«Урок по химии на тему «Соединения алюминия»


Тема 1 9 класс
Урок 15.
«Границ научному познанию и предсказанию предвидеть невозможно».
Д.И. Менделеев
Тема урока: Соединения алюминия.
Цели урока: образовательные: сформировать знания учащихся о свойствах соединений металлов III группы главной подгруппы на примере алюминия, умения давать характеристику соединений, изучить физические и химические свойства соединений алюминия, прогнозировать их применение.
развивающие: совершенствовать специальные навыки и умения работать с химическими реактивами, записывать уравнения химических реакций; умения наблюдать, делать выводы, составлять схемы, сравнивать.
воспитательные: приучать к аккуратной работе в тетради, работе с реактивами с соблюдением техники безопасности, развивать коммуникативные способности, воспитывать взаимовыручку, умение делать самооценку, критически относится к оценке своих знаний.
Учащиеся должны знать: характеристику соединений алюминия, их практическое значение и практическую направленность.
Учащиеся должны уметь: доказывать химические свойства соединений алюминия, записывать уравнения химических реакций, пользоваться методом расстановки коэффициентов в результате составления схем электронного баланса, сравнивать и анализировать учебный материал, пользоваться Периодической системой химических элементов Д.И.Менделеева, воспитание бережливости и аккуратности, используя при этом ранее полученные знания.
Методы: словесный – беседа, рассказ,
наглядно - иллюстративные – демонстрация таблиц, опытов,
практический – лабораторный опыт, решение задач.

Тип урока: изучение нового материала.
Форма урока: урок с использованием элементов исследовательской деятельности, проблемной ситуации, компьютерной презентации.
Формы работы: парная и индивидуальная.
Оборудование: гранулы алюминия,10-% растворы HCl, CuSO4, конц. раствор NaOH, колба с кислородом, пробирки, спиртовка, Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева, алюминиевая фольга, алюминиевая проволока, алюминиевая банка, алюминиевая кружка и ложка.
Ход урока: 1. Организационная часть урока.
2. Проверка знаний учащихся.
Вопросы и задания опроса.
1.осуществить цепочку превращений:
    Са→СаО→Са(ОН)2→СаСl2.
   2. Дописать следующее уравнение реакции и написать его в полном и сокращенном ионном видах.
Na2CО3 + HNO3→
   3. Задача. Рассчитайте массу карбида алюминия - Al4C3, который можно получить при взаимодействии углерода  массой 3,6 г с избытком алюминия.
  
   Дано:                                Решение:
Уравнение химической реакции.
m(С)=3,6 г                 4 Al + 3С→ Al4C3
  Al      
                           m(С)=3,6 г           Аr(С)=12
Найти:                       υ(С)=m/М · 3,6/12 = 0,3 моль
m(Al4C3)                   Mr(Al4C3)=(23·4)г + (12·3)г = 144 г.
                                   υ(Al4C3)=0,3 моль:3=0,1моль
                                   m(Al4C3) = υ(Al4C3)· Mr(Al4C3)=0,1моль·144 г/моль=14,4 г 
             
                                Ответ: m(Al4C3)=14,4 г
3. Изучение программного материала.
1. Изучить основные соединения алюминия.
Оксид алюминия - Al2 О3 .
Оксид алюминия Al2O3 имеет атомную кристаллическую решётку и построен за счёт ионной химической связи.
Оксид алюминия представляет собой белую, очень тугоплавкую (т. пл. 2050оС) и нерастворимую в воде массу.
Оксиды алюминия

         Кристаллическая разновидность                                     Аморфная разновидность
                     (корунд)                                                                           (глинозем)
                 Al2O3                                                                                     Al(AlO3)
Оксид алюминия – широко распространенное  в природе вещество, следовательно можно сделать вывод о его специфических химических свойствах – инертность при обычных условиях. Действительно, оксид алюминия (обратите внимание на характер и прочность химических связей) огнеупорен, является абразивным материалом, нерастворим в воде, с кислотами, щелочами и солями реагирует либо при кипячении, либо при сплавлении.
Al2O3 + 2 KOH = 2 KAlO2 + H2O
      Al2O3 + K2CO3 = 2 KAlO2 + CO2  - при этом получают метааллюминаты.
   Al2O3 + 2 KOH + 3 H2O = 2 K[Al(OH)4],
   Al2O3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3 H2O.
Природный Al2O3 (минерал корунд), а также полученный искусственно и затем сильно прокаленный отличается большой твердостью и нерастворимостью в кислотах. В растворимое состояние Al2O3 (т. н. глинозем) можно перевести сплавлением со щелочами.
Обычно загрязненный оксидом железа природный корунд вследствие своейчрезвычайной твердости применяется для изготовления шлифовальных кругов,
брусков и т.д. В мелко раздробленном виде он под названием наждака служит дляочистки металлических поверхностей и изготовления наждачной бумаги. Для тех же
целей часто пользуются Al2O3, получаемым сплавлением боксита (техническое название - алунд).
Прозрачные окрашеннные кристаллы корунда - красный рубин - примесь хрома - и
синий сапфир - примесь титана и железа - драгоценные камни. Их получают так же
искусственно и используют для технических целей, например, для изготовления
деталей точных приборов, камней в часах и т.п.
Кристаллы рубинов, содержащих малую примесь Cr2O3, применяют в качестве квантовых генераторов - лазеров, создающих направленный пучок монохроматическогоизлучения.
Гидроксид алюминия - Al(OH)3.
Гидроксид алюминия Al(OH)3 является амфотерным соединением и проявляет как основные, так и кислотные свойства.
Al(OH)3 представляет собой объемистый студенистый осадок белого цвета, практически нерастворимый в воде, но легко растворяющийся в кислотах
2Al(OH)3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 6 H2O.
и сильных щелочах. Он имеет, следовательно, амфотерный характер. Однако и
основные и особенно кислотные его свойства выражены довольно слабо. В избытке
NH4OH гидроксид алюминия нерастворим. Одна из форм дегидратированного гидроксида - алюмогель используется в технике в качестве адсорбента.
При взаимодействии с сильными щелочами образуются соответствующие алюминаты:
NaOH + Al(OH)3 = Na[Al(OH)4]
Алюминаты наиболее активных одновалентных металлов в воде хорошо растворимы, но
ввиду сильного гидролиза растворы их устойчивы лишь при наличии достаточного
избытка щелочи. Алюминаты, производящиеся от более слабых оснований,
гидролизованы в растворе практически нацело и поэтому могут быть полученытолько сухим путем (сплавлением Al2O3 с оксидами соответствующих металлов). Образуются метаалюминаты, по своему составу производящиеся от метаалюминиевой кислоты HAlO2. Большинство из них в воде нерастворимо.
С кислотами Al(OH)3 образует соли. Производные большинства сильныхкислот хорошо растворимы в воде, но довольно значительно гидролизованы, и
поэтому растворы их показывают кислую реакцию. Еще сильнее гидролизованырастворимые соли алюминия и слабых кислот. Вследствие гидролиза сульфид,
карбонат, цианид и некоторые другие соли алюминия из водных растворов получить
не удается.
В водной среде анион Al3+ непосредственно окружен шестью молекулами воды. Такой гидратированный ион несколько диссоциирован по схеме:
[Al(OH2)6]3+ + H2O = [Al(OH)(OH2)5]2+ + OH3+
Константа его диссоциации равна 1.10-5,т.е. он является
слабой кислотой (близкой по силе к уксусной). Октаэдрическое окружение Al3+ шестью молекулами воды сохраняется и в кристаллогидратах ряда солей алюминия.
Гидроксиды алюминия
               
 Al(OH)3                                            HАlO2
 
Ортогидроксид алюминия                                   Метагидроксид алюминия
Гидроксиды алюминия обладают амфотерными свойствами. Обе формы гидроксида алюминия: Al(OH)3 - ортогидроксид алюминия и HAlO2 - метагидроксид алюминия в воде малорастворимы.
Al2O3 не растворим в воде, и поэтому гидроксиды алюминия получают осаждением из растворимых солей алюминия действием щелочей или кислот:
Проверим характер среды хлорида алюминия: она кислая, следовательно соль представлена аквакомплексом: [Al (H2O)6]Cl3
   AlCl3 + 3 NaOH = Al(OH)3 + 3 NaCl.
При дальнейшем прибавлении NaOH выпавший белый осадок растворяется, следовательно гидроксид ведет себя как кислота:
   Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4] – мы получили гидроксокомплекс.  Если к этой комплексной соли алюминия добавлять кислоту, то процесс пойдет в обратном порядке:
Na[Al(OH)4] + HCl = Al(OH)3 + NaCl +H2O.
При дальнейшем прибавлении HCl выпавший белый осадок растворится:
   Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O – значит гидроксид ведет себя как основание.
Ортогидроксид алюминия является очень слабой кислотой и его вытесняет из раствора его солей даже такая слабая кислота, как угольная:
Na[Al(OH)4] + H2CO3 = Al(OH)3 + NaHCO3 + H2O.
Дополнительное пропускание CO2 через такой раствор с осадком не приводит к растворению
гидроксида алюминия. Соли алюминия и слабых кислот в водных растворах полностью
гидролизуются:
Al2(CO3)3 + 6 H2O = 2Al(OH)3  + 3H2O + 3CO2

Вывод о характере оксида и гидроксида алюминия.
- Оксид алюминия при обычных условиях является достаточно инертным веществом и широко распространен в природе.
- Оксид алюминия структурно можно представить в виде соли – алюмината алюминия, где наблюдаются различные типы ковалентной связи.
- Гидроксид алюминия структурно можно представить как в виде основания, так и в виде кислоты.
- Гидроксид алюминия получают из растворимых солей алюминия действием щелочей или кислот.
- Нейтральный гидроксид не растворяется в воде и выпадает в осадок. - Гидроксид алюминия взаимодействует как с кислотами, так и с щелочами, образуя растворимые соли, следовательно проявляет амфотерные свойства.
- Соли алюминия представляют собой комплексные соединения, где алюминий выполняет роль комплексообразователя (акцептора, предоставляющего свободную орбиталь).
Соли алюминия.
Алюмосиликаты можно рассматривать как силикаты, в которых часть
кремниекислородных тетраэдров SiO44- заменена на
алюмокислородные тетраэдры AlO45-. Из алюмосиликатов
наиболее распространены полевые шпаты, на долю которых приходится более
половины массы земной коры. Главные их представители - минералы
ортоклаз K2Al2Si6O16 или K2O.Al2O3.6SiO2
альбит Na2Al2Si6O16 или Na2O.Al2O3.6SiO2
анортит CaAl2Si2O8 или CaO.Al2O3.2SiO2
Некоторые алюмосиликаты обладают рыхлой структурой и способны к ионномуобмену. Такие силикаты - природные и особенно искусственные - применяются дляводоумягчения. Кроме того, благодаря своей сильно развитой поверхности, они
используются в качестве носителей катализаторов, т.е. как материалы,
пропитываемые катализатором.
Галогениды алюминия в обычных условиях - бесцветные кристаллические вещества. В
ряду галогенидов алюминия AlF3 сильно отличается по свойствам отсвоих аналогов. Он тугоплавок, мало растворяется в воде, химически неактивен.
Основной способ получения AlF3 основан на действии безводного HF наAl2O3 или Al:
Al2O3 + 6HF = 2AlF3 + 3H2O
Соединения алюминия с хлором, бромом и иодом легкоплавки, весьма
реакционноспособны и хорошо растворимы не только в воде, но и во многих
органических растворителях. Взаимодействие галогенидов алюминия с водой
сопровождается значительным выделением теплоты. В водном растворе все они
сильно гидролизованы, но в отличие от типичных кислотных галогенидов неметаллов
их гидролиз неполный и обратимый. Будучи заметно летучими уже при обычныхусловиях, AlCl3, AlBr3 и AlI3 дымят во влажном воздухе (вследствие гидролиза). Они могут быть получены прямым взаимодействием простых веществ.
Плотности паров AlCl3, AlBr3 и AlI3 при сравнительно невысоких температурах более или менее точно соответствуют удвоенным формулам - Al2Hal6. Пространственная структура этих молекул отвечает двум тетраэдрам с общим ребром. Каждый атом алюминия связан с четырьмя атомами галогена, а каждый из центральных атомов галогена – с обоими атомами алюминия. Из двух связей центрального атома галогена одна
является донорно-акцепторной, причем алюминий функционирует в качестве
акцептора.
С галогенидными солями ряда одновалентных металлов галогениды алюминия образуют комплексные соединения, главным образом типов M3[AlF6] и
M[AlHal4] (где Hal - хлор, бром или иод). Склонность к реакциям
присоединения вообще сильно выражена у рассматриваемых галогенидов. Именно с
этим связано важнейшее техническое применение AlCl3 в качестве катализатора (при переработке нефти и при органических синтезах).
Из фторалюминатов наибольшее применение (для получения Al, F2, эмалей, стекла и пр.) имеет криолит Na3[AlF6].
Промышленное производство искусственного криолита основано на обработке
гидроксида алюминия плавиковой кислотой и содой:
2Al(OH)3 + 12HF + 3Na2CO3 = 2Na3[AlF6] + 3CO2 + 9H2O
Хлоро-, бромо- и иодоалюминаты получаются при сплавлении тригалогенидовалюминия с галогенидами соответствующих металлов.
Хотя с водородом алюминий химически не взаимодействует, гидрид алюминия можно
получить косвенным путем. Он представляет собой белую аморфную массу состава
(AlH3)n. Разлагается при нагревании выше 105оС с выделением водорода.
При взаимодействии AlH3 с основными гидридами в эфирном растворе образуются гидроалюминаты:
LiH + AlH3 = Li[AlH4]
Гидридоалюминаты - белые твердые вещества. Бурно разлагаются водой. Они -
сильные восстановители. Применяются (в особенности Li[AlH4]) в органическом синтезе.
Сульфат алюминия Al2(SO4)3.18H2
O получается при действии горячей серной кислоты на оксид алюминия или накаолин. Применяется для очистки воды, а также при приготовлении некоторых
сортов бумаги.
Алюмокалиевые квасцы KAl(SO4)2.12H2O
применяются в больших количествах для дубления кож, а также в красильном деле вкачестве протравы для хлопчатобумажных тканей. В последнем случае действие
квасцов основано на том, что образующиеся вследствие их гидролиза гидроксидалюминия отлагается в волокнах ткани в мелкодисперсном состоянии и, адсордбируякраситель, прочно удерживает его на волокне.
Из остальных производных алюминия следует упомянуть его ацетат (иначе -уксуснокислую соль) Al(CH3COO)3, используемый при крашении тканей (в качестве протравы) и в медицине (примочки и компрессы).
Нитрат алюминия легко растворим в воде. Фосфат алюминия нерастворим в воде и
уксусной кислоте, но растворим в сильных кислотах и щелочах.
Несмотря на наличие громадных количеств алюминия в почках, растениях, как
правило, содержат мало этого элемента. Еще значительно меньше его содержание
в животных организмах. У человека оно составляет лишь десятитысячные доли
процента по массе. Биологическая роль алюминия не выяснена. Токсичностью
соединения его не обладают.
Вывод о характере солей алюминия.
- Соли алюминия представляют собой комплексные соединения, где алюминий выполняет роль комплексообразователя (акцептора, предоставляющего свободную орбиталь).
Бокситы — Al2O3 · H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3).Нефелины — KNa3[AlSiO4]4 .Алуниты — (Na,K)2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3 .Глинозёмы - смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3.Корунд - сапфир, рубин, наждак — Al2O3 .Полевые шпаты — (K,Na)2O·Al2O3·6SiO2, Ca[Al2Si2O8].Каолинит — Al2O3·2SiO2 · 2H2O. Берилл (изумруд, аквамарин) — 3ВеО · Al2О3 · 6SiO2 .Хризоберилл (александрит) — BeAl2O4.
В природных водах алюминий содержится в виде малотоксичных химических соединений, например, фторида алюминия. Вид катиона или аниона зависит, в первую очередь, от кислотности водной среды. Концентрации алюминия в поверхностных водных объектах России колеблются от 0,001 до 10 мг/л, в морской воде 0,01 мг/л.
4. Закрепление материала.
Вопросы и задания опроса.
Тест:
Вариант№1.
Химическая связь, основанная на обобществлении электронов, принадлежащих атомам с резко различающейся электроотрицательностью, называется:
а) ковалентная неполярная
 б) ионная  
 в) металлическая  
 г) координационная
В основе построения комплексного соединения могут находиться следующие виды связей:
а) ковалентная полярная и ковалентная неполярная  
б) донорно-акцепторная и ковалентная неполярная  
в) донорно-акцепторная и ковалентная полярная
 г) донорно-акцепторная и металлическая
Координационное число алюминия в криолите Na3Al F6 равно:
а) 1
б) 3    
в) 6  
г) этот вопрос не имеет смысла
Ответы: 1. б)   2. в)   3. в)
Вариант№2.
Водный раствор алюмината натрия Na[Al(OH)4] имеет среду:
а) щелочную  
б) кислую  
в) очень кислую  
г) нейтральную
Водный раствор сульфата алюминия Al2(SO4)3 имеет среду:
а) щелочную  
б) сильно щелочную
  в) нейтральную  
 г) кислую
Из приведенных формул выберите формулу хлорида гексаакваалюминия:
а) [Al (H2O)6]Cl3       
  б) AlCl3 
 в)  [Al ОН(H2O)5]Cl2 
  г) НАlO2
Ответы: 1. а)   2. г)   3. а)
5. Задание на дом: п.13, упр. 6.
Список литературы
Программы для общеобразовательных учреждений, ХИМИЯ, 8 – 11 класс, Москва, Дрофа, 2001г.
Р.П.Суровцева и др., ХИМИЯ, методическое пособие 10 – 11 класс, Москва, Дрофа, 2000г.
Л.С.Гузей, Р.П.Суровцева, ХИМИЯ – учебники 9, 10 класс, Москва, Дрофа, 1998г.
Энциклопедический словарь юного химика, Москва, Педагогика, 1990г.
Школьная энциклопедия ХИМИЯ, Москва, Дрофа, 2000г.
Э.Т.Оганесян, Важнейшие понятия и термины в химии, Москва, Высшая школа, 1993г.
Э.Т.Оганесян, Руководство по химии поступающим в вузы, Москва, Высшая школа, 1991г.
С.И.Венецкий,Ю Рассказы о металлах, Москва, Металлургия, 1975г.
Е.К.Лазаренко, Курс минералогии, Москва, Высшая школа, 1971г.        
Н.Т. Усова , статья «Эти удивительные глины», журнал «Химия в школе», №3, 2003г.
Газеты «Химия», 1995г. -  №№ 16, 40, 46; 2000г. - №№ 20, 27 (Теория комплексных соединений, материалы по алюминию и его соединениям)
CD-диски: 1. Школьный курс химии от издательства «Седьмой Волк – Мультимедиа», 1999г.
2. Химия общая и неорганическая, лаборатория систем мультимедиа, МарГТУ, 2001г.
3. ХИМИЯ, 1С:Репетитор, фирма «1С», Москва 2001г.
Приложение.
        Природные соединения алюминия.
        
Алюминий – третий по распространенности химический элемент в земной коре после кислорода и кремния
Алюмосиликаты – обширная группа породообразующих минералов. Главным образом, это полевые шпаты и слюды, составляющие более половины массы земной коры. Ярким примером их практического применения являются ЦЕОЛИТЫ – природные адсорбенты, ионообменники и молекулярные сита.
Глинистые минералы (в том числе бокситы и каолины, содержащие до 25-90% оксида алюминия) – продукты распада многих горных пород. Глины также проявляют адсорбирующие качества, что используется, например в медицине (грязелечение), для выведения из организма человека патогенных веществ и улучшения энергообмена.
Кристаллические разновидности оксида алюминия – розовая шпинель, красный рубин, синий сапфир, относящиеся к классу драгоценных камней.
Кристаллические и аморфные модификации гидроксида алюминия, применяемые для производства металлического алюминия.
Криолит – AlF3 . 3NaF – запасы на Земле очень ограничены
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 деталейчасов 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:2Аl(ОН)3 = А12O3 + ЗН2OГидроксид алюминия Аl(ОН)3 выпадает в виде студенистого осадка при действии щелочей на растворы солей алюминия, например:АlСl3 + ЗNaОН = Аl(ОН)3 + ЗNaСlизбытокКак амфотерный гидроксид он легко растворяется в кислотах и в растворах щелочей:Аl(ОН)3 + ЗНNO3 = Аl(NО3)3 + ЗН20Алюминатами называют соли неустойчивых алюминиевых кислот — ортоалюминиевой и метаалюминиевой (ее можно рассматривать как ортоалюминиевую кислоту, от молекулы которой отняли молекулу воды). К природным алюминатам относится благородная шпинель (она украшает историческую реликвию — корону российских императоров) и драгоценный хризоберилл.Соли алюминия, кроме фосфатов, хорошо растворимы в воде. Некоторые соли (сульфиды, сульфиты) разлагаются водой.Хлорид алюминия АlСl3 применяют в качестве катализатора в производстве очень многих органических веществ.
Открытие алюминия.Алюминий был впервые получен датским физиком X. Эрстедом в 1825 г. Название этого элемента происходит от лат. алюмен, так в древности назывались квасцы, которые использовали для крашения тканей.1. Строение атома алюминия.
2. Физические и химические свойства алюминия: образование бромида, сульфида, карбида, оксида, алюминатов.
3. Алюминотермия.
4. Получение алюминия электролизом.
5. Области применения алюминия.
6. Природные соединения алюминия: алюмосиликаты (глина и полевые шпаты), корунд (рубин, сапфир, наждак).
7. Амфотерность оксида и гидроксида алюминия.
Почему в алюминиевой посуде нельзя хранить щелочные или кислые растворы?Какое соединение алюминия могло послужить материалом для гиперболоида инженера Гарина в романе А.Толстого?Какую химическую реакцию положил в основу рассказа «Бенгальские огни» его автор Н. Носов?На каких физических и химических свойствах основано применение в технике алюминия и его сплавов?Напишите в ионном виде уравнения реакций между растворами сульфата алюминия и гидроксида калия при недостатке и избытке последнего.Напишите уравнения реакций следующих превращений: Аl -> АlСl3 -> Аl(0Н)3 -> Аl2O3 -> NаАl02 -> Аl2(SO4)3 -> Аl(ОН)3 ->АlСl3 ->NаАlO2Реакции, идущие с участием электролитов, запишите в ионной форме. Первую реакцию рассмотрите как окислительно-восстановительный процесс.Какой объем водорода может быть получен при растворении в едком натре 270 мг сплава алюминия, содержащего меди? Выход водорода примите равным 85% от тео-ически возможного.Напишите сочинение на тему «Художественный образ веществаа или химического процесса», используя свои знания по химии алюминия.

Приложенные файлы


Добавить комментарий