІ Узагальнення та систематизація знань (2 хв)

1. Повернутися до Асоціативного куща. Дописати те, що ми з’ясували на сьогоднішньому уроці).

( амфотерність, легкість, електропровідність, теплопровідність, стійкість до концентрованих кислот, широко застосовується, корозостійкість)

VІІ. Підсумки уроку(1 хв)

Оцінки

VIІІ. Домашнє завдання(1 хв)

Дописати рівняння реакцій з конспекту

1.               Вивчити § 21 (стор. 172 – 175 до розділу «Оксид і гідроксид алюмінію»
2.               № 5.
3.               Творчі завдання: № 7 ст. 179

У складі творчих груп виконайте навчальний проект на тему «Крилатий метал» , у якому опрацюйте наступні питання:

3.               Властивості, що зумовлюють широке використання алюмінію в різних галузях народного господарства
4.               Виробництво Алюмінію в Україні
5.               Сплави Алюмінію
6.               Продукція, яку випускають в Україні із застосуванням Алюмінію та його сполук.

 

 

 

 

 

 

 

 

Додаток 1

Варіант 1

Прізвище учня____________________

 

1. Встановіть відповідність між галуззю застосування алюмінію та властивістю, на основі якої ґрунтується його застосування у цій чи іншій галузі.

 

ГАЛУЗЬ  ЗАСТОСУВАННЯ	НА ОСНОВІ ЯКОЇ ВЛАСТИВОСТІ              ГРУНТУЄТЬСЯ
Електричні проводи   Алюмінієві батареї     Будівництво. Сплави Харчова промисловість (фольга)   Високоякісні дзеркала Ємності для перевезення конц. кислот	А. Хімічна стійкість до конц. кислот на холоді   Б. Електропровідність, пластичність, легкість   В. Корозійна стійкість, міцність, легкість   Г. Висока теплопровідність   Д. Ковкість, м’якість, пластичність   Е. Полірований алюміній відбиває сильно світло

 

2. Які хімічні  властивості характерні для алюмінію. Наведіть 3 приклади.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оцінка__________

Варіант 2

Прізвище учня ___________________

 

1. Встановіть відповідність між галуззю застосування алюмінію та властивістю, на основі якої ґрунтується його застосування у цій чи іншій галузі.

 

ГАЛУЗЬ  ЗАСТОСУВАННЯ	НА ОСНОВІ ЯКОЇ ВЛАСТИВОСТІ              ГРУНТУЄТЬСЯ
Алюмінієві дроти   Фарба «Сріблянка»   Сплави   Фармацевтична промисловість   Освітлювані рефлектори   Ємності для перевезення конц. кислот	А. Полірований алюміній відбиває сильно світло    Б. Корозійна стійкість, міцність, легкість   В. Висока пластичність   Г. Хімічна стійкість до дії конц. кислот   Д. Алюмінієвий порошок - пігмент   Е. Лиття, ковкість, витягування

 

2. Які хімічні  властивості характерні для алюмінію. Наведіть 3 приклади.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оцінка____________