9 классТема 8. Металлы6. Алюминий
Регистрация

Версия для слабовидящих
Чем легче учителю учить, тем труднее ученикам учиться
Лев Николаевич Толстой
Сертификат владельца сайта
Сертификат владельца сайта http://www.kuksova-irina.ru/
Школа "Карьера"
Высшая школа делового администрирования
Общероссийский рейтинг сайтов школьной тематики-2018
Проголосуй за наш сайт
Оцените мой сайт





Результаты
счетчик посещений
Банк Интернет-портфолио учителей
Мир олимпиад
ФГОС урок
Сейчас на сайте: 3
Периодическая таблица
Таблица растворимости
Праздники сегодня

Установите себе наш баннер

Показать код баннера

Алюминий. Положение алюминия в периодической системе и строение его атома. Нахождение в природе. Физические и химические свойства алюминия


Данный урок посвящен изучению свойств алюминия. Из материалов урока Вы узнаете с какими веществами и при каких условиях взаимодействует алюминий, в каком виде он встречается в природе.

I. Научно-популярный фильм: “Алюминий”


II. Характеристика III-А группы


Главную подгруппу III группы периодической системы со­ставляют бор (В), алюминий (Аl), галлий (Ga), индий (In) и таллий (Тl).

Как видно из приведенных данных, все эти элементы были открыты в XIX столетии.

Открытие металлов главной подгруппы III группы

В

Al

Ga

In

Tl

1806 г.

1825 г.

1875 г.

1863 г.

1861 г.

Г.Люссак,

Г.Х.Эрстед

Л. де Буабодран

Ф.Рейх,

У.Крукс

Л. Тенар

(Дания)

(Франция)

И.Рихтер

(Англия)

(Франция)

  

(Германия)

 

Бор представляет собой неметалл. Алюминий — переход­ный металл, а галлий, индий и таллий — полноценные метал­лы. Таким образом, с ростом радиусов атомов элементов каждой группы периодической системы металлические свой­ства простых веществ усиливаются.

III.Положение алюминия в таблице Д. И. Менделеева. Строение атома, проявляемые степени окисления


Элемент алюминий расположен в III группе, главной «А» подгруппе, 3 периоде периодической системы, порядковый номер №13, относительная атомная масса Ar(Al) = 27.  Его соседом слева в таблице является магний – типичный металл, а справа – кремний – уже неметалл. Следовательно, алюминий должен проявлять свойства некоторого промежуточного характера и его соединения являются амфотерными.

Al +13 )2)8)3    , p – элемент,

Основное состояние

1s22s22p63s23p1

Возбуждённое состояние

1s22s22p63s13p2

Алюминий проявляет в соединениях степень окисления +3:

Al0 – 3 e- → Al+3

IV. Физические свойства


Алюминий в свободном виде — се­ребристо-белый металл, обладающий высокой тепло- и электро­проводностью. Температура плавления  650 оС. Алюминий имеет невысокую плотность (2,7 г/см3) — при­мерно втрое меньше, чем у железа или меди, и одновременно — это прочный металл.

V. Нахождение в природе


По распространённости в природе занимает 1-е среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Процент содержания алюминия в земной коре по данным различных исследователей составляет от 7,45 до 8,14 % от массы земной коры.

В природе алюминий встречается только в соединениях (минералах).

 Некоторые из них:

  • Бокситы — Al2O3 • H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3)
  • Нефелины — KNa3[AlSiO4]4
  • Алуниты — KAl(SO4)2 • 2Al(OH)3
  • Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3)
  • Корунд — Al2O3
  • Полевой шпат (ортоклаз) — K2O×Al2O3×6SiO2
  • Каолинит — Al2O3×2SiO2 × 2H2O
  • Алунит — (Na,K)2SO4×Al2(SO4)3×4Al(OH)3
  • Берилл — 3ВеО • Al2О3 • 6SiO2

Боксит

 

Al2O3

Корунд

 

Рубин

 

Сапфир

 

VI.Химические свойства алюминия и его соединений


Алюминий легко взаимодействует с кислородом при обычных условиях и покрыт оксидной пленкой (она придает матовый вид).

Опыт: “Демонстрация оксидной пленки алюминия”

Алюминий

Толщина оксидной пленки 0,00001 мм, но благодаря ней алюминий не коррозирует. Для изучения  химических свойств алюминия оксидную пленку удаляют. (При помощи наждачной бумаги, или химически: сначала опуская в раствор щелочи для удаления оксидной пленки, а затем в раствор солей ртути для образования сплава алюминия со ртутью – амальгамы).

1. Взаимодействие с простыми веществами

Алюминий уже при комнатной температуре активно реагирует со всеми галогенами, образуя галогениды. При нагревании он взаимодействует с серой (200 °С), азотом (800 °С), фосфором (500 °С) и углеродом (2000 °С), с йодом в присутствии катализатора - воды:

2Аl + 3S = Аl2S3  (сульфид алюминия)

2Аl + N2 = 2АlN  (нитрид алюминия)

Аl + Р = АlР (фосфид алюминия)

4Аl + 3С = Аl4С3 (карбид алюминия)

2Аl   +  3I2   =  2AlI3  (йодид алюминия)   

Опыт: “Взаимодействие алюминия с йодом”

Все эти соединения полностью гидролизуются с образованием гидроксида алюминия и, соответственно, сероводорода, аммиака, фосфина и метана:

Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2

Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3+ 3CH4­

В виде стружек или порошка он ярко горит на воздухе, выде­ляя большое количество теплоты:

4Аl + 3O2 = 2Аl2О3 + 1676 кДж.

Опыт: “Горение алюминия на воздухе”

Опыт: “Взаимодействие алюминия с кислородом воздуха”

2. Взаимодействие со сложными веществами

  • Взаимодействие с водой

2Al + 6H2O  =  2Al (OH)3 + 3H2

Опыт: “Взаимодействие алюминия с водорй (без оксидной пленки)”

  • Взаимодействие с оксидами металлов:

Алюминий – хороший восстановитель, так как является одним из активных металлов. Стоит в ряду активности сразу после щелочно-земельных металлов. Поэтому восстанавливает металлы из их оксидов. Такая реакция – алюмотермия – используется для получения чистых редких металлов, например таких, как вольфрам, ваннадий и др. 

 3 Fe3O4  +   8 Al =   4 Al2O3  +  9 Fe +Q

Термитная смесь Fe3O4  и   Al (порошок) –используется ещё и в термитной сварке. 

Сr2О3 + 2Аl = 2Сr + Аl2О3

  • Взаимодействие с кислотами:

С раствором серной кислоты:  2Al  + 3H2SO4  =  Al2(SO4)3 +  3H2

С холодными концентрированными серной и азотной не реагирует (пассивирует). Поэтому азотную кислоту перевозят в алюминиевых цистернах. При нагревании алюминий способен восстанавливать эти кислоты без выделения водорода:

2Аl + 6Н24(конц) = Аl2(SО4)3 + 3SО2 + 6Н2О

Аl + 6НNO3(конц) = Аl(NO3)3 + 3NO2 + 3Н2О

  • Взаимодействие со щелочами

2Al + 2NaOH + 6H2O  =  2Na[Al(OH)4]   +  3H2

Опыт: “Взаимодействие алюминия со щелочами”

Nal(ОН)4]тетрагидроксоалюминат натрия

По предложению химика Горбова, в русско-японскую войну эту реакцию использовали для получения водорода для аэростатов.

  • С растворами солей:

2Al + 3CuSO4 = Al2(SO4)3 + 3Cu

Если поверхность алюминия потереть солью ртути, то происходит реакция:

2Al + 3HgCl2 = 2AlCl3 + 3Hg

Выделившаяся ртуть растворяет алюминий, образуя  амальгаму.

     Обнаружение ионов алюминия в растворах:             

Опыт: “Качественная реакция на алюминий”

VII. Применение алюминия и его соединений


Рисунок 1

Рисунок 2

Физические и химические свойства алюминия обусловили его широкое применение в технике. Крупным потребителем алюминия  является авиационная промышленность: самолет на 2/3 состоит из алюминия и его сплавов. Самолет из стали оказался бы слишком тяжелым и смог бы нести гораздо меньше пассажиров. Поэтому алюминий называют крылатым металлом.Из алюминия изготовляют кабели и провода: при одинаковой электрической проводимости их масса в 2 раза меньше, чем соответствующих изделий из меди.

Учитывая коррозионную устойчивость алюминия, из него изготовляют детали аппаратов и тару для азотной кислоты. Порошок алюминия является основой при изготовлении серебристой краски для защиты железных изделий от коррозии, а также для отражения  тепловых лучей такой краской покрывают нефтехранилища, костюмы пожарных.

Оксид алюминия используется для получения алюминия, а также как огнеупорный материал.

Гидроксид алюминия – основной компонент всем известных лекарств маалокса, альмагеля, которые понижают кислотность желудочного сок.

Соли алюминия сильно  гидролизуются. Данное свойство применяют в процессе очистки воды. В очищаемую воду вводят сульфат алюминия и небольшое количество гашеной извести для нейтрализации образующейся кислоты. В результате выделяется объемный осадок гидроксида алюминия, который, оседая, уносит с собой взвешенные частицы мути и бактерии.

Таким образом, сульфат алюминия является коагулянтом.

VIII. Получение алюминия


1) Современный рентабельный способ получения алюминия был изобретен американцем Холлом и французом Эру в 1886 году. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Расплавленный криолит Na3AlF6 растворяет Al2O3, как вода растворяет сахар. Электролиз “раствора” оксида алюминия в расплавленном криолите происходит так, как если бы криолит был только растворителем, а оксид алюминия - электролитом.

2Al2O3 эл.ток→  4Al + 3O2

В английской “Энциклопедии для мальчиков и девочек” статья об алюминии начинается следующими словами: “23 февраля 1886 года в истории цивилизации начался новый металлический век - век алюминия. В этот день Чарльз Холл, 22-летний химик, явился в лабораторию своего первого учителя с дюжиной маленьких шариков серебристо-белого алюминия в руке и с новостью, что он нашел способ изготовлять этот металл дешево и в больших количествах”. Так Холл сделался основоположником американской алюминиевой промышленности и англосаксонским национальным героем, как человек, сделавшим из науки великолепный бизнес.

2) 2Al2O3   +   3 C  =  4 Al  +  3 CO2

ЭТО ИНТЕРЕСНО:

  • Металлический алюминий первым выделил в 1825 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед. Пропустив газообразный хлор через слой раскаленного оксида алюминия, смешанного с углем, Эрстед выделил хлорид алюминия без малейших следов влаги. Чтобы восстановить металлический алюминий, Эрстеду понадобилось обработать хлорид алюминия амальгамой калия. Через 2 года немецкий химик Фридрих Вёллер. Усовершенствовал метод, заменив амальгаму калия чистым калием.
  • В 18-19 веках алюминий был главным ювелирным металлом. В 1889 году Д.И.Менделеев в Лондоне за заслуги в развитии химии был награжден ценным подарком – весами, сделанными из золота и алюминия.
  • К 1855 году французский ученый  Сен- Клер Девиль разработал способ получения металлического алюминия в технических масштабах. Но способ был очень дорогостоящий. Девиль пользовался особым покровительством Наполеона  III, императора  Франции. В знак  своей преданности и благодарности Девиль изготовил для сына Наполеона, новорожденного принца, изящно гравированную погремушку – первое «изделие ширпотреба» из алюминия. Наполеон намеревался даже снарядить своих гвардейцев алюминиевыми кирасами, но цена оказалась непомерно высокой. В то время 1 кг алюминия стоил 1000 марок, т.е. в 5 раз дороже серебра. Только после изобретения электролитического процесса алюминий по своей стоимости сравнялся с обычными металлами.
  • А знаете ли вы, что алюминий, поступая в организм человека, вызывает расстройство нервной системы.  При его избытке нарушается обмен веществ. А защитными средствами является витамин С, соединения кальция, цинка.
  • При сгорании алюминия в кислороде и фторе выделяется много тепла. Поэтому его используют как присадку к ракетному топливу. Ракета "Сатурн" сжигает за время полёта 36 тонн алюминиевого порошка. Идея использования металлов в качестве компонента ракетного топлива впервые высказал Ф. А. Цандер.

 IX. Тренажеры


Тренажёр №1 - Характеристика алюминия по положению в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева

Тренажёр №2 - Уравнения реакций алюминия с простыми и сложными веществами

Тренажёр №3 - Химические свойства алюминия

 X. Задания для закрепления


Задание №1. Для получения алюминия из хлорида алюминия в качестве восстановителя можно использовать металлический кальций. Составьте уравнение данной химической реакции, охарактеризуйте этот процесс при помощи электронного баланса.
Подумайте! Почему эту реакцию нельзя проводить в водном растворе?

Задание №2. Закончите уравнения химических реакций:
Al + H2SO4 (раствор) =
Al + CuCl2 =
Al + HNO3(конц) t-=
Al + NaOH + H2O =

Задание №3. Осуществите превращения:
Al -> AlCl3 -> Al -> Al2S3 -> Al(OH)3 -t->Al2O3 -> Al

Задание №4. Решите задачу:
На сплав алюминия и меди подействовали избытком концентрированного раствора гидроксида натрия при нагревании. Выделилось 2,24 л газа (н.у.). Вычислите процентный состав сплава, если его общая масса была 10 г?

ЦОРы


Научно-популярный фильм:“Алюминий”

Опыт: “Демонстрация оксидной пленки алюминия”

Опыт: “Взаимодействие алюминия с йодом”

Опыт: “Горение алюминия на воздухе”

Опыт: “Взаимодействие алюминия с кислородом воздуха”

Опыт: “Взаимодействие алюминия с водорй (без оксидной пленки”

Опыт: “Взаимодействие алюминия со щелочами”

Опыт: “Качественная реакция на алюминий”