Методическая разработка урока на тему «Алюминий и его соединения» (9 класс)

                                                             Я - металл незаменимый,
                                                               Очень летчиком любимый,
                                                                 Легкий, электропроводный,
                                                                 Но характер – переходный!

Вид урока:  комбинированный, урок получения и применения новых знаний.

Форма организации учебной деятельности обучающихся: фронтальная работа, групповая, беседа, лабораторная работа.

 Методы: проблемное изложение, частично-поисковые.

Оборудование урока: мультимедийный проектор,  электронные образовательные ресурсы, раздаточный материал, алюминий металлический, растворы Al(OH)3, HCl, NaOH, гранулы алюминия, вода, колбы, пробирки, фломастеры, бумага.

Цель урока:

осознание учащимися практической значимости алюминия в жизни человека на основе изучения его физических и химических свойств; рассмотреть химические свойства оксида и гидроксида алюминия; закрепить знания об амфотерности; научить доказывать амфотерный характер соединения.

Задачи урока:

-образовательная:  рассмотреть положение алюминия в Периодической системе химических элементов, изучить нахождение алюминия в природе, способы получения и химические свойства, сформировать понятие «пассивная поверхность», отметить практическую значимость алюминия и его соединений; уметь доказывать амфотерный характер соединения ,составлять уравнения  соответствующих химических реакций и объяснять их в свете представлений об электролитической диссоциации.

-воспитательная: формирование ключевых компетенций – готовности учащихся использовать усвоенные знания, умения и способы деятельности в реальной жизни для решения практических задач; воспитание научного мировоззрения и убежденности в познаваемости химической составляющей картины мира, умения работать в паре и группе, самостоятельно трудиться, умения рефлексии; формирование культуры химического эксперимента .
-развивающая: продолжить развивать умение работать с различными источниками информации и проводить лабораторные опыты; развивать умение сравнивать, обобщать, выделять главное, делать выводы.

Личностные результаты обучающихся:

- формирование познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей учащихся;

- самостоятельность в приобретении знаний и практических умений;

- формирование умений воспринимать, перерабатывать и предъявлять информацию в словесной, образной, символической формах, анализировать и перерабатывать полученную информацию в соответствии с поставленными задачами, выделять основное содержание прочитанного текста, находить в нём ответы на поставленные вопросы и излагать его;

- формирование умений работать в группе.

Метапредметные результаты:

- овладение навыками самостоятельного приобретения новых знаний;

- организации учебной деятельности, постановки целей, планирования, самоконтроля и оценки результатов своей деятельности, умениями предвидеть возможные результаты своих действий;

- формирование убеждения в закономерной связи и познаваемости явлений природы, в объективности научного знания, в высокой ценности науки в развитии материальной и духовной культуры людей;

- развитие теоретического мышления на основе формирования умений устанавливать факты, различать причины и следствия.

Предметные результаты:

Обучающиеся должны знать: характеристику элемента алюминия по его положению в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, определение амфотерных соединений.

Обучающиеся должны уметь: объяснять строение электронной оболочки атома алюминия; раскрывать физические свойства алюминия; записывать уравнения химических реакций, характеризующих его свойства; указывать нахождение алюминия в природе, а также области практического применения алюминия и его соединений; исследовать амфотерный характер гидроксида алюминия.

Технологии: технология развития критического мышления, ИКТ, здоровьесберегающая, технология деятельностного подхода.

Структура урока:

I этап – организационный
II этап – мотивационный
III этап – добыча новых знаний
IV этап – рефлексия.

                            Ход урока

I. Организационный момент. 

Учитель приветствует учащихся  и  отмечает отсутствующих.

Создание комфортной обстановки и положительной мотивации.

II. Мотивация и целеполагание

Изучая тему металлы, мы уже познакомились с некоторыми металлами… Это? (щелочные металлы, щелочноземельные металлы).

Металлы и изделия из них – это неотъемлемая часть жизни человека, части экономических отношений. Из собственного опыта вы знаете, что цена металлов очень варьирует: есть дешевые, а есть более дорогие. От чего это зависит? … Я хочу рассказать еще об одном драгоценном металле.

 В 19 веке этот металл был очень дорогим. Из него делали разнообразные ювелирные изделия. Так, Наполеон III (Племянник Наполеона 1) заказал из него пуговицы. В 1860-е годы каждая парижская модница непременно должна была иметь в своем наряде хотя бы одно украшение из этого металла, ценившегося выше серебра и золота. По приказу Наполеона III были изготовлены столовые приборы из этого металла, которые подавались на торжественных обедах императору и самым почётным гостям. Другие гости при этом пользовались приборами из традиционных драгоценных металлов — золота и серебра.

Д.И. Менделееву в 1889 г. были подарены весы с чашами из золота и этого металла. Как вы думаете, о каком металле идет речь?

Предположения учеников…

Сейчас это дешевый металл. Его еще называют металлом проводов, крылатым металлом… Да, это алюминий!

Запишем тему урока «Алюминий».

Целью нашего урока будет изучить строения алюминия, химические свойства этого металла и его соединений, а так же рассмотреть применение алюминия в жизни человека.

В 1827 г. выдающийся немецкий химик, врач по образованию Фридрих Велер получил никогда и никем невиданный металл. Несколько раньше этот же металл был получен Эрстедом. Вначале Велером металл был выделен из химического соединения в виде серого порошка, приобретавшего при растирании металлический блеск. Попытки получить металл в виде слитка или хотя бы крупных зерен оставались безрезультатными. Потребовалось 18 лет упорных исканий! В 1845 г. они увенчались успехом. Велер получил новый металл в виде зерен величиной с булавочную головку. Внешне он был похож на серебро , но в отличие от него был необычайно легок - в 4 раза легче серебра , в 3,5 раза легче меди и почти в 3 раза легче железа . Огромные трудности получения привели к тому, что этот легкий, серебристый и красивый металл на первых порах ценился дороже золота . Первоначально килограмм этого металла стоил 1280 рублей, т.е. на 80 рублей дороже равного веса золота . Его стали применять для ювелирных изделий, заняв место среди драгоценных металлов.

III. Актуализация опорных знаний.

1. Какие характерные общие физические и химические свойства металлов вы знаете?
2. Какие физические свойства обусловлены наличием металлической связи?
3. Чем объясняется восстановительная способность металлов?
4. Как меняется химическая активность металлов:                                                                                                                           а) в главных подгруппах?

б) в побочных подгруппах?

в) в каком виде металлы встречаются в природе?

IV. Новый материал урока.

С чего мы начинаем изучение химического элемента?
(С характеристики его положения в ПСХЭ Д.И. Менделеева.)

Сейчас вам предлагается осуществить данную задачу, а именно дать характеристику алюминия по его положению в Периодической системе.

I. Характеристика химического элемента

1.    Порядковый номер-13

2.    Атомная масса -27

3.    Период -3

4.    Группа- 3(подгруппа А,)

5.    Строение атома (заряд ядра +13, число протонов13, нейтронов14, электронов 13.

6.    Электронная формула: 13Al 2e, 8e, 3e

Ответьте на вопросы:

1.    Сколько электронов находится на внешнем уровне атома алюминия? (три электрона).

2.    Какую степень окисления проявляет алюминий? ( +3)

3.    Алюминий будет отдавать или принимать электроны? ( отдавать).

4.    Значит алюминий это… ( металл).

5.    Какой же это металл: активный или неактивный? Для решения вопроса об активности алюминия, что мы должны рассмотреть физические и химические свойства алюминия, как простого вещества.

Алюминий легкий металл, серебристо – белого цвета, с металлическим блеском. Плотность – 2,7г/см3, твердость – 2,9, пластичный, обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью, не обладает магнитными свойствами, t0пл = 660.

Что особенного в химических свойствах алюминия?

Обратимся к таблице: «Электрохимический ряд напряжения металлов»

Алюминий расположен там сразу после щелочных и щелочноземельных металлов. А это значит, что алюминий – очень активный металл. Алюминий восстанавливает все атомы, находящиеся справа от него в электрохимическом ряду напряжения металлов, простые вещества – неметаллы. Из сложных соединений алюминий восстанавливает ионы водорода и ионы менее активных металлов. Однако при комнатной температуре на воздухе алюминий не изменяется. Почему? (Покрыт прочной оксидной пленкой.)

Поверхность алюминия покрыта защитной оксидной плёнкой, которая защищает металл от воздействия компонентов воздуха и воды.

С какими же веществами должен взаимодействовать алюминий, если в химических реакциях он выступает восстановителем? (Алюминий может реагировать с простыми и сложными веществами.)

Рассмотрим химические свойства алюминия.

                             Химические свойства алюминия

Алюминий – химически активный металл, но прочная оксидная пленка определяет его стойкость при обычных условиях. Практически во всех химических реакциях алюминий проявляет восстановительные свойства.

1.    Взаимодействие с неметаллами

С кислородом взаимодействует только в мелкораздробленном состоянии при высокой температуре:

4Al + 3O2 = 2Al2O3,

реакция сопровождается большим выделением тепла.

Выше 200°С реагирует с серой с образованием сульфида алюминия:

2Al + 3S = Al2S3.

При 500°С – с фосфором, образуя фосфид алюминия:

Al + P = AlP.

При 800°С реагирует с азотом, а при 2000°С – с углеродом, образуя нитрид и карбид:

2Al + N2 = 2AlN,

4Al + 3C = Al4C3.

С хлором и бромом взаимодействует при обычных условиях, а с йодом при нагревании, в присутствии воды в качестве катализатора:

2Al + 3Cl2 = 2AlCl3

С водородом непосредственно не взаимодействует. С металлами образует сплавы, которые содержат интерметаллические соединения – алюминиды, например, CuAl2, CrAl7, FeAl3 и др.

2.    Взаимодействие с водой

Очищенный от оксидной пленки алюминий энергично взаимодействует с водой:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2

в результате реакции образуется малорастворимый гидроксид алюминия и выделяется водород.

3.    Взаимодействие с кислотами

Легко взаимодействует с разбавленными кислотами, образуя соли:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2;

2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2;

8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O (в качестве продукта восстановления азотной кислоты также может быть азот и нитрат аммония).

С концентрированной азотной и серной кислотами при комнатной температуре не взаимодействует, при нагревании реагирует с образованием соли и продукта восстановления кислоты:

2Al + 6H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O;

Al + 6HNO3 = Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O.

4.    Взаимодействие со щелочами

Алюминий – амфотерный металл, он легко реагирует со щелочами:

в растворе с образованием тетрагидроксодиакваалюмината натрия:

2Al + 2NaOH + 10H2O = 2Na[Al(H2O)2(OH)4] + 3H2

при сплавлении с образованием алюминатов:

2Al + 6KOH = 2KAlO2 + 2K2O + 3H2.

5.    Восстановление металлов из оксидов и солей

Алюминий – активный металл, способен вытеснять металлы из их оксидов. Это свойство алюминия нашло практическое применение в металлургии:

2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3.

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).

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 Al2O3 с помощью электрического тока. Но температура плавления оксида алюминия около 2050оС.

Технически доступным алюминий стал после того, как был найден способ понизить температуру плавления Al2O3 хотя бы до 1000оС. Этот способ открыли в 1886 году американец Ч.Холл и француз П.Эру, которые установили, что Al2O3 хорошо растворяется в расплавленном криолите, формула которого Na3AlF6.

Мировое производство алюминия постоянно растет и занимает по объему второе место среди металлов.

Укажем важнейшие природные соединения алюминия.

Алюмосиликаты. Эти соединения можно рассматривать как соли, образованные оксидами алюминия, кремния, щелочных и щелочноземельных металлов. Они и составляют основную массу земной коры. В частности, алюмосиликаты входят в состав полевых шпатов — наиболее распространенных минералов и глин.

Боксит — горная порода, из которой получают алюминий. Она содержит оксид алюминия Аl2O3. Корунд — минерал состава Аl2O3, обладает очень высокой твердостью, его мелкозернистая разновидность, содержащая примеси, — наждак, применяется как абразивный (шлифовочный) материал.

Эту же формулу имеет и другое природное соединение — глинозем.

Хорошо известны прозрачные окрашенные примесями кристаллы корунда: красные — рубины и синие — сапфиры, которые используют как драгоценные камни. В настоящее время их получают искусственно и применяют не только для украшений, но и для технических целей, например, для изготовления деталей часов и других точных приборов. Кристаллы рубинов применяют в лазерах.

Применение

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.

Давайте рассмотрим основные области применения алюминия и его сплавов.

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.

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.

Физкультминутка для глаз и осанки «Загляну на свой локоток»!!!

Соединения алюминия

I.Оксид алюминия  AI2O3

1. Физические свойства

   Белое твердое вещество, не растворим в воде.

 2.Химические свойства

AI2O3  - проявляет амфотерные свойства:

а) Взаимодействие с кислотами

   AI2O3 + 6HCI = 2AICI3 + 3H2O

б) Взаимодействие со щелочами

    AI2O3 + 2NaOH = 2NaAIO2 + H2O

II. Гидроксид алюминия AI (OH)3

1. Физические свойства

Белое твердое вещество, не растворим в воде.

      2. Химические свойства

    AI(OH)3 – проявляет амфотерные свойства

а) взаимодействие с кислотами

   2AI(OH)3 + 6HCI = 2AICI3 + 3H2O

б) взаимодействие с основаниями

   AI(OH)3 + NaOH = NaAIO2 + 2H2O

При взаимодействии гидроксида алюминия со щелочами в водных растворах образуются соли гидроксоалюминаты:

   AI(OH)3 + 3NaOH=Na[Al(OH)4]

в) разложение

    2AI(OH)3 = AI2O3 + 3H2O

Качественная реакция на ион  AI3+.

Реактивом на ионы AI3+ являются  OH- ионы, образуется белый осадок.

Применение знаний, умений и навыков

1. Выполнение лабораторной работы №11;
2. Ответьте на вопросы:

а) Чем отличается алюминий по химическим свойствам от других типичных металлов, ответ подтвердите уравнениями реакций.

б) Почему,  алюминиевые изделия,  используемые в быту,  не вступают в химические реакции с кислотами, щелочами, не окисляются?

V .Закрепление изученного материала.

1.      Какое место по распространенности в земной коре занимает алюминий среди металлов? (Первое) 

2.      Встречается ли алюминий в природе в свободном виде? (Нет).

3.      Что означает амфотерность алюминия и его соединений? (Обладает двойственными свойствами, реагирует как с кислотами, так и со щелочами).

4.      Назовите минерал состава Al2O3, обладающий очень высокой прочностью и твердостью. (Корунд).

5.      Назовите способ получения металлов из оксидов с помощью алюминия. (Алюминотермия).

6.      Чем является алюминий в химических реакциях? (Восстановитель).

VI. Подведение итога урока. Над какой темой мы сегодня работали? Что нового вы узнали об алюминии? Что нового для себя вы узнали на уроке?

Учащиеся делают вывод о приобретенных знаниях и умениях.

VII. Домашнее задание: учебник Г.Е.Рудзитис, Ф.Г. Фельдман § 46-47, № 4-7 cтр. 166-167, № 1,5 стр. 170.