Алюминий
Учитель химии и биологии Егорова Ю.В.
МКОУ «СОШ №4»
Алюминий (лат. Aluminium)
Порядковый номер. Химический элемент III группы главной подгруппы 3-го периода.
Число
протонов p + =1 3
электронов ē=1 3
нейтронов n 0 = 14
Схема расположения электронов на энергетических подуровнях
+ 13 Al 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
При высокой температуре очень редко образует соединения со степенью окисления +1, +2.
в соединениях проявляет степень окисления +3
Al – типичный металл
- Восстановительные свойства
Al 0 - 3ē Al +3
- Тип химической связи - металлическая
- Тип кристаллической решетки – кубическая гранецентрированная
Физические свойства вещества
Al – серебристо-белый металл, пластичный, легкий, хорошо проводит тепло и электрический ток, обладает хорошей ковкостью, легко поддаётся обработке, образует лёгкие и прочные сплавы.
=2 ,7 г/см 3
t пл. =660 0 С
Легко вытягивается в проволоку и прокатывается в фольгу толщиной до 0,01 мм.
Особенности физических и химических свойств алюминия, его нахождения в природе и применения:
- Алюминий – самый распространенный металл земной коры. Его ресурсы практически неисчерпаемы.
- Обладает высокой коррозионной стойкостью и практически не нуждается в специальной защите.
- Высокая химическая активность алюминия используется в алюминотермии.
- Малая плотность в сочетании с высокой прочностью и пластичностью его сплавов делает алюминий незаменимым конструкционным материалом в самолетостроении и способствует расширению его применения в наземном и водном транспорте, а также в строительстве.
- Относительно высокая электропроводность позволяет заменять им значительно более дорогую медь в электротехнике.
Алюминий реагирует с простыми веществами - неметаллами
- 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
Поверхность покрывается пленкой оксида, в мелкораздробленном виде горит с выделением большого количества теплоты.
2. 2Al + 3Cl 2 = 2 AlCl 3
3. 2Al + 3S = Al 2 S 3 - при нагревании
4. 4 Al + 3 С = Al 4 С 3 - при нагревании
Алюминий при нагревании сгорает на воздухе. Вследствие образования защитной пленки не реагирует с HNO 3 , не растворяется в H 3 PO 4 . С трудом взаимодействует с H 2 SO 4 , медленно – с растворами HNO 3 и H 3 PO 4 , быстрее – с раствором HCl, растворяется в растворах щелочей: Al + 4HNO 3 = Al(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O/
При обычной температуре реагирует с Cl 2 , Br 2 , при нагревании – с F 2, I 2 , S, C, N 2 ; с H 2 непосредственно не реагирует.
- Алюминий растворяется в растворах кислот
2Al + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2
2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2
Концентрированная серная и азотная кислоты пассивируют алюминий.
2 . Алюминий реагирует с растворами солей менее активных металлов
2Al + 3СuCl 2 = 2AlCl 3 + 3Cu
Алюминий реагирует со сложными веществами:
- 3. Алюминий при высокой температуре реагирует с оксидами менее активных металлов (Алюминотермия – получение металлов: Fe, Cr, Mn, Ti, W и других, путем их восстановления алюминием)
8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe
Алюминий реагирует со сложными веществами:
4.Так как алюминий – амфотерный металл, он реагирует с растворами щелочей.
При этом образуется тетрагидроксоалюминат натрия и выделяется водород:
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2
5. При у далении оксидной пленки с поверхности алюминия, он реагирует с водой с образованием гидроксида алюминия и водорода:
2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 +3H 2
Получение алюминия
Алюминий получают электролизом раствора глинозема в расплавленном криолите (Na 3 AIF 6 ) и
электролизом расплава AlCl 3
Алюминий получают разложением электрическим током раствора его оксида в расплавленном криолите (Na 3 AIF 6):
2Al 2 O 3 = 4 Al + 3O 2 – 3352 кДж
Из – за высокой энергии химической связи в оксиде процесс его разложения чрезвычайно энергоемок, что ограничивает использование алюминия.
Применение Al
Основные свойства применения алюминия и его сплавов:
- Судостроение;
- Строительство;
- Самолетостроение;
- В химической технике;
- Автомобильная промышленность;
- Производство посуды;
- Производство алюминированных тканей;
- Изготовление аппаратуры для пищевой промышленности;
- Провода для линий электропередач;
- Получение металлов из их оксидов «алюминотермией»;
- Ракетостроение;
- Химическое машиностроение;
- Упаковочный материал;
- Производство пеноалюминия ρ = 0,19 г/ см 3
Соединения алюминия В природе алюминий встречается только в виде соединений и по распространенности в земной коре занимает первое место среди металлов и третье – среди всех элементов (после кислорода и кремния). Общее содержание алюминия в земной коре составляет 8,8 % по массе.
Оксид алюминия Al 2 О 3 :
Очень твердый (корунд, рубин)в кристаллическом состоянии, порошок белого цвета, тугоплавкий - 2050 0 С.
Не растворяется в воде.
Амфотерный оксид , взаимодействует :
а) с кислотами Al 2 O 3 + 6H + = 2Al 3+ + 3H 2 O
б) со щелочами Al 2 O 3 + 2OH - = 2AlO - 2 + H 2 O
Образуется:
а) при окислении или горении алюминия на воздухе
4 Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
б) в реакции алюминотермии
2 Al + Fe 2 O 3 = Al 2 O 3 + 2Fe
в) при термическом разложении гидроксида алюминия 2 Al (OH) 3 = Al 2 O 3 + 3H 2 O
Гидроксид алюминия Al(ОН) 3 :
Белый нерастворимый в воде порошок.
Проявляет амфотерные свойства , взаимодействует :
а) с кислотами Al (OH) 3 + 3HCl = AlCl 3 + 3H 2 O
б) со щелочами Al (OH) 3 + Na OH = NaAlO 2 + 2H 2 O
Разлагается при нагревании 2Al (OH) 3 = Al 2 O 3 + 3H 2 O
Образуется:
а) при взаимодействии растворов солей алюминия с растворами щелочей (без избытка)
Al 3+ + 3OH - = Al (OH) 3
б) при взаимодействии алюминатов с кислотами (без избытка)
AlO - 2 + H + + H 2 O = Al (OH) 3
Домашнее задание:
- 1) Пользуясь материалом презентации, и учебника, выучить свойства алюминия и его соединений.
- 2) Выполнить интерактивные задания по теме «Алюминий» на сайте лицея, записать правильные ответы в тетрадь.
- 3) Выполнить виртуальную практическую работу «Химические свойства алюминия», оформить ее в тетради.
«Сурьма» - Применение. Получение сурьмы. Нахождение в природе. Физические свойства. Положение в ПС Менделеева. Сурьма известна в кристаллической и трех аморфных формах: взрывчатая, черная и желтая. Сурьма. История. Химические свойства.
«Металл медь» - Химический элемент побочной подгруппы 1 группы – Cu (Медь). Из-за высокой теплопроводности медь - незаменимый материал различных теплообменников и холодильной аппаратуры. МЕДЬ (лат. Особенно велика была роль бронзы. В морской воде содержится примерно 1·10-8 % меди. Попадание солей меди в организм приводит к различным заболеваниям человека.
«Получение водорода» - Типы реакций. Получение водорода в промышленности и его применение. Получение водорода в промышленности. Способы получения. Производство минеральных удобрений. Природный газ. Применение водорода. Нагревание. Способы получения водорода. Допиши химические реакции.
«Свойства алюминия» - Алюминий в природе встречается в виде алюмосиликатов, боксита, корунда и криолита. Почему алюминий так нужен человеку? Сделайте вывод о распространенности алюминия в земной коре по сравнению с другими металлами. Mg>Al «Элемент алюминий» - Aluminium). Влияние соединений алюминия на загрязнение окружающей среды. Получение вещества. Число. Химические свойства вещества. Алюминий реагирует: Латинское название, вероятно, восходит к греческому «халмэ» - рассол, соляной раствор. Не растворяется в воде. Оксид алюминия Al2О3: Алюминий – самый распространенный металл земной коры. «Соединения кальция и магния» - Соединения Ca и Mg. Состав и химические формулы важнейших соединений кальция и магния. Применение гидроксида кальция. Исключите лишнее слово. Морская соль. Соединения кальция и магния. Карстовые пещеры и долины. Осуществить превращение. Вяжущее действие. Накипь. Щелочно-земельные металлы. Образование сталактитов и сталагмитов. Слайд 2
Слайд 3
Слайд 4
Слайд 5
Слайд 6
Слайд 7
В природе алюминий встречается только в соединениях: Слайд 8
Слайд 9
Слайд 10
Слайд 11
Слайд 12
Слайд 13
ТИП УРОКА:
комбинированный урок с
демонстрационными и лабораторными опытами,
направлен на объяснение нового материала.
(Презентация. Приложение 4) ЦЕЛЬ УРОКА: ЗАДАЧИ УРОКА: Обучающие: Развивающие: Воспитывающие: СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ: ХОД УРОКА Сами, трудясь, вы сделаете всеи для близких
людей и для себя,
Организационный момент I. Актуализация знаний. Учитель. Сегодня нам предстоит познакомиться
с металлом хорошо знакомым вам с детства.
Послушайте легенду. "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". О каком металле идёт речь? (Ответ:
об алюминии) Слайд 1,2
Учитель: Давайте составим с вами план
изучения металла алюминия. Что нам нужно
включить в план урока? Ученики: Нахождение в природе, получение и
открытие металла,строение атома алюминия,
физические и химические свойства, применение. (Слайд
3.)
План изучения нового материала. Ребята, обратите внимание, у вас на партах
рабочие листы (Приложение 1
). В
течение всего урока вы будете с ним работать, в
нем также есть домашнее задание, которое вы
выполните дома и на следующий урок сдадите мне на
проверку. II. Изучение нового материала 1. История открытия алюминия. (Сообщение
учащегося. Приложение 2
).
(Слайд 5)
Для создания мотива изучения нового материала
важно познакомить учащихся с историей открытия
алюминия. Можно дать задание приготовить
сообщение по этому вопросу ученику устно или в
виде презентации. 2. Характеристика элемента алюминия по его
положение в ПСХЭ Д.И.Менделеева. Строение атома. Итак, рассмотрим строение атома алюминия.
Предлагаю вам определить пропущенные слова в
тексте, который имеется у вас в рабочих листах. (Слайд
7)
Учитель: Правильно ли составлена схема
строения атома алюминия на следующем слайде?
Свой ответ обоснуйте, опираясь на схему.(Слайд
8.)
Ученик: Схема составлена правильно. На
внешнем уровне у атома алюминия 3 электрона (2s и
1p), следовательно, алюминий проявляет
валентность III и степень окисления +3, 0. 3. Строение простого вещества.Физические
свойства алюминия Учитель: Какой тип химической связи имеет
металл алюминий? Тип кристаллической решетки? (Слайд
№ 9)
Пользуясь коллекцией "Алюминий" и планом в
рабочих листах, составьте характеристику
физических свойств этого металла. План характеристики физических свойств
металла алюминия: 1. В каком агрегатном состоянии находится
алюминий при данных условиях? 2. Какого цвета? Блеск? 3. Имеет ли алюминий запах? 4. Проявляет ли данный металл пластичность,
хрупкость, эластичность? 5. Растворяется ли в воде при данных условиях? 6. Какова температура плавления? 7. Какова плотность вещества? 8. Обладает ли алюминий теплопроводностью и
электропроводностью? Проверьте свои результаты, посмотрев на слайд. (Слайд
10).
Физические свойства алюминия: Физ. минутка. В работах профессора М. М. Кольцевой доказано,
что тренировки тонких дифференцированных
движений пальцев является стимулом для развития
речи, мышления, и мощным тонизирующим фактором
для коры головного мозга в целом. Растирание рук, массаж всех пальцев.
Надавливаем на суставы пальцев с боков, а также
сверху - снизу. Потирание рук. Способствует приливу крови и
эмоциональной усталости. Колечко. Поочередно и как можно быстрее
учащиеся перебирают пальцы рук, соединяя в
кольцо с большим пальцем последовательно
указательный, средний, и т д в прямом и обратном
порядке. 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? Свойства атома (слайд № 11,12)
Ответы: 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.
Задание 1: определите место алюминия в
электрохимическом ряду напряжений и сделайте
вывод об его активности. (Учащиеся смотрят на
электрохимический ряд напряжений). Ответ: алюминий находится в начале ряда
напряжений сразу после щелочных и
щелочноземельных металлов. Поэтому он должен проявлять
высокую химическую активность
. Учитель: алюминий применяется в быту, из него
изготавливают бытовые изделия. Известно, что ни
кислород, ни вода на него не действуют (учитель
опускает алюминиевую пластину в стакан с водой).
В результате противоречий между знаниями и
жизненными наблюдениями создается такая
ситуация: Ребята, в начале урока мы сказали, что алюминий -
это переходный металл. Следовательно, с какими
веществами будет взаимодействовать алюминий? Ученик: С неметаллами (галогенами, серой,
углеродом и т.д.). (Слайд 13.) (видеофрагмент
"Взаимодействие алюминия с иодом, серой,
кислородом")
Задание 2. Написать уравнение реакции
взаимодействия алюминия с кислородом. Ученики
пишут уравнение реакции: 4Al + 3O 2 ->2Al 2 O 3 По аналогии ученики пишут уравнения реакций
взаимодействия алюминия с другими простыми
веществами: серой, галогенами (хлором), азотом: 2Al +3Cl 2 -> 2AlCl 3 2Al + 3S -> Al 2 S 3 2Al + N 2 -> 2AlN 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 3. Взаимодействие алюминия со
сложными веществами. 1). Учитель
: если с алюминия удалить
оксидную пленку, то алюминий должен проявлять
свойства аналогичные щелочно-земельным
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(слайд 13,
видеофрагмент)
2Al + 6H 2 O -> 2Al(OH) 3 + 3H 2
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. Запишите уравнение реакции взаимодействия
алюминия с соляной кислотой в рабочих листах.
Один ученик пишет уравнение реакции у доски. Проверьте себя. (Слайд 13.)
Основываясь на то, что алюминий - переходный
металл, подумайте, с какими еще сложными
веществами может взаимодействовать алюминий? Ученик: С растворами щелочей. Учитель: Давайте вместе запишем уравнение
реакции взаимодействия алюминия с раствором
гидроксида натрия. Что образуется в результате
реакции? (Слайд 13.)
Ученик: Данная реакция протекает с
образованием алюмината натрия и выделением
газообразного водорода. А сейчас осуществите эти две реакции на
практике. При выполнении опыта соблюдайте
правила по технике безопасности. (Инструкция в
рабочих листах) 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. Опыт 1. В пробирку положите 2 кусочка
алюминия и прилейте 3-4 мл раствора соляной
кислоты. Пробирку слегка нагрейте. Опыт 2. В пробирку положите 2 кусочка
алюминия и прилейте 3-4 мл раствора гидроксида
натрия. Пробирку слегка прогрейте. 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? 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
в рабочих листах. (Слайд 13.)
Обобщение по химическим свойствам. (Делают
учащиеся): 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. Нахождение в природе. Получение.
Задание I. Рассмотрите диаграмму
"Распространение элементов в природе". (Слайд
14)
Вопрос: определите, какое место занимает
алюминий среди других элементов. Задание II. Рассмотрите образцы природных
соединений. (Слайд 15).
Сравните их по
твердости. прочности, цвету. Ответы: алюминий - самый распространенный
металл в природе. Его содержание в земной коре
составляет 8,8 %. Он занимает 3 место по
распространенности среди других элементов
(после кислорода и кремния). Получение. (слайд 16)
Учитель: Алюминий очень прочно связан в
природных соединениях с кислородом и другими
элементами, и выделить его из этих соединений
химическими методами очень трудно. Алюминий
можно получить электролизом - разложением
расплава его оксида Al 2 O 3 с помощью
электрического тока. Но температура плавления
оксида алюминия около 2050 о С. Технически доступным алюминий стал после того,
как был найден способ понизить температуру
плавления Al 2 O 3 хотя бы до 1000 о С.
Этот способ открыли в 1886 году американец Ч.Холл и
француз П.Эру, которые установили, что Al 2 O 3
хорошо растворяется в расплавленном
криолите, формула которого Na 3 AlF 6 . Мировое производство алюминия постоянно
растет и занимает по объему второе место среди
металлов. 6. Применение Учитель: В течение всего урока звучали
отрасли применения алюминия. Как вы уже поняли,
масштабы применения этого металла широки. И с
каждым годом отрасли применения данного металла
расширяются. Как вы думаете, с чем связано столь
широкое применение алюминия? 1. Алюминий - самый распространенный металл в
земной коре. 2. Обладает высокой коррозионной стойкостью. 3. Малая плотность. 4. Сплавы на основе алюминия обладают
прочностью. 5. Высокая электропроводность и
теплопроводность. 6. Высокая химическая активность используется в
алюминотермии. Учитель: Давайте рассмотрим основные области
применения алюминия и его сплавов. (Слайд 17). 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.60 рисунок 15, 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. III. Закрепление изученного материала. Проверка теста (слайд 15) V. Подведение итогов урока. Объявляются
оценки за устные ответы и работу у доски. V. Домашнее задание. Заключение. Я металл, серебристый и лёгкий,алюминий-мягкий лёгкий металл серебристо-белого цвета
Впервые алюминий был получен Гансом Эрстедом в 1825 году
Физические свойства:
Нахождение в природе
Применение:
Применение в промышленности:
Применение в качестве восстановителя
Сплавы на основе алюминия
а если при труде успеха не будет, неудача - не
беда, попробуйте ещё.
Д. И. Менделеев.
И зовусь самолётный металл,
И покрыт я оксидною плёнкой
Чтоб меня кислород не достал