Муниципальное общеобразовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа №8
Творческая работа по химии
«Приключения Алюминия»
(Художественный образ вещества или химического процесса)
Выполнила: учащаяся 9 класса «А»
Пятибратова Анна
п. Шолоховский
2011- 2012 уч. год
Приключения Алюминия.
Жил-был Алюминий в земной коре в виде алюмосиликатов, боксита, корунда.
И вот однажды датский химик Х.К.Эрстед совершил чудо: впервые получил Алюминий химическим путем. Получился Алюминий хоть куда – легкий, серебристо-белый. А уж какой пластичный. Естественно, много у него появилось друзей, и со всеми он был такой активный.
Как-то раз встретился Алюминий со своим другом Гидроксидом натрия (NaOH), который поведал ему свою печальную историю: сестра его, Вода (H2O), ушла из дома и пропала. Решили друзья отправиться на поиски Воды. По дороге встречали они и друзей, и врагов. И вот в одной такой встрече Алюминий чуть не погиб, его хотел забрать к себе в царство Оксидов Кислород, но, как известно, смелый, бесстрашный Алюминий на воздухе довольно устойчив, так как его поверхность покрывается очень плотной пленкой оксида, предохраняющей металл от контакта с воздухом.
Продолжили друзья путь, лишь слегка испугавшись. Но на пути им повстречались злые силы. Они сняли с Алюминия защитную оксидную пленку, из-за этого Алюминий начал энергично взаимодействовать с кислородом и водяными парами воздуха, превращаясь в рыхлую массу – Гидроксид алюминия:
4Al + 3O2 + 6H2O = 4Al(OH)3
Повсюду стало тепло – это стала выделяться теплота. Пришлось продолжить поиски в таком виде.
Вскоре нашли друзья Воду в старом заброшенном колодце. Злой колдун ее отравил, и она горько плакала. Но Гидроксид Алюминия ее успокоил, обнял – и возвратилась Вода домой чистая и невредимая. Ведь известно, что Гидроксид Алюминия обладает свойствами поглощать различные вещества и что его применяют при очистке воды.
Вот так и прожил один день этот замечательный металл.
§ 16. Алюминий
Строение и свойства атомов. Алюминий Аl — элемент главной подгруппы III группы (IIIA группы) 3-го периода Периодической системы Д. И. Менделеева.
Атом алюминия содержит на внешнем энергетическом уровне три электрона, которые он легко отдаёт при химических взаимодействиях. У родоначальника подгруппы и верхнего соседа алюминия — бора радиус атома меньше (у бора он равен 0,080 нм, у алюминия — 0,143 нм).
Кроме того, у атома алюминия появляется один промежуточный восьмиэлектронный слой (2ё; 8ё; Зё), который препятствует притяжению внешних электронов к ядру. Поэтому у атомов алюминия восстановительные свойства выражены гораздо сильнее, чем у атомов бора, который проявляет неметаллические свойства.
Почти во всех своих соединениях алюминий имеет степень окисления +3.
Алюминий — простое вещество. Серебристо-белый лёгкий металл. Плавится при 660 °С. Очень пластичен, легко вытягивается в проволоку и прокатывается в фольгу толщиной до 0,01 мм. Обладает очень большой электрической проводимостью и теплопроводностью. Образует с другими металлами лёгкие и прочные сплавы.
Алюминий — очень активный металл. В ряду напряжений он находится сразу же после щелочных и щёлочноземельных металлов. Однако при комнатной температуре на воздухе алюминий не изменяется, поскольку его поверхность покрыта очень прочной тонкой плёнкой оксида, которая защищает металл от воздействия с компонентами воздуха и воды.
Если порошок алюминия или тонкую алюминиевую фольгу сильно нагреть, то они воспламеняются и сгорают ослепительным пламенем:
Эту реакцию вы наблюдаете при горении бенгальских огней и фейерверков.
Алюминий, как и все металлы, легко реагирует с неметаллами, особенно в порошкообразном состоянии. Для того чтобы началась реакция, необходимо первоначальное нагревание (за исключением реакций с галогенами — хлором и бромом), зато потом все реакции алюминия с неметаллами идут очень бурно и сопровождаются выделением большого количества теплоты:
Алюминий хорошо растворяется в разбавленных серной и соляной кислотах:
А вот концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют алюминий, образуя на поверхности металла плотную, прочную оксидную плёнку, которая препятствует дальнейшему протеканию реакции. Поэтому эти кислоты перевозят в алюминиевых цистернах.
Как вы уже знаете, оксид и гидроксид алюминия обладают амфотерными свойствами. Алюминий растворяется в водных растворах щелочей, образуя соли — алюминаты, которые называют комплексными1:
1 При взаимодействии гидроксида и оксида алюминия с растворами щелочей также образуются комплексные соли, например Na[Al(OH)4].
Алюминий широко используют в металлургии для получения металлов — хрома, марганца, ванадия, титана, циркония из их оксидов. Как вы помните, этот способ носит название алюминотермии. На практике часто применяют термит — смесь Fe3O4 с порошком алюминия. Если эту смесь поджечь, например, с помощью магниевой ленты, то происходит энергичная реакция с выделением большого количества теплоты:
Выделяющейся теплоты вполне достаточно для полного расплавления образующегося железа, поэтому этот процесс используют для сварки стальных изделий.
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 Аl2O3 на составные части с помощью электрического тока. Но температура плавления оксида алюминия около 2050 °С, поэтому для проведения электролиза необходимы большие затраты энергии.
Технически доступным металлом алюминий стал после того, как в 1886 г. американский и французский учёные Ч. Холл и П. Эру установили, что оксид алюминия хорошо растворяется в расплавленном при 1000 °С криолите, формула которого Na3AlF6, с образованием электропроводного расплава. Расплав оксида алюминия в криолите подвергают электролизу в специальных установках (рис. 63) на алюминиевых заводах. Рис. 63.
Схема электролизной установки для получения алюминия:
1 — электролит — расплавленный криолит с добавками фторидов кальция и алюминия (для снижения температуры плавления) и оксид алюминия (добавляют периодически); 2 — угольный катод; 3 — угольный анод; 4 — корка из застывшего оксида алюминия, защищающая расплавленный алюминий от окисления; 5 — стальная ванна; 6 — патрубок для отбора расплавленного алюминия
Мировое производство алюминия постоянно увеличивается. В настоящее время он оттеснил на третье и последующие места медь и другие цветные металлы и стал вторым по значению металлом продолжающегося железного века.
Алюминий почти втрое легче стали и устойчив к коррозии, поэтому выгоднее стали в тех областях применения, где требуются эти свойства (рис. 64). Рис. 64.
Основные области применения алюминия и его сплавов Соединения алюминия. В природе алюминий встречается только в виде соединений и по распространённости в земной коре занимает первое место среди металлов и третье — среди всех элементов (после кислорода и кремния). Общее содержание алюминия в земной коре составляет около 9% (по массе).
Укажем важнейшие природные соединения алюминия.
Алюмосиликаты. Эти соединения можно рассматривать как соли, образованные оксидами алюминия, кремния, щелочных и щёлочноземельных металлов. Они и составляют основную массу земной коры. В частности, алюмосиликаты входят в состав полевых шпатов — наиболее распространённых минералов и глин.
Боксит (рис. 65, а) — горная порода, из которой получают алюминий, содержит оксид алюминия Аl2O3. Рис. 65.
Природные соединения алюминия:
а — боксит; б — корунд; в — рубин; г — сапфир
Корунд (рис. 65, б) — минерал состава Аl2O3, обладает очень высокой твёрдостью, его мелкозернистая разновидность, содержащая примеси, — наждак — применяется как абразивный (шлифовочный) материал.
Эту же формулу имеет и другое природное соединение — глинозём.
Хорошо известны прозрачные, окрашенные примесями кристаллы корунда: красные — рубины (рис. 65, в) и синие — сапфиры (рис. 65, г), которые используют как драгоценные камни. В настоящее время их получают искусственно и используют не только в ювелирном деле, но и для технических целей, например для изготовления деталей часов и других точных приборов. Кристаллы рубинов применяют в лазерах.
Оксид алюминия Аl2O3 — белое вещество с очень высокой температурой плавления. Может быть получен разложением при нагревании соответствующего ему гидроксида алюминия:
Гидроксид алюминия Аl(OН)3 выпадает в виде белого студенистого осадка при действии щелочей на растворы солей алюминия (рис. 66), например:
АlСl3(изб) + 3NaOH = Аl(ОН)3↓ + 3NaCl. Рис. 66.
Получение гидроксида алюминия реакцией обмена из растворимой соли алюминия
Как амфотерный гидроксид, он легко растворяется в щелочах и кислотах (рис. 67):
Аl(ОН)3 + NаОН(изб) = Na[Al(OH)4],
Аl(ОН)3 + 3HN03 = Al(NO3)3 + 3H2O. Рис. 67.
Химические свойства гидроксида алюминия:
а — взаимодействие с щёлочью; б — взаимодействие с кислотой Лабораторный опыт № 16
Получение гидроксида алюминия и исследование его свойств
Выберите правильные суждения. 1 . Применение фреонов в производстве и быту приводит к образованию кислотных дождей. 2. Изменения почвы, происходящие в процессе ее формирования, сходны с сукцессионными изменениями экосистем. 3. Неумелое применение удобрений и ядохимикатов в сельском хозяйстве приводит к нарушению круговорота веществ в экосистемах. 4. Строительство очистных сооружений позволяет полностью решить проблему загрязнения биосферы. 5. Кислород, углекислый газ и азот участвуют в основных биогеохимических циклах. 6. Биологическая продуктивность агроценоза выше, чем у любого естественного биоценоза. 7. Уменьшение площади лесов нарушает круговороты кислорода и углекислого газа в биосфере. 8. Деятельность человека может оказать положительное воздействие на развитие естественных популяций. 9. Кислород в атмосферу поступает в основном в результате деятельности фитопланктона океанов и морей. 10. Загрязнение атмосферы сказывается на состоянии всех природных экосистем.
15/10=3/2 докажите что равенство является пропорцией
а)а:2-400=600 б) (500+х):6=100 решите уравнения и сделайте проверку
Прямолинейный проводник длиной 120 см движется в однородном магнитном поле под углом 90° к силовым линиям со скоростью 15 м/с. Определите индукцию поля, если в проводнике создается ЭДС индукции 0,12 В.
Решите уравнение 9ц 16/51 – x = 4ц 11/34
объяснить смысл слова кивай
Увеличится или уменьшится произведение двух чисел, если а)одно из них умножить на 1 3/5; б)одно из них умножить на 1,6 а другое на 5/8?
Как развивались события в Восточном фронте в 1918-1919 гг?
Реферат на тему ремесла українського народу
Написать вопросительное предложение, выражающее удивление. Составить предложение, в котором ты выразишь пожелания своим близким.
Урок № 14 в теме “Металлы”, по учебнику О.С.
Габриеляна “Химия, 9 класс”, составлен в
соответствии с образовательной программой с
использованием субъектного опыта учащихся, на
основе технологии личностно-ориентированного
обучения И.С. Якиманской.
Задачей учителя является полное раскрытие
возможностей и способностей каждого ученика,
развитие его неповторимой индивидуальности. В
каждом ребёнке существует потребность в
актуализации своих интеллектуальных,
коммуникативных, художественных и физических
способностей. Важно побудить и поддержать
стремление учащихся к проявлению и развитию
своих природных и социально приобретённых
возможностей. В том числе и в познании химии.
Основой моей педагогической деятельности
является личностно-ориентированное обучение
химии. Процесс обучения строится на принципах:
самоактуализации, индивидуальной личностной
направленности, выбора, творчества и успеха,
доверия и педагогической поддержки учащихся.
Все эти принципы легли в основу урока
“Алюминий: химический элемент и простое
вещество” в 9 классе. Это урок новых знаний с
элементами исследовательской работы. Метод
обучения – проблемный. Основные формы: беседа,
самостоятельная работа, лабораторная работа,
химический эксперимент. В ходе урока мною
использованы методы: диалога, рефлексивные,
создания ситуации выбора и успеха.
На начальном этапе изучения нового материала
актуализирован субъективный опыт учащихся. Это
позволяет судить не только об уровне усвоения
предыдущего материала, но и формировать новые
знания и умения в развитии.
Большое место в ходе урока занимает химический
эксперимент. Он проводится как учителем, так и
учащимися. Этот метод позволяет реально увидеть
решение поставленной в ходе урока проблемы (на
данном уроке – активный ли металл алюминий).
На уроке для учащихся постоянно создаются
ситуации выбора учебных заданий и форм их
выполнения, подбора инструментария.
Цели: создать условия для:
исследования учащимися физических и химических
свойств алюминия;
развивать представления о переходных
химических элементах, умения и навыки
самостоятельной и групповой деятельности;
воспитания культуры работы с химическими
реактивами, соблюдения правил техники
безопасности.
Понятия: химический знак “Аl”, химический
элемент, простое вещество, электронная оболочка,
степень окисления, переходный элемент,
амфотерные соединения.
Оборудование: Периодическая система
химических элементов Д.И.Менделеева, коллекция
“Алюминий и его сплавы”, алюминий: фольга,
проволока, порошок, растворы соляной кислоты и
гидроксида натрия, таблицы “Относительная
твёрдость металлов”, “Плотность металлов”,
“Температура плавления металлов”,
“Относительная теплопроводность и
электрическая проводимость металлов”.
Тип урока: изучение нового материала
Оргформа: урок-исследование
ХОД УРОКА
І. Организационный этап.
ІІ. Изучение нового материала. 1. Погружение в тему урока.
Формулировка темы урока осуществляется с
помощью выполнения задания с опорой на ранее
приобретённые знания и собственные наблюдения
Учитель: – Мы продолжаем изучение большой и
важной темы “Металлы”. 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)
Учитель: – Таким образом, тема нашего урока:
“Алюминий – химический элемент и простое
вещество”. 2. Актуализация и обогащение
субъективного опыта учащихся.
Учитель: – С чего мы начинаем изучение
химического элемента?
Учащийся: – С характеристики его положения в
Периодической системе Д.И.Менделеева.
Учитель: – Сейчас вам предлагается
осуществить данную задачу, а именно дать
характеристику алюминию по положению его в
Периодической системе химических элементов
Д.И.Менделеева.
Учащимся предлагается самостоятельно
выполнить данное задание в тетрадях. Данное
задание может быть выполнено полностью
самостоятельно и оценено высоким баллом, либо с
использованием “помогалочки”.
Приложение №1
План – характеристика химического
элемента.
Порядковый номер.
Атомная масса.
Период (малый, большой)
Группа (подгруппа А, В)
Строение атома (заряд ядра, число протонов,
нейтронов, электронов, электронная формула.)
Степень окисления.
Оксиды.
Летучие водородные соединения.
Рефлексия этапа работы.
После выполнения задания в классе
разворачивается коллективное обсуждение по
следующим вопросам:
Сколько электронов находится на внешнем уровне
атома алюминия? Ответ: три электрона.
Какую степень окисления проявляет алюминий? Ответ: +3
Алюминий будет отдавать или принимать
электроны? Ответ: отдавать.
Значит алюминий это… Ответ: металл.
Какой же это металл: активный или неактивный?
Ответы могут быть разные: из своего жизненного
опыта ребята отвечают, что это неактивный металл
(алюминиевые провода не реагируют с водой),
другие делают предположение об активности
алюминия, так как он находится в
электрохимическом ряду напряжения металлов
сразу после активных металлов.
Учитель: – Для решения вопроса об активности
алюминия, что мы должны рассмотреть?
Учащийся: – Физические и химические свойства
алюминия, как простого вещества?
Учитель: – Используя свои наблюдения,
коллекцию “Алюминий и его сплавы” и другие
выданные вам материалы назовите физические
свойства алюминия.
Для более чётких и быстрых ответов
используются таблицы “Относительная твёрдость
металлов”, “Плотность металлов”, “Температура
плавления металлов”, “Относительная
теплопроводность и электрическая проводимость
металлов”, которые находятся на каждой парте.
Примерные ответы. Физические свойства
алюминия:
Серебристо- белого цвета
Твердость. Аl – 2,9 (Cr – 9, Na – 0,4)
Плотность. Аl – 2,7 , лёгкий (платина – 21,45, натрий –
0,97)
Плавкость. Al – 660 (вольфрам – 3370 , натрий – 98)
Большая электро- и теплопроводность.
Очень пластичен.
Каждое свойство дополняется примером из своих
жизненных наблюдений.
Учитель: – Смогли ли мы, рассмотрев физические
свойства алюминия, ответить на вопрос об его
активности?
Учащийся: – Нет.
Учитель: – Рассмотрим химические свойства
алюминия. Предлагается демонстрация опытов
“Взаимодействие алюминия с простыми веществами:
йодом, серой и кислородом.
Опыт 1. Взаимодействие алюминия с йодом.
Предварительно готовят смесь порошка алюминия
с йодом (в массовых соотношениях 1 : 15). Данную
смесь помещают в фарфоровую чашку горкой. Из
пипетки
На середину смеси капают несколько капель воды.
Происходит бурная химическая реакция. Наблюдают
выделение фиолетовых паров йода и горение
металла.
Опыт 2. Взаимодействие алюминия с серой.
Смешивают размельченную серу и порошок
алюминия в соотношениях 1 : 1. Смесь поместить в
фарфоровую чашку или асбестированную сетку.
Горящей лучинкой поджечь смесь. Наблюдаем
реакцию.
Опыт 3. Горение алюминия.
Порошок алюминия помещаем в ложечку для
сжигания веществ. Сверху кладём кусочек
магниевой ленты или в её отсутствии 2–3 спичечные
головки. Поджигаем. После начала горения, ложечку
вносим, в предварительно набранную кислородом,
колбу.
Наблюдаем яркое ослепительное пламя.
(Учитель спрашивает, где ребята наблюдали
подобное явление, то они почти сразу называют
горение бенгальских огней.)
После демонстрации учащимся предлагается
выполнить задание по выяснению отношения
алюминия к простым веществам.
Задание
(Групповая работа) Цель: выяснить отношение алюминия к простым
веществам – йоду, сере, кислороду, как
восстановителя.
1. Напишите уравнения реакций, происходящих
между алюминием и йодом, алюминием и кислородом.
2. Укажите окислитель и восстановитель.
3. Сделайте вывод о химической активности
алюминия по отношению к простым веществам.
4. Проверьте друг у друга правильность записей по
образцу.
5* Если вы затрудняетесь в написании
окислительно-восстановительной реакции,
пользуйтесь алгоритмом. Алгоритм для выполнения заданий
на окисление – восстановление
1. Определите степени окисления элементов в
обеих частях уравнения.
2. Сравните степени окисления каждого из
элементов до и после реакции.
3. Сделайте вывод об изменении степей окисления
(понижение – признак восстановления, повышение
– признак окисления) Образец выполнения задания
Вывод: алюминий – активный металл.
Учитель: – При каких условиях алюминий
реагировал с простыми веществами?
Учащийся: – При использовании дополнительной
энергии или катализатора (Н2О).
Учитель: – При комнатной температуре на
воздухе алюминий не изменяется, поскольку его
поверхность покрыта очень прочной тонкой
оксидной плёнкой, которая и защищает металл от
внешних воздействий и воды.
Учитель: – Посмотрим, как ведёт себя алюминий
по отношению к сложным веществам?
Выполнение лабораторных опытов
“Взаимодействие алюминия с раствором соляной
кислоты”, “ Взаимодействие алюминия с раствором
гидроксида натрия”. 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. Задание:
1. Выполните опыты.
2. Обговори с соседом по парте наблюдаемое.
3. Запишите уравнения реакций.
4. Сделай вывод.
5* Если затрудняешься в написании
уравнений, открой стр. 58-59 учебника.
Фронтальная проверка. Комментированное
чтение.
При этом виде работы учащиеся получают
возможность участвовать в самопроверке знаний и
умений, совершенствуют свою речь, обращают
внимание на правильное употребление химических
терминов и названий веществ. Образец выполнения лабораторной
работы. Опыт 1.
Наблюдали: алюминий хорошо растворяется в
растворе соляной кислоты, выделяется газ
водород. Вывод: Алюминий – активный
металл.
Опыт 2.
Наблюдали: алюминий взаимодействует с
раствором гидроксида натрия с выделением
водорода. Вывод: Алюминий образует
амфотерные соединения.
ІІІ. Ситуация выбора в процессе проверки
усвоения знаний.
Учащиеся для проверки усвоения знаний отдают
предпочтение одному из вариантов заданий, для
наиболее полного проявления своей активности.
Учитель поясняет каждый из предложенных
вариантов, показывает значимость его выполнения,
раскрывает критерии его оценки. Для правильного
выбора задания ребятам предлагается
познакомиться с советами. Советы при выполнении
индивидуального выбора задания.
1. Внимательно прочти все задания.
2. Соотнеси своё желание в получении хорошей
отметки с собственными возможностями
правильного выполнения задания.
3. Выбирай и решай!
4. Проверь полученные результаты и мысленно оцени
себя.
Задания Часть А. на “3”
Закончите уравнения реакции.
Назови продукты реакции.
Al + Br2
Al + H2SO4 (p-p)
Часть В. на “4”
Осуществите превращения:
Al Al2 O3 Al Cl3
Al AlCl3 Al2 (SO4)3
Назовите продукты реакций.
Часть С. на “5”
Что является веществом Х в реакциях:
Al + X Al (OH)3
Al + X Al2 O3
Проверка проводится сразу после выполнения
заданий по готовым ответам на доске.
ІV. Подведение итогов урока. Рефлексия.
1. Над какой темой мы сегодня работали?
2. Что нового вы узнали об алюминии?
3. Решили ли мы проблему об активности алюминия?
4. Какими путями решали эту проблему?
5. К каким выводам пришли?
6. Оцените свою работу на уроке:
– материал усвоен (на всех этапах урока “4”,
“5”)
– материал усвоен недостаточно (оценки “3”, “4”)
V. Домашнее задание. 1, группа “А”: § 13 до стр.60.
2, группа “В”: § 13 до стр.60; Вопросы 1,2,3 на стр. 62.
3, группа “С”: § 13 до стр.60; используя материал
сегодняшнего урока, составьте цепочку
превращений алюминия и его соединений.
Алюминий ( Aluminium ) – химический элемент третьей группы периодической системы. Атомный номер 13, атомная масса 26,9815. Обозначается латинскими буквами Al. Это серебристо-белый металл, легкий (r = 2,7 г/см 3 ) , легкоплавкий (t пл = 660,4 °С) , пластичный, легко вытягивается в проволоку и фольгу. Электропроводность алюминия довольно высока и уступает только серебру ( Ag ) и меди ( Cu ) (в 2,3 раза больше чем у меди) Алюминий находится практически везде на земном шаре так как его оксид ( Al 2 O 3 ) составляет основу глинозема. Алюминий в природе встречается в соединениях – его основные минералы:
алунит – (Na, K) 2 SO 4 * Al 2 (SO 4 ) 3 * 4Al(OH) 3 ;
нефелин – (Na, K) 2 O * Al 2 O 3 * 2SiO 2 ;
корунд – Al 2 O 3 – прозрачные кристаллы;
полевой шпат (ортоклаз) – K 2 O * Al 2 O 3 * 6SiO 2 ;
каолинит – Al 2 O 3 * 2SiO 2 * 2H 2 O – важнейшая составляющая часть глины и другие алюмосиликаты, входящие в состав глин.
И хотя содержание его в земной коре 8,8% (для сравнения, например, железа в земной коре 4,65% – в два раза меньше) , а по распространенности занимает третье место после кислорода ( O ) кремния ( Si ) в свободном состоянии впервые был получен в 1825 году Х. К. Эрстедом
Немецкий химик Ф. Вёлер в 1827 получил алюминий при нагревании хлорида алюминия AlCl 3 со щелочными металлами калием ( K ) и натрием ( Na ) без доступа воздуха
AlCl 3 + 3K 3KCl + Al (Реакция протекает с выделением тепла)
Для промышленного применения этот способ неприменим из-за его экономической невыгодности, поэтому был разработан способ добычи алюминия из бокситов путем электролиза. Это весьма энергоемкое производство, поэтому заводы, производящие алюминий, как правило, располагаются недалеко от электростанций
Алюминий отличается также своей химической активностью. Порошкообразный алюминий энергично сгорает на воздухе. Если поверхность алюминия потереть солью ртути ( HgCl 2 ) , то произойдет следующая реакция 2Al + 3HgCl 2 2AlCl 3 + 3Hg Выделившаяся ртуть растворяет алюминий с образованием сплава алюминия с ртутью – амальгаму, которая не удерживается на поверхности алюминия, поэтому, если результат этого опыта поместить в воду, то мы увидим бурную реакцию 2Al +6HOH 2Al(OH) 3 Ї + 3H 3 Эта реакция говорит об очень высокой химической активности чистого алюминия
Остается удивляться как посуда из алюминия не растворяется прямо у нас на глазах когда мы наливаем в неё воду
Секрет подобного поведения алюминия прост – он настолько активен, что именно благодаря этой своей способности столь интенсивно окисляться постоянно покрыт плотной окисной пленкой Al 2 O 3 которая и препятствует его дальнейшему окислению
Инертность оксида алюминия настолько велика, что покрытый им алюминий практически не реагирует с концентрированной и разбавленной азотной кислотой ( HNO 3 ) , с трудом взаимодействует с концентрированной и разбавленной серной кислотой
( H 2 SO 4 ) ,не растворяется в ортофосфорной кислоте ( H 3 PO 4 ) . Хотя, даже при обычной температуре, реагирует с хлором ( Cl 2 ) и бромом ( Br 2 ) а при нагревании с фтором ( F 2 ) , йодом ( I 2 ) , серой ( S ) , углеродом ( C ) , азотом ( N 2 ) , растворяется в растворах щелочей .
Оксид алюминия используют для получения некоторых марок цемента, для обработки поверхностей, так как он обладает высокой твердостью (разновидность оксида – корунд)
Оксид алюминия (глинозем) существует в нескольких кристаллических модификациях из которых устойчивы a-форма и g-форма. Но даже только одна форма a- Al 2 O 3 в природе очень многолика – это и рубин и сапфир, лейкосапфир и др. – все это разновидности минерала корунд
g-Форма более химически активна, может существовать и аморфном состоянии но при 900 °С необратимо переходит в a-форму
Температура плавления оксида алюминия 2053 °С (а кипения вообще больше 3000 °С) . Для сравнения – температура плавления самого алюминия 660,4 °С. Поэтому и возникали трудности с добычей алюминия, несмотря на его широкое распространение
Оксид алюминия Al2O3 получают либо сжиганием алюминия путем вдувания порошка алюминия в пламя горелки, 4Al + 3O 2 2Al 2 O 3
либо превращением по схеме
HCl или H 2 SO 4
NaOH или KOH
t °С
Al
—->
соль
—->
Al(OH) 3
—->
Al 2 O 3
Чистый алюминий добывается методом электролиза раствора глинозема в расплавленном криолите (6-8% Al 2 O 3 и 94-92% Na 3 AlF 6 ) или электролизом AlCl 3
Гидрооксид алюминия Al(OH) 3 используется для крашения тканей, для изготовления керамики и как нейтрализующий агент
На практике очень широкое применение получил так называемый термит – смесь оксида железа Fe 3 O 4 с алюминием. При поджоге данной смеси с помощью магниевой ленты происходит бурная реакция с обильным выделением тепла
8Al + 3Fe 3 O 4 4Al 2 O 3 + 9Fe Данный процесс используют при сварке. Иногда для получения некоторых чистых металлов в свободном виде
Есть также иное использование данной реакции – если обратить внимание на соединение железа до реакции и его состояние после реакции, то можно заметить, что до начала реакции это был оксид железа – а именно – ржавчина , а после реакции – чистое восстановленное железо. Этот эффект используют для химической защиты и удаления ржавчины
Поэтому алюминий очень широко используется в технике не только как основа легких сплавов, но и как раскислитель сталей, для восстановления металлов из оксидов (алюмотермия – см. пример выше) , в электротехнике
Алюминий в технике также используют для насыщения поверхности стальных и чугунных изделий с целью защиты этих изделий от коррозии – этот процесс называется алитирование
Тонкая алюминиевая фольга используется как упаковочный материал для продуктов питания (например шоколада) , более толстая – для изготовления банок для напитков
Алюминиевые сплавы обладают малой плотностью (2,5 – 3,0 г/см 3 ) в сочетании с достаточно хорошими механическими свойствами и удовлетворительной устойчивостью к окислению. По своим прочностным характеристикам и по износостойкости они уступают сталям, некоторые из них также не обладают хорошей свариваемостью, но многие из них обладают характеристиками, превосходящими чистый алюминий
Особо выделяются алюминиевые сплавы с повышенной пластичностью, содержащие до 2,8% Mg и до 2,5% Mn – они обладают большей, чем чистый алюминий прочностью, легко поддаются вытяжке, близки по коррозионной стойкости к алюминию
Дуралюмины – от французского слова dur – твердый, трудный и aluminium – твердый алюминий. Дуралюмины – сплавы на основе алюминия, содержащие:
1,4-13% Cu ,
0,4-2,8% Mg ,
0,2-1,0% Mn ,
иногда 0,5-6,0% Si ,
5-7% Zn ,
0,8-1,8% Fe ,
0,02-0,35% Ti и др.
Дуралюмины – наиболее прочные и наименее коррозионно-стойкие из алюминиевых сплавов. Склонны к межкристаллической коррозии. Для защиты листового дуралюминия от коррозии его поверхность плакируют чистым алюминием. Они не обладают хорошей свариваемостью, но благодаря своим остальным характеристикам применяются везде, где необходима прочность и легкость. Наибольшее применение нашли в авиастроении для изготовления некоторых деталей турбореактивных двигателей
5-13% Mg ,
0,2-1,6% Mn ,
иногда 3,5-4,5% Zn ,
1,75-2,25% Ni ,
до 0,15% Be ,
до 0,2% Ti ,
до 0,2% Zr и др.
Магналии отличаются высокой прочностью и устойчивостью к коррозии в пресной и даже морской воде. Магналии также хорошо устойчивы к воздействию азотной кислоты HNO 3 , разбавленной серной кислоты H 2 SO 4 , ортофосфорной кислоты H 3 PO 4 а также в средах, содержащих SO 2
Применяются как конструкционный материал в:
авиастроении;
судостроении;
машиностроении (сварные баки, заклепки, бензопроводы, маслопроводы) ;
для изготовления арматуры строительных сооружений;
для изготовления деталей холодильных установок;
для изготовления декоративных бытовых предметов и др.
При содержании Mg выше 6% магналии склонны к межкристаллической коррозии. Обладают более низкими литейными свойствами, чем силумины
Силумины – сплавы на основе алюминия с большим содержанием кремния ( Si )
В состав силуминов входят:
3-26% Si,
1-4% Cu,
0,2-1,3% Mg,
0,2-0,9% Mn,
иногда 2-4% Zn,
0,8-2% Ni,
0,1-0,4% Cr,
0,05-0,3% Ti и др.
При своих относительно невысоких прочностных характеристиках силумины обладают наилучшими из всех алюминиевых сплавов литейными свойствами. Они наиболее часто используются там, где необходимо изготовить тонкостенные или сложные по форме детали
По коррозионной стойкости занимают промежуточное положение между дуралюминами и магналиями
Нашли свое основное применение в:
авиастроении;
вагоностроении;
автомобилестроении и строительстве сельскохозяйственных машин для изготовления картеров, деталей колес, корпусов и деталей приборов.
Муниципальное общеобразовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа №8
Творческая работа по химии
«Приключения Алюминия»
(Художественный образ вещества или химического процесса)
Выполнила: учащаяся 9 класса «А»
Пятибратова Анна
п. Шолоховский
2011- 2012 уч. год
Приключения Алюминия.
Жил-был Алюминий в земной коре в виде алюмосиликатов, боксита, корунда.
И вот однажды датский химик Х.К.Эрстед совершил чудо: впервые получил Алюминий химическим путем. Получился Алюминий хоть куда – легкий, серебристо-белый. А уж какой пластичный. Естественно, много у него появилось друзей, и со всеми он был такой активный.
Как-то раз встретился Алюминий со своим другом Гидроксидом натрия (NaOH), который поведал ему свою печальную историю: сестра его, Вода (H2O), ушла из дома и пропала. Решили друзья отправиться на поиски Воды. По дороге встречали они и друзей, и врагов. И вот в одной такой встрече Алюминий чуть не погиб, его хотел забрать к себе в царство Оксидов Кислород, но, как известно, смелый, бесстрашный Алюминий на воздухе довольно устойчив, так как его поверхность покрывается очень плотной пленкой оксида, предохраняющей металл от контакта с воздухом.
Продолжили друзья путь, лишь слегка испугавшись. Но на пути им повстречались злые силы. Они сняли с Алюминия защитную оксидную пленку, из-за этого Алюминий начал энергично взаимодействовать с кислородом и водяными парами воздуха, превращаясь в рыхлую массу – Гидроксид алюминия:
4Al + 3O2 + 6H2O = 4Al(OH)3
Повсюду стало тепло – это стала выделяться теплота. Пришлось продолжить поиски в таком виде.
Вскоре нашли друзья Воду в старом заброшенном колодце. Злой колдун ее отравил, и она горько плакала. Но Гидроксид Алюминия ее успокоил, обнял – и возвратилась Вода домой чистая и невредимая. Ведь известно, что Гидроксид Алюминия обладает свойствами поглощать различные вещества и что его применяют при очистке воды.
Вот так и прожил один день этот замечательный металл.
§ 16. Алюминий
Строение и свойства атомов. Алюминий Аl — элемент главной подгруппы III группы (IIIA группы) 3-го периода Периодической системы Д. И. Менделеева.
Атом алюминия содержит на внешнем энергетическом уровне три электрона, которые он легко отдаёт при химических взаимодействиях. У родоначальника подгруппы и верхнего соседа алюминия — бора радиус атома меньше (у бора он равен 0,080 нм, у алюминия — 0,143 нм).
Кроме того, у атома алюминия появляется один промежуточный восьмиэлектронный слой (2ё; 8ё; Зё), который препятствует притяжению внешних электронов к ядру. Поэтому у атомов алюминия восстановительные свойства выражены гораздо сильнее, чем у атомов бора, который проявляет неметаллические свойства.
Почти во всех своих соединениях алюминий имеет степень окисления +3.
Алюминий — простое вещество. Серебристо-белый лёгкий металл. Плавится при 660 °С. Очень пластичен, легко вытягивается в проволоку и прокатывается в фольгу толщиной до 0,01 мм. Обладает очень большой электрической проводимостью и теплопроводностью. Образует с другими металлами лёгкие и прочные сплавы.
Алюминий — очень активный металл. В ряду напряжений он находится сразу же после щелочных и щёлочноземельных металлов. Однако при комнатной температуре на воздухе алюминий не изменяется, поскольку его поверхность покрыта очень прочной тонкой плёнкой оксида, которая защищает металл от воздействия с компонентами воздуха и воды.
Если порошок алюминия или тонкую алюминиевую фольгу сильно нагреть, то они воспламеняются и сгорают ослепительным пламенем:
Эту реакцию вы наблюдаете при горении бенгальских огней и фейерверков.
Алюминий, как и все металлы, легко реагирует с неметаллами, особенно в порошкообразном состоянии. Для того чтобы началась реакция, необходимо первоначальное нагревание (за исключением реакций с галогенами — хлором и бромом), зато потом все реакции алюминия с неметаллами идут очень бурно и сопровождаются выделением большого количества теплоты:
Алюминий хорошо растворяется в разбавленных серной и соляной кислотах:
А вот концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют алюминий, образуя на поверхности металла плотную, прочную оксидную плёнку, которая препятствует дальнейшему протеканию реакции. Поэтому эти кислоты перевозят в алюминиевых цистернах.
Как вы уже знаете, оксид и гидроксид алюминия обладают амфотерными свойствами. Алюминий растворяется в водных растворах щелочей, образуя соли — алюминаты, которые называют комплексными1:
1 При взаимодействии гидроксида и оксида алюминия с растворами щелочей также образуются комплексные соли, например Na[Al(OH)4].
Алюминий широко используют в металлургии для получения металлов — хрома, марганца, ванадия, титана, циркония из их оксидов. Как вы помните, этот способ носит название алюминотермии. На практике часто применяют термит — смесь Fe3O4 с порошком алюминия. Если эту смесь поджечь, например, с помощью магниевой ленты, то происходит энергичная реакция с выделением большого количества теплоты:
Выделяющейся теплоты вполне достаточно для полного расплавления образующегося железа, поэтому этот процесс используют для сварки стальных изделий.
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 Аl2O3 на составные части с помощью электрического тока. Но температура плавления оксида алюминия около 2050 °С, поэтому для проведения электролиза необходимы большие затраты энергии.
Технически доступным металлом алюминий стал после того, как в 1886 г. американский и французский учёные Ч. Холл и П. Эру установили, что оксид алюминия хорошо растворяется в расплавленном при 1000 °С криолите, формула которого Na3AlF6, с образованием электропроводного расплава. Расплав оксида алюминия в криолите подвергают электролизу в специальных установках (рис. 63) на алюминиевых заводах.
Рис. 63.
Схема электролизной установки для получения алюминия:
1 — электролит — расплавленный криолит с добавками фторидов кальция и алюминия (для снижения температуры плавления) и оксид алюминия (добавляют периодически); 2 — угольный катод; 3 — угольный анод; 4 — корка из застывшего оксида алюминия, защищающая расплавленный алюминий от окисления; 5 — стальная ванна; 6 — патрубок для отбора расплавленного алюминия
Мировое производство алюминия постоянно увеличивается. В настоящее время он оттеснил на третье и последующие места медь и другие цветные металлы и стал вторым по значению металлом продолжающегося железного века.
Алюминий почти втрое легче стали и устойчив к коррозии, поэтому выгоднее стали в тех областях применения, где требуются эти свойства (рис. 64).
Рис. 64.
Основные области применения алюминия и его сплавов
Соединения алюминия. В природе алюминий встречается только в виде соединений и по распространённости в земной коре занимает первое место среди металлов и третье — среди всех элементов (после кислорода и кремния). Общее содержание алюминия в земной коре составляет около 9% (по массе).
Укажем важнейшие природные соединения алюминия.
Алюмосиликаты. Эти соединения можно рассматривать как соли, образованные оксидами алюминия, кремния, щелочных и щёлочноземельных металлов. Они и составляют основную массу земной коры. В частности, алюмосиликаты входят в состав полевых шпатов — наиболее распространённых минералов и глин.
Боксит (рис. 65, а) — горная порода, из которой получают алюминий, содержит оксид алюминия Аl2O3.
Рис. 65.
Природные соединения алюминия:
а — боксит; б — корунд; в — рубин; г — сапфир
Корунд (рис. 65, б) — минерал состава Аl2O3, обладает очень высокой твёрдостью, его мелкозернистая разновидность, содержащая примеси, — наждак — применяется как абразивный (шлифовочный) материал.
Эту же формулу имеет и другое природное соединение — глинозём.
Хорошо известны прозрачные, окрашенные примесями кристаллы корунда: красные — рубины (рис. 65, в) и синие — сапфиры (рис. 65, г), которые используют как драгоценные камни. В настоящее время их получают искусственно и используют не только в ювелирном деле, но и для технических целей, например для изготовления деталей часов и других точных приборов. Кристаллы рубинов применяют в лазерах.
Оксид алюминия Аl2O3 — белое вещество с очень высокой температурой плавления. Может быть получен разложением при нагревании соответствующего ему гидроксида алюминия:
Гидроксид алюминия Аl(OН)3 выпадает в виде белого студенистого осадка при действии щелочей на растворы солей алюминия (рис. 66), например:
АlСl3(изб) + 3NaOH = Аl(ОН)3↓ + 3NaCl.
Рис. 66.
Получение гидроксида алюминия реакцией обмена из растворимой соли алюминия
Как амфотерный гидроксид, он легко растворяется в щелочах и кислотах (рис. 67):
Аl(ОН)3 + NаОН(изб) = Na[Al(OH)4],
Аl(ОН)3 + 3HN03 = Al(NO3)3 + 3H2O.
Рис. 67.
Химические свойства гидроксида алюминия:
а — взаимодействие с щёлочью; б — взаимодействие с кислотой
Лабораторный опыт № 16
Получение гидроксида алюминия и исследование его свойств
Выберите правильные суждения. 1 . Применение фреонов в производстве и быту приводит к образованию кислотных дождей. 2. Изменения почвы, происходящие в процессе ее формирования, сходны с сукцессионными изменениями экосистем. 3. Неумелое применение удобрений и ядохимикатов в сельском хозяйстве приводит к нарушению круговорота веществ в экосистемах. 4. Строительство очистных сооружений позволяет полностью решить проблему загрязнения биосферы. 5. Кислород, углекислый газ и азот участвуют в основных биогеохимических циклах. 6. Биологическая продуктивность агроценоза выше, чем у любого естественного биоценоза. 7. Уменьшение площади лесов нарушает круговороты кислорода и углекислого газа в биосфере. 8. Деятельность человека может оказать положительное воздействие на развитие естественных популяций. 9. Кислород в атмосферу поступает в основном в результате деятельности фитопланктона океанов и морей. 10. Загрязнение атмосферы сказывается на состоянии всех природных экосистем.
15/10=3/2 докажите что равенство является пропорцией
а)а:2-400=600 б) (500+х):6=100 решите уравнения и сделайте проверку
Прямолинейный проводник длиной 120 см движется в однородном магнитном поле под углом 90° к силовым линиям со скоростью 15 м/с. Определите индукцию поля, если в проводнике создается ЭДС индукции 0,12 В.
Решите уравнение 9ц 16/51 – x = 4ц 11/34
объяснить смысл слова кивай
Увеличится или уменьшится произведение двух чисел, если а)одно из них умножить на 1 3/5; б)одно из них умножить на 1,6 а другое на 5/8?
Как развивались события в Восточном фронте в 1918-1919 гг?
Реферат на тему ремесла українського народу
Написать вопросительное предложение, выражающее удивление. Составить предложение, в котором ты выразишь пожелания своим близким.
Урок № 14 в теме “Металлы”, по учебнику О.С.
Габриеляна “Химия, 9 класс”, составлен в
соответствии с образовательной программой с
использованием субъектного опыта учащихся, на
основе технологии личностно-ориентированного
обучения И.С. Якиманской.
Задачей учителя является полное раскрытие
возможностей и способностей каждого ученика,
развитие его неповторимой индивидуальности. В
каждом ребёнке существует потребность в
актуализации своих интеллектуальных,
коммуникативных, художественных и физических
способностей. Важно побудить и поддержать
стремление учащихся к проявлению и развитию
своих природных и социально приобретённых
возможностей. В том числе и в познании химии.
Основой моей педагогической деятельности
является личностно-ориентированное обучение
химии. Процесс обучения строится на принципах:
самоактуализации, индивидуальной личностной
направленности, выбора, творчества и успеха,
доверия и педагогической поддержки учащихся.
Все эти принципы легли в основу урока
“Алюминий: химический элемент и простое
вещество” в 9 классе. Это урок новых знаний с
элементами исследовательской работы. Метод
обучения – проблемный. Основные формы: беседа,
самостоятельная работа, лабораторная работа,
химический эксперимент. В ходе урока мною
использованы методы: диалога, рефлексивные,
создания ситуации выбора и успеха.
На начальном этапе изучения нового материала
актуализирован субъективный опыт учащихся. Это
позволяет судить не только об уровне усвоения
предыдущего материала, но и формировать новые
знания и умения в развитии.
Большое место в ходе урока занимает химический
эксперимент. Он проводится как учителем, так и
учащимися. Этот метод позволяет реально увидеть
решение поставленной в ходе урока проблемы (на
данном уроке – активный ли металл алюминий).
На уроке для учащихся постоянно создаются
ситуации выбора учебных заданий и форм их
выполнения, подбора инструментария.
Цели: создать условия для:
исследования учащимися физических и химических
свойств алюминия;
развивать представления о переходных
химических элементах, умения и навыки
самостоятельной и групповой деятельности;
воспитания культуры работы с химическими
реактивами, соблюдения правил техники
безопасности.
Понятия: химический знак “Аl”, химический
элемент, простое вещество, электронная оболочка,
степень окисления, переходный элемент,
амфотерные соединения.
Оборудование: Периодическая система
химических элементов Д.И.Менделеева, коллекция
“Алюминий и его сплавы”, алюминий: фольга,
проволока, порошок, растворы соляной кислоты и
гидроксида натрия, таблицы “Относительная
твёрдость металлов”, “Плотность металлов”,
“Температура плавления металлов”,
“Относительная теплопроводность и
электрическая проводимость металлов”.
Тип урока: изучение нового материала
Оргформа: урок-исследование
ХОД УРОКА
І. Организационный этап.
ІІ. Изучение нового материала.
1. Погружение в тему урока.
Формулировка темы урока осуществляется с
помощью выполнения задания с опорой на ранее
приобретённые знания и собственные наблюдения
Учитель: – Мы продолжаем изучение большой и
важной темы “Металлы”. 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)
Учитель: – Таким образом, тема нашего урока:
“Алюминий – химический элемент и простое
вещество”.
2. Актуализация и обогащение
субъективного опыта учащихся.
Учитель: – С чего мы начинаем изучение
химического элемента?
Учащийся: – С характеристики его положения в
Периодической системе Д.И.Менделеева.
Учитель: – Сейчас вам предлагается
осуществить данную задачу, а именно дать
характеристику алюминию по положению его в
Периодической системе химических элементов
Д.И.Менделеева.
Учащимся предлагается самостоятельно
выполнить данное задание в тетрадях. Данное
задание может быть выполнено полностью
самостоятельно и оценено высоким баллом, либо с
использованием “помогалочки”.
Приложение №1
План – характеристика химического
элемента.
Порядковый номер.
Атомная масса.
Период (малый, большой)
Группа (подгруппа А, В)
Строение атома (заряд ядра, число протонов,
нейтронов, электронов, электронная формула.)
Степень окисления.
Оксиды.
Летучие водородные соединения.
Рефлексия этапа работы.
После выполнения задания в классе
разворачивается коллективное обсуждение по
следующим вопросам:
Сколько электронов находится на внешнем уровне
атома алюминия?
Ответ: три электрона.
Какую степень окисления проявляет алюминий?
Ответ: +3
Алюминий будет отдавать или принимать
электроны?
Ответ: отдавать.
Значит алюминий это…
Ответ: металл.
Какой же это металл: активный или неактивный?
Ответы могут быть разные: из своего жизненного
опыта ребята отвечают, что это неактивный металл
(алюминиевые провода не реагируют с водой),
другие делают предположение об активности
алюминия, так как он находится в
электрохимическом ряду напряжения металлов
сразу после активных металлов.
Учитель: – Для решения вопроса об активности
алюминия, что мы должны рассмотреть?
Учащийся: – Физические и химические свойства
алюминия, как простого вещества?
Учитель: – Используя свои наблюдения,
коллекцию “Алюминий и его сплавы” и другие
выданные вам материалы назовите физические
свойства алюминия.
Для более чётких и быстрых ответов
используются таблицы “Относительная твёрдость
металлов”, “Плотность металлов”, “Температура
плавления металлов”, “Относительная
теплопроводность и электрическая проводимость
металлов”, которые находятся на каждой парте.
Примерные ответы. Физические свойства
алюминия:
Серебристо- белого цвета
Твердость. Аl – 2,9 (Cr – 9, Na – 0,4)
Плотность. Аl – 2,7 , лёгкий (платина – 21,45, натрий –
0,97)
Плавкость. Al – 660 (вольфрам – 3370 , натрий – 98)
Большая электро- и теплопроводность.
Очень пластичен.
Каждое свойство дополняется примером из своих
жизненных наблюдений.
Учитель: – Смогли ли мы, рассмотрев физические
свойства алюминия, ответить на вопрос об его
активности?
Учащийся: – Нет.
Учитель: – Рассмотрим химические свойства
алюминия. Предлагается демонстрация опытов
“Взаимодействие алюминия с простыми веществами:
йодом, серой и кислородом.
Опыт 1. Взаимодействие алюминия с йодом.
Предварительно готовят смесь порошка алюминия
с йодом (в массовых соотношениях 1 : 15). Данную
смесь помещают в фарфоровую чашку горкой. Из
пипетки
На середину смеси капают несколько капель воды.
Происходит бурная химическая реакция. Наблюдают
выделение фиолетовых паров йода и горение
металла.
Опыт 2. Взаимодействие алюминия с серой.
Смешивают размельченную серу и порошок
алюминия в соотношениях 1 : 1. Смесь поместить в
фарфоровую чашку или асбестированную сетку.
Горящей лучинкой поджечь смесь. Наблюдаем
реакцию.
Опыт 3. Горение алюминия.
Порошок алюминия помещаем в ложечку для
сжигания веществ. Сверху кладём кусочек
магниевой ленты или в её отсутствии 2–3 спичечные
головки. Поджигаем. После начала горения, ложечку
вносим, в предварительно набранную кислородом,
колбу.
Наблюдаем яркое ослепительное пламя.
(Учитель спрашивает, где ребята наблюдали
подобное явление, то они почти сразу называют
горение бенгальских огней.)
После демонстрации учащимся предлагается
выполнить задание по выяснению отношения
алюминия к простым веществам.
Задание
(Групповая работа)
Цель: выяснить отношение алюминия к простым
веществам – йоду, сере, кислороду, как
восстановителя.
1. Напишите уравнения реакций, происходящих
между алюминием и йодом, алюминием и кислородом.
2. Укажите окислитель и восстановитель.
3. Сделайте вывод о химической активности
алюминия по отношению к простым веществам.
4. Проверьте друг у друга правильность записей по
образцу.
5* Если вы затрудняетесь в написании
окислительно-восстановительной реакции,
пользуйтесь алгоритмом.
Алгоритм для выполнения заданий
на окисление – восстановление
1. Определите степени окисления элементов в
обеих частях уравнения.
2. Сравните степени окисления каждого из
элементов до и после реакции.
3. Сделайте вывод об изменении степей окисления
(понижение – признак восстановления, повышение
– признак окисления)
Образец выполнения задания
Вывод: алюминий – активный металл.
Учитель: – При каких условиях алюминий
реагировал с простыми веществами?
Учащийся: – При использовании дополнительной
энергии или катализатора (Н2О).
Учитель: – При комнатной температуре на
воздухе алюминий не изменяется, поскольку его
поверхность покрыта очень прочной тонкой
оксидной плёнкой, которая и защищает металл от
внешних воздействий и воды.
Учитель: – Посмотрим, как ведёт себя алюминий
по отношению к сложным веществам?
Выполнение лабораторных опытов
“Взаимодействие алюминия с раствором соляной
кислоты”, “ Взаимодействие алюминия с раствором
гидроксида натрия”.
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.
Задание:
1. Выполните опыты.
2. Обговори с соседом по парте наблюдаемое.
3. Запишите уравнения реакций.
4. Сделай вывод.
5* Если затрудняешься в написании
уравнений, открой стр. 58-59 учебника.
Фронтальная проверка. Комментированное
чтение.
При этом виде работы учащиеся получают
возможность участвовать в самопроверке знаний и
умений, совершенствуют свою речь, обращают
внимание на правильное употребление химических
терминов и названий веществ.
Образец выполнения лабораторной
работы.
Опыт 1.
Наблюдали: алюминий хорошо растворяется в
растворе соляной кислоты, выделяется газ
водород.
Вывод: Алюминий – активный
металл.
Опыт 2.
Наблюдали: алюминий взаимодействует с
раствором гидроксида натрия с выделением
водорода.
Вывод: Алюминий образует
амфотерные соединения.
ІІІ. Ситуация выбора в процессе проверки
усвоения знаний.
Учащиеся для проверки усвоения знаний отдают
предпочтение одному из вариантов заданий, для
наиболее полного проявления своей активности.
Учитель поясняет каждый из предложенных
вариантов, показывает значимость его выполнения,
раскрывает критерии его оценки. Для правильного
выбора задания ребятам предлагается
познакомиться с советами.
Советы при выполнении
индивидуального выбора задания.
1. Внимательно прочти все задания.
2. Соотнеси своё желание в получении хорошей
отметки с собственными возможностями
правильного выполнения задания.
3. Выбирай и решай!
4. Проверь полученные результаты и мысленно оцени
себя.
Задания
Часть А. на “3”
Закончите уравнения реакции.
Назови продукты реакции.
Al + Br2
Al + H2SO4 (p-p)
Часть В. на “4”
Осуществите превращения:
Al Al2 O3 Al Cl3
Al AlCl3 Al2 (SO4)3
Назовите продукты реакций.
Часть С. на “5”
Что является веществом Х в реакциях:
Al + X Al (OH)3
Al + X Al2 O3
Проверка проводится сразу после выполнения
заданий по готовым ответам на доске.
ІV. Подведение итогов урока. Рефлексия.
1. Над какой темой мы сегодня работали?
2. Что нового вы узнали об алюминии?
3. Решили ли мы проблему об активности алюминия?
4. Какими путями решали эту проблему?
5. К каким выводам пришли?
6. Оцените свою работу на уроке:
– материал усвоен (на всех этапах урока “4”,
“5”)
– материал усвоен недостаточно (оценки “3”, “4”)
V. Домашнее задание.
1, группа “А”: § 13 до стр.60.
2, группа “В”: § 13 до стр.60; Вопросы 1,2,3 на стр. 62.
3, группа “С”: § 13 до стр.60; используя материал
сегодняшнего урока, составьте цепочку
превращений алюминия и его соединений.
Алюминий ( Aluminium ) – химический элемент третьей группы периодической системы. Атомный номер 13, атомная масса 26,9815. Обозначается латинскими буквами Al. Это серебристо-белый металл, легкий (r = 2,7 г/см 3 ) , легкоплавкий (t пл = 660,4 °С) , пластичный, легко вытягивается в проволоку и фольгу. Электропроводность алюминия довольно высока и уступает только серебру ( Ag ) и меди ( Cu ) (в 2,3 раза больше чем у меди) Алюминий находится практически везде на земном шаре так как его оксид ( Al 2 O 3 ) составляет основу глинозема. Алюминий в природе встречается в соединениях – его основные минералы:
алунит – (Na, K) 2 SO 4 * Al 2 (SO 4 ) 3 * 4Al(OH) 3 ;
нефелин – (Na, K) 2 O * Al 2 O 3 * 2SiO 2 ;
корунд – Al 2 O 3 – прозрачные кристаллы;
полевой шпат (ортоклаз) – K 2 O * Al 2 O 3 * 6SiO 2 ;
каолинит – Al 2 O 3 * 2SiO 2 * 2H 2 O – важнейшая составляющая часть глины и другие алюмосиликаты, входящие в состав глин.
И хотя содержание его в земной коре 8,8% (для сравнения, например, железа в земной коре 4,65% – в два раза меньше) , а по распространенности занимает третье место после кислорода ( O ) кремния ( Si ) в свободном состоянии впервые был получен в 1825 году Х. К. Эрстедом
Немецкий химик Ф. Вёлер в 1827 получил алюминий при нагревании хлорида алюминия AlCl 3 со щелочными металлами калием ( K ) и натрием ( Na ) без доступа воздуха
AlCl 3 + 3K 3KCl + Al (Реакция протекает с выделением тепла)
Для промышленного применения этот способ неприменим из-за его экономической невыгодности, поэтому был разработан способ добычи алюминия из бокситов путем электролиза. Это весьма энергоемкое производство, поэтому заводы, производящие алюминий, как правило, располагаются недалеко от электростанций
Алюминий отличается также своей химической активностью. Порошкообразный алюминий энергично сгорает на воздухе. Если поверхность алюминия потереть солью ртути ( HgCl 2 ) , то произойдет следующая реакция 2Al + 3HgCl 2 2AlCl 3 + 3Hg Выделившаяся ртуть растворяет алюминий с образованием сплава алюминия с ртутью – амальгаму, которая не удерживается на поверхности алюминия, поэтому, если результат этого опыта поместить в воду, то мы увидим бурную реакцию 2Al +6HOH 2Al(OH) 3 Ї + 3H 3 Эта реакция говорит об очень высокой химической активности чистого алюминия
Остается удивляться как посуда из алюминия не растворяется прямо у нас на глазах когда мы наливаем в неё воду
Секрет подобного поведения алюминия прост – он настолько активен, что именно благодаря этой своей способности столь интенсивно окисляться постоянно покрыт плотной окисной пленкой Al 2 O 3 которая и препятствует его дальнейшему окислению
Инертность оксида алюминия настолько велика, что покрытый им алюминий практически не реагирует с концентрированной и разбавленной азотной кислотой ( HNO 3 ) , с трудом взаимодействует с концентрированной и разбавленной серной кислотой
( H 2 SO 4 ) ,не растворяется в ортофосфорной кислоте ( H 3 PO 4 ) . Хотя, даже при обычной температуре, реагирует с хлором ( Cl 2 ) и бромом ( Br 2 ) а при нагревании с фтором ( F 2 ) , йодом ( I 2 ) , серой ( S ) , углеродом ( C ) , азотом ( N 2 ) , растворяется в растворах щелочей .
Оксид алюминия используют для получения некоторых марок цемента, для обработки поверхностей, так как он обладает высокой твердостью (разновидность оксида – корунд)
Оксид алюминия (глинозем) существует в нескольких кристаллических модификациях из которых устойчивы a-форма и g-форма. Но даже только одна форма a- Al 2 O 3 в природе очень многолика – это и рубин и сапфир, лейкосапфир и др. – все это разновидности минерала корунд
g-Форма более химически активна, может существовать и аморфном состоянии но при 900 °С необратимо переходит в a-форму
Температура плавления оксида алюминия 2053 °С (а кипения вообще больше 3000 °С) . Для сравнения – температура плавления самого алюминия 660,4 °С. Поэтому и возникали трудности с добычей алюминия, несмотря на его широкое распространение
Оксид алюминия Al2O3 получают либо сжиганием алюминия путем вдувания порошка алюминия в пламя горелки, 4Al + 3O 2 2Al 2 O 3
либо превращением по схеме
HCl или H 2 SO 4
NaOH или KOH
t °С
Al
—->
соль
—->
Al(OH) 3
—->
Al 2 O 3
Чистый алюминий добывается методом электролиза раствора глинозема в расплавленном криолите (6-8% Al 2 O 3 и 94-92% Na 3 AlF 6 ) или электролизом AlCl 3
Гидрооксид алюминия Al(OH) 3 используется для крашения тканей, для изготовления керамики и как нейтрализующий агент
На практике очень широкое применение получил так называемый термит – смесь оксида железа Fe 3 O 4 с алюминием. При поджоге данной смеси с помощью магниевой ленты происходит бурная реакция с обильным выделением тепла
8Al + 3Fe 3 O 4 4Al 2 O 3 + 9Fe Данный процесс используют при сварке. Иногда для получения некоторых чистых металлов в свободном виде
Есть также иное использование данной реакции – если обратить внимание на соединение железа до реакции и его состояние после реакции, то можно заметить, что до начала реакции это был оксид железа – а именно – ржавчина , а после реакции – чистое восстановленное железо. Этот эффект используют для химической защиты и удаления ржавчины
Поэтому алюминий очень широко используется в технике не только как основа легких сплавов, но и как раскислитель сталей, для восстановления металлов из оксидов (алюмотермия – см. пример выше) , в электротехнике
Алюминий в технике также используют для насыщения поверхности стальных и чугунных изделий с целью защиты этих изделий от коррозии – этот процесс называется алитирование
Тонкая алюминиевая фольга используется как упаковочный материал для продуктов питания (например шоколада) , более толстая – для изготовления банок для напитков
Алюминиевые сплавы обладают малой плотностью (2,5 – 3,0 г/см 3 ) в сочетании с достаточно хорошими механическими свойствами и удовлетворительной устойчивостью к окислению. По своим прочностным характеристикам и по износостойкости они уступают сталям, некоторые из них также не обладают хорошей свариваемостью, но многие из них обладают характеристиками, превосходящими чистый алюминий
Особо выделяются алюминиевые сплавы с повышенной пластичностью, содержащие до 2,8% Mg и до 2,5% Mn – они обладают большей, чем чистый алюминий прочностью, легко поддаются вытяжке, близки по коррозионной стойкости к алюминию
Дуралюмины – от французского слова dur – твердый, трудный и aluminium – твердый алюминий. Дуралюмины – сплавы на основе алюминия, содержащие:
1,4-13% Cu ,
0,4-2,8% Mg ,
0,2-1,0% Mn ,
иногда 0,5-6,0% Si ,
5-7% Zn ,
0,8-1,8% Fe ,
0,02-0,35% Ti и др.
Дуралюмины – наиболее прочные и наименее коррозионно-стойкие из алюминиевых сплавов. Склонны к межкристаллической коррозии. Для защиты листового дуралюминия от коррозии его поверхность плакируют чистым алюминием. Они не обладают хорошей свариваемостью, но благодаря своим остальным характеристикам применяются везде, где необходима прочность и легкость. Наибольшее применение нашли в авиастроении для изготовления некоторых деталей турбореактивных двигателей
5-13% Mg ,
0,2-1,6% Mn ,
иногда 3,5-4,5% Zn ,
1,75-2,25% Ni ,
до 0,15% Be ,
до 0,2% Ti ,
до 0,2% Zr и др.
Магналии отличаются высокой прочностью и устойчивостью к коррозии в пресной и даже морской воде. Магналии также хорошо устойчивы к воздействию азотной кислоты HNO 3 , разбавленной серной кислоты H 2 SO 4 , ортофосфорной кислоты H 3 PO 4 а также в средах, содержащих SO 2
Применяются как конструкционный материал в:
авиастроении;
судостроении;
машиностроении (сварные баки, заклепки, бензопроводы, маслопроводы) ;
для изготовления арматуры строительных сооружений;
для изготовления деталей холодильных установок;
для изготовления декоративных бытовых предметов и др.
При содержании Mg выше 6% магналии склонны к межкристаллической коррозии. Обладают более низкими литейными свойствами, чем силумины
Силумины – сплавы на основе алюминия с большим содержанием кремния ( Si )
В состав силуминов входят:
3-26% Si,
1-4% Cu,
0,2-1,3% Mg,
0,2-0,9% Mn,
иногда 2-4% Zn,
0,8-2% Ni,
0,1-0,4% Cr,
0,05-0,3% Ti и др.
При своих относительно невысоких прочностных характеристиках силумины обладают наилучшими из всех алюминиевых сплавов литейными свойствами. Они наиболее часто используются там, где необходимо изготовить тонкостенные или сложные по форме детали
По коррозионной стойкости занимают промежуточное положение между дуралюминами и магналиями
Нашли свое основное применение в:
авиастроении;
вагоностроении;
автомобилестроении и строительстве сельскохозяйственных машин для изготовления картеров, деталей колес, корпусов и деталей приборов.