Аллюминийъ. Урок в 9 классе Тема урока Характеристика химического элемента алюминия по положению в Переодической системе. Получение алюминия

Скачать 85 Kb. Название Урок в 9 классе Тема урока Характеристика химического элемента алюминия по положению в Переодической системе. Получение алюминия Анкор Аллюминийъ.doc Дата 16.01.2018 Размер 85 Kb. Формат файла Имя файла Аллюминийъ.doc Тип Урок #15260

Урок в 9 классе Тема урока: «Характеристика химического элемента алюминия по положению в Переодической системе. Получение алюминия». Тип урока. Комбинированный. Задачи: Образовательные: 1. Актуализировать знания учащихся о строении атома, физических смыслах порядкового номера, номера группы, номера периода на примере алюминия. 2. Сформировать у учащихся знания о том, что алюминию в свободном состоянии присущи особые, характерные физические и химические свойства. Развивающие: 1. Возбудить интерес к изучению науки путем предоставления кратких исторических и научных сообщений о прошлом, настоящем и будущем алюминия. 2. Продолжить формирование исследовательских навыков учащихся при работе с литературой, выполнением лабораторной работы. 3. Расширить понятие амфотерности раскрытием электронного строения алюминия, химических свойств его соединений. Воспитательные: 1. Воспитывать бережное отношение к окружающей среде, предоставляя сведения о возможном использовании алюминия вчера, сегодня, завтра. 2. Формировать умения работать коллективом у каждого учащегося, считаться с мнением всей группы и отстаивать свое корректно, выполняя лабораторную работу. 3. Знакомить учащихся с научной этикой, честностью и порядочностью естествоиспытателей прошлого, предоставляя сведения о борьбе за право быть первооткрывателем алюминия. ПОВТОРЕНИЕ ПРОЙДЕННОГО МАТЕРИАЛЛА по темам щелочные и щелочноземельные М (ПОВТОРЕНИЕ): Какое количество электронов на внешнем энергетическом уровне щелочных и щелочноземельных М? Какие продукты образуются при взаимодействии с кислородом натрия или калия? (пероксид), способен ли литий в реакции с кислородом давать пероксид? (нет, в результате реакции образуется оксид лития.) Как получают оксиды натрия и калия? (прокаливанием пероксидов с соответствующими Ме, Пр: 2Na+Na2O2=2Na2O). Проявляют ли щелочные и щелочноземельные металлы отрицательные степени окисления? (нет, не имеют, так как являются сильными восстановителями.). Как изменяется радиус атома в главных подгруппах (сверху вниз) Переодической системы? (увеличивается), с чем это связано? (с увеличением числа энергетических уровней). Какие из изученных нами групп металлов легче воды? (у щелочных). При каких условиях идет образование гидридов у щелочноземельных металлов? (при высоких температурах). Какое вещество кальций или магний активнее реагирует с водой? (более активно реагирует кальций. Магний активно реагирует с водой только при нагревании ее до 1000С). Как изменяется растворимость гидроксидов щелочноземельных металлов в воде, в ряду от кальция до бария? (растворимость в воде увеличивается). Расскажите про особенности хранения щелочных и щелочноземельных металлов, почему их хранят именно так? (т.к. данные металлы очень реакциоспособны, то их хранят в таре под слоем керосина). КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА по темам щелочные и щелочноземельные М: КОНСПЕКТ УРОКА (ИЗУЧЕНЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА): Учитель: Здравствуйте ребята, сегодня мы с вами переходим к изучению IIIА подгруппы. Перечислите элементы расположенные в IIIА подгруппе? Обучаемые: Она включает в себя такие элементы как бор, алюминий, галлий, индий и таллий. Учитель: Какое число электронов они содержат на внешнем энергетическом уровне, степени окисления? Обучаемые: Три электрона, степень окисления +3, хотя для таллия более устойчивой является степень окисления +1. Учитель: Металлические свойства элементов подгруппы бора выражены значительно слабее, чем у элементов подгруппы бериллия. Бор является неМ. В дальнейшем внутри подгруппы с возрастанием заряда ядра М свойства усиливаются. Аl – уже М, но не типичный. Его гидроксид обладает амфотерными свойствами. Из М главной подгруппы III группы наибольшее значение имеет алюминий, свойства которого мы изучим подробно. Он интересен нам потому, что является переходным элементом. Характеристика химического элемента по положению в Переодической системе: Алюминий был открыт в 1825 году датским физиком Х.К. Эрстедом. Ребята, опишите местоположение данного металла в Переодической системе Менделеева: Обучаемые: Алюминий – элемент третьего периода и IIIА подгруппы, порядковый номер 13. Учитель: Давайте разберемся со строением атома: Заряд ядра атома: +13. Количество протонов и электронов в неионизированном атоме всегда одинаково и равно порядковому номеру в периодической таблице Менделеева, для алюминия Al - 13, а теперь найдем значение атомной массы (26,98) и округлим его, получим 27. Скорее всего, что его наиболее распространенный изотоп будет иметь массу равную 27. Следовательно, в ядре этого изотопа будет находиться 14 нейтронов (27–13=14). Количество нейтронов в неионизированном атоме Al = 14., т.о. p13n14e13 Электронную формула атома алюминия: 13Аl 1S22S22P63S23P1 графическая формула: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ Учитель: Из приведенной вами формулы мы видим, что атом алюминия имеет одни промежуточный 8-и электронный слой, который препятствует притяжению внешних электронов к ядру. Поэтому, у атома алюминия восстановительные свойства выражены гораздо сильнее, чем у атома бора. Почти во всех своих соединениях Аl имеет степень окисления +3. Метал или неметалл: Является М (Металлическая связь, металлическая решетка со свободно перемещающимися электронами). Высшая положительная степень окисления: +3 – в соединениях, 0 – в простом веществе. Формула высшего оксида: Аl2O3 бесцветные нерастворимые в воде кристаллы. Химические свойства — амфотерный оксид. Практически не растворим в кислотах. Растворяется в горячих растворах и расплавах щелочей. Al2O3+6HCl→2AlCl3+3H2O Al2O3+2KOH(температура)→2KAlO2(алюминат калия)+H2О Формула высшего гидроксида: Al(OH)3 – амфотерный гидроксид (проявление основных и кислотных свойств). Упрощенное Al(OH)3+3KOH=KAlO2+3H2O Реальный процесс отражается таким уравнением: Al(OH)3+KOH=K[Al(OН)4] Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O Валентность по водороду: отсутствует Формула летучего водородного соединения: отсутствует Сравнение Al с соседними по периоду, подгруппе, группе, радиусу, электроотрицательности, энергии ионизации. B Радиус атома(увел.) Al Энергия ионизации (уменьш.) Ga Электроотрицательность (уменьш.) М свойства (увел.) Mg Al Si Радиус атома(увел.) Энергия ионизации (уменьш.) Электроотрицательность (уменьш.) М свойства (увел.) Тема урока: «Химические свойства алюминия и его соединения». Тип урока: комбинированный Задачи: Образовательные: 1. Показать зависимость физических свойств алюминия от наличия в нем металлической связи и особенностей кристаллического строения. 2. Сформировать у учащихся знания о том, что алюминию в свободном состоянии присущи особые, характерные физические и химические свойства. Развивающие: 1. Возбудить интерес к изучению науки путем предоставления кратких исторических и научных сообщений о прошлом, настоящем и будущем алюминия. 2. Продолжить формирование исследовательских навыков учащихся при работе с литературой, выполнением лабораторной работы. 3. Расширить понятие амфотерности раскрытием электронного строения алюминия, химических свойств его соединений. Воспитательные: 1. Воспитывать бережное отношение к окружающей среде, предоставляя сведения о возможном использовании алюминия вчера, сегодня, завтра. 2. Формировать умения работать коллективом у каждого учащегося, считаться с мнением всей группы и отстаивать свое корректно, выполняя лабораторную работу. 3. Знакомить учащихся с научной этикой, честностью и порядочностью естествоиспытателей прошлого, предоставляя сведения о борьбе за право быть первооткрывателем алюминия. Характеристика простого вещества: Алюминий является металлом, таким образом, (металлическая связь; металлическая решетка, в узлах которой расположены свободно перемещающиеся общие электроны). Физические свойства Аl: Назовите физические свойства алюминия о которых вы знаете: Обучаемые: Аl – серебристо-белый легкий металл. Очень пластичен, легко вытягивается в проволоку и прокатывается в фольгу. Обладает большой электрической проводимостью и теплопроводностью. Образует с другими металлами легкие и прочные соединения. Учитель: Температура плавления достигает 6600С. При температуре около 6000С Аl становится хрупким и его можно измельчить в порошок. Химические свойства Аl: Он является сильным восстановителем, так как имеет на внешнем энергетическом уровне 3 электрона. Аl0-3е→ Аl3+ Взаимодействие с простыми веществами: При сильном нагревании порошка или алюминиевой фольги, происходит воспламенение: 4Аl+3О2=2Аl2О3 При комнатной температуре на воздухе М покрывается очень прочной тонкой оксидной пленкой, которая защищает М от взаимодействия с компонентами воздуха и воды. Активно взаимодействует с неМ, особенно в порошкообразном состоянии. Для того чтобы началась реакция необходимо нагревание, за исключением реакций с Hal2 (Сl2 и Br2), зато потом все реакции с алюминием идут бурно с выделением большого количества теплоты. 2Аl+3Cl2=2AlCl3 При высокой температуре реагирует с S, N2, C: 2Аl+3S=Аl2S3(сульфид) 2Аl+N2=2АlN(нитрид) 4Аl+3C=Аl4C3(карбид) Если удалить оксидную пленку, то алюминий будет взаимодействовать с водой: (Пленку снимают амальгамированием или механическим путем. Амальгамирование производят так: алюминиевый стержень опускают в раствор соли ртути. Так как алюминий более активный метал, то он вытесняет ртуть в результате образуется сплав метала с ртутью, который называется амальгама. Ее снимают шпателем и алюминий в этом месте хорошо взаимодействует с водой.) 2Аl+6Н2О=2Аl(OH)3+3H2 Взаимодействие с кислотами: При обыкновенной температуре алюминий практически не взаимодействует с концентрированной азотной кислотой (в результате образования защитной оксидной пленки), однако он растворяется в разбавленных соляной и серной кислотах: 2Аl+6НCl=2АlCl3+3H2 2Аl+3H2SO4=Аl2(SO4)3+3H2 Взаимодействует с разбавленной и очень разбавленной азотной кислотой: 8Аl+3HNO3(оч. разб.)=8Al(NO3)3+3NH4NO3+9H2O Взаимодействие с растворами солей: Демонстрируем взаимодействие раствора медного купороса и порошка алюминия при нагревании. 2Аl+3СuSO4=Al2(SO4)3+3Cu Алюминий растворяется в водных растворах щелочей, образуя соли – алюминаты, которые называют комплексными: Упрощенное 2Al+6NaOH(р-р)=2Na3AlO3(ортоалюминат натрия)+3H2 Реальный процесс отражается таким уравнением: 2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2 Алюмотермия: Алюминий легко отнимает кислород и галогены у оксидов и солей других металлов. Реакция сопровождается выделением большого количества тепла: 8А1+3Fe3O4(темпер.)=9Fe+4А12O3 Процесс восстановления металлов из их оксидов алюминием называется алюмотермией. Алюмотермией пользуются при получении некоторых редких металлов, которые образуют прочную связь с кислородом (ниобий, тантал, молибден, вольфрам и др.). Смесь мелкого порошка алюминия и магнитного железняка называется термитом. После поджигания термита с помощью специального запала реакция протекает самопроизвольно и температура смеси повышается до 3500°С. Железо при такой температуре находится в расплавленном состоянии. Эту реакцию используют Для сваривания рельсов. Нахождение в природе: В природе содержится в виде различных соединений и относится к числу весьма распространенных элементов (первое место среди металлов по распространению в природе и третье после кислорода и кремния). Основные природные соединения алюминия: Алюмосиликаты составляют основную массу земной коры. Продукт выветривания алюмосиликатных пород – глина и полевые шпаты. Основной состав глины отвечает формуле Аl2О3•2SiО3•2Н2О. Боксит – горная порода, состоящая главным образом из гидратов окиси алюминия и окислов железа. Обычно состав боксита выражается формулой Аl2О3•nН2О. Боксит служит рудой, из которой получают алюминий. Корунд – минерал состава Аl2О3применяется как абразивный материал. Глинозем имеет ту же формулу что и корунд. Вам хорошо известны прозрачные, окрашенные примесями кристаллы корунда: красные – рубины и синие – сапфиры. (кристаллы рубинов применяют в лазерах, данные минералы являются драгоценными камнями). Криолит – минерал состава А1F3•3NaF или Na3А1F6. В настоящее время приготавливается искусственным путем. Получение: Впервые был получен восстановлением хлорида алюминия металлическим калием или натрием без доступа воздуха: АlС13+ЗNа=Аl+3NaСl Практически весь алюминий получают в настоящее время методом электрометаллургии из оксида алюминия, содержащегося в глиноземе и бокситах. В электролизной ванне сначала расплавляют криолит Na3AlF6 (температура расплава немного ниже 1000°C). Криолит можно получить, например, при переработке нефелинов Кольского полуострова. Далее в этот расплав добавляют немного Al2О3 (до 10% по массе) и некоторые другие вещества, улучающие условия проведения последующего процесса. При электролизе этого расплава происходит разложение оксида алюминия, криолит остается в расплаве, а на катоде образуется расплавленный алюминий: 2Al2O3(электролиз)→4Al+3O2 Так как анодом при электролизе служит графит, то выделяющийся на аноде кислород (O2) реагирует с графитом и образуется углекислый газ СО2. При электролизе получают металл с содержанием алюминия около 99,7%. Применение: Широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной плёнкой Al2O3, которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, не ядовитость его соединений. В частности, эти свойства сделали алюминий чрезвычайно популярным при производстве кухонной посуды, алюминиевой фольги в пищевой промышленности и для упаковки. Основной недостаток алюминия как конструкционного материала — малая прочность, поэтому его обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния (сплав называется дюралюминий). Электропроводность алюминия всего в 1,7 раза меньше, чем у меди, при этом алюминий приблизительно в 4 раза дешевле за килограмм, поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при изготовлении проводников в чипах. Меньшую электропроводность алюминия (37 1/ом) по сравнению с медью (63 1/ом) компенсируют увеличением сечения алюминиевых проводников. Недостатком алюминия как электротехнического материала является наличие прочной оксидной плёнки, затрудняющей пайку. В настоящее время отказываются производить провода из алюминия, и заменяют их медными. Это связано с тем, что медь, не смотря на ее большую стоимость, имеет большую температуру плавления. Нельзя вместе соединять алюминиевый провод и медный вместе, это приведет к электрической карозии, которая будет проявляться в том, то активный метал (Al) будет разрушаться. Благодаря комплексу свойств широко распространён в тепловом оборудовании. Алюминий и его сплавы сохраняют прочность при сверхнизких температурах. Благодаря этому он широко используется в криогенной технике. Высокий коэффициент отражения в сочетании с дешевизной и лёгкостью напыления делает алюминий идеальным материалом для изготовления зеркал.