Главные вкладки

    Алюминий и его соединения
    методическая разработка по химии (10 класс) по теме

    Зеленкова Валентина Денисовна

    Методическая разработка открытого  урока по химии в 10 классе

    Скачать:


    Предварительный просмотр:

    Речная средняя школа Адамовского района

    Оренбургской области

    Учитель ОБЖ Зеленкова В.Д.

    АЛЮМИНИЙ И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ

    План-конспект открытого урока в 10-м классе

    Цели урока:

    1. Актуализировать знания по теме, полученные на предыдущих уроках
    2. Показать практическую направленность темы
    3. Обеспечить условия для усвоения темы как в теоретическом так и в практическом плане
    4. Показать логическую связь между основными вопросами темы
    5. Провести промежуточный контроль по теме

    Главные вопросы урока:

    1. Электронное строение атома алюминия как ключ понимания образования различных видов химической связи
    2. Амфотерность, способность к комплексообразованию, аквакомплексы, гидроксокомплексы
    3. Оксиды и гидроксиды алюминия, их получение, физические и химические свойства, практическое значение
    4. Использование и переработка природного алюминийсодержащего сырья

    Планируемые результаты обучения:

    1. Знание основных понятий и терминов
    2. Закрепление навыков в умении правильно оформлять результаты химического эксперимента (записывать химические реакции, уравнивать их, определять признаки)
    3. Умение выполнять задания на понимание и применение полученных знаний

    Методы организации познавательной деятельности учащихся

    1. Прослушивание лекционного материала и краткая его запись
    2. Словарная работа над терминами
    3. Практическая работа с энциклопедическими источниками и учебными текстами
    4. Наблюдение химических опытов и оформление их результатов

    Учебно-методическое сопровождение урока:

    1. Набор обязательных таблиц к уроку (Периодическая система Д.И.Менделеева, ряд активности металлов, таблица электроотрицательности, таблица растворимости)
    2. Конспект урока
    3. Комплект учебников Л.С.Гузея, Р.П.Суровцевой «Химия, 10 класс»
    4. Набор химических реактивов и химической посуды для опытов (хлорид алюминия, гидроксид натрия, гидрокарбонат натрия, соляная кислота, метиловый оранжевый, вода)
    5. Раздаточный материал для учащихся:
    • Природные соединения алюминия
    • Историческая справка о применении алюминия и его соединений
    • Основные термины и понятия по теме
    1. Схема образования донорно-акцепторной связи в координационных соединениях алюминия
    2. Комплект контрольных тестов по теме

    Содержание раздаточного материала

            Историческая справка.

            …Древний историк Плиний Старший рассказывает об интересном событии, которое произошло почти два тысячелетия назад. Однажды к римскому императору Тиберию пришел незнакомец. В дар императору он преподнес изготовленную им чашу из блестящего как серебро, но  чрезвычайно легкого металла. Мастер поведал, что этот никому н неизвестный металл он сумел получить из глинистой земли. Должно быть чувство благодарности редко обременяло Тиберия, да и правителем он был недальновидным. Боясь, что новый металл с его прекрасными свойствами обесценит хранившиеся в казне золото и серебро, он отрубил изобретателю голову, а его мастерскую разрушил, чтобы никому не повадно было заниматься производством «опасного» металла.

            …Спустя полторы тысячи лет, в XVI веке, талантливый немецкий врач и естествоиспытатель Парацельс, исследуя различные вещества и минералы, установил, что в состав некоторой минеральной породы, которую издревле применяли при крашении тканей и называли «алюмен» (вяжущая) входит окись неизвестного металла, названная впоследствии глиноземом. В Древней Руси эту породу называли «квасцы».

            В 1754г. немецкий химик и металлург А.Маргграф с помощью щелочи выделил из раствора квасцов «квасцовую землю», впоследствии названную алюминой (это и был оксид алюминия), и указал на ее особые свойства.

            В 1782г. А.Лавуазье предположил, что алюмина или глинозем является оксидом неизвестного элемента. В 1789г. алюмина была отнесена к «группе простых тел, солеобразующих и землистых».

            После нескольких неудачных попыток, выделить таинственный элемент из глинозема с помощью гальванического тока удалось датскому ученому Эрстеду в 1825г., однако это осталось почти незамеченным. И только другу Эрстеда немецкому химику Вёлеру удалось разработать метод получения нового металла. На это ему потребовалось 18 лет.

            В 1855г. на Всемирной выставке в Париже было представлено «серебро из глины», которое произвело большую сенсацию. Металл был весьма дорогим, и только членам монарших семей было доступным щеголять в камзолах с алюминиевыми пуговицами и есть алюминиевыми ложками и вилками. Интересно, что даже в 1889 году алюминий оставался главным образом ювелирным металлом. Именно тогда Д.И.Менделеву за его выдающиеся заслуги в развитии химии был преподнесен Лондонским королевским обществом подарок – весы, сделанные из золота и алюминия.

            И только к концу XIX века работавший в России австрийский химик Байер создал и применил в заводских условиях оригинальную технологию получения глинозема, основного сырья для получения алюминия. Производство алюминия резко возросло, цены на него снизились в 1000 раз, и алюминий сразу приковал к себе внимание промышленного мира – электротехнической промышленности, машиностроения, автомобилестроения ….

            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

    Основные термины и понятия по теме

    • Химическая связь – ковалентная связь, то есть межатомное взаимодействие, сопровождающееся перестройкой валентных электронных оболочек атомов и коллективизацией (обобществлением) валентных электронов – переход атома в валентное состояние.
    • Число химических связей зависит, в первую очередь, от количества имеющихся в атоме неспаренных электронов и свободных электронных орбиталей. Н а внешней оболочке атома Al имеется 3 неспаренных электрона и 1 свободная орбиталь
    • Ковалентная связь представляет собой двухэлектронную связь между ядрами двух атомов. Различают:
    • неполярную ковалентную связь – между ядрами одинаковых атомов
    • полярную ковалентную связь  - между ядрами различных атомов
    • сильно полярную (ионную) связь - между ядрами с абсолютно противоположными свойствами (металл – неметалл)
    • донорно-акцепторную связь (координационную), когда один атом (донор) предоставляет имеющуюся у него «готовую» пару электронов, а другой (акцептор) – свободную орбиталь
    • металлическую связь – основанную на обобществлении валентных электронов, принадлежащих не двум, а практичеки всем атомам в кристалле

    Атомы алюминия способны образовывать все перечисленные типы химических связей. Известны как относительно простые соединения алюминия так и комплексные.

    • Комплексное соединение – соединение построенное на основе координационных связей: в центре молекулы находится атом или ион металла, вокруг него расположены атомы или их группы (лиганды), связанные с центральным атомом координационными связями.
    • Аквакомплекс – координационное соединение, содержащее в качестве лигандов различное число молекул воды.
    • Гидроксокомплекс – координационное соединение, в которых лигандами являются гидроксогруппы ОН
    • Амфотерность – способность некоторых плохо растворимых оксидов и гидроксидов металлов проявлять кислотные или основные свойства в зависимости от природы партнера по реакции.

    Строение атома алюминия, его валентные возможности

    +13Al 1s2) 2s2 2p6) 3s1 3p2 3d0)

            3s1         3p2                      3d0

    __   __   __   __   __   __   __   __   __                        Al

                       

                         6 свободных орбиталей

    Наличие свободных орбиталей приводит к возможности образования ковалентных связей по донорно-акцепторному механизму, образованию полимерных молекул. Алюминий связан в них с атомами, имеющими на внешнем уровне неподеленную пару электронов (например, с О, N, S, P и т.д.)

    Аквакомплексы

            [Al3+(H2O)6]3+     катион гексаакваалюминия   (к.ч. = 6)

    Гидроксокомплексы

            [Al3+(ОН)6]3-       гексагидроксоалюминат – анион   (к.ч. = 6)

            [Al3+(ОН)4]-             тетрагидроксоалюминат – анион   (к.ч. = 4)

    Оксиды алюминия

                                O                                                                                                O

                        Al                                                                Al   O    Al

                                O                                                                                                O

                        Al

                                O

             Кристаллическая разновидность                                     Аморфная разновидность

                         (корунд)                                                                                   (глинозем)

                     Al2O3                                                                                     Al(AlO3)

    Гидроксиды алюминия

          O   H                                                              O

                  Al        O   H                                                    Al      O    H

          O   H

                     Al(OH)3                                                                       HАlO2

         Ортогидроксид алюминия                                      Метагидроксид алюминия    

    Контрольный тест №1  

    1. Химическая связь, основанная на обобществлении электронов, принадлежащих атомам с резко различающейся электроотрицательностью, называется: а) ковалентная неполярная  б) ионная    в) металлическая    г) координационная
    2. 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
    3. Координационное число алюминия в криолите Na3Al F6 равно: а) 1   б) 3    в) 6   г) этот вопрос не имеет смысла

    Ключ: 1. б)   2. в)   3. в)

            Контрольный тест №2  

    1. Водный раствор алюмината натрия Na[Al(OH)4] имеет среду: а) щелочную   б) кислую   в) очень кислую   г) нейтральную
    2. Водный раствор сульфата алюминия Al2(SO4)3 имеет среду: а) щелочную   б) сильно щелочную   в) нейтральную    г) кислую
    3. Из приведенных формул выберите формулу хлорида гексаакваалюминия: а) [Al (H2O)6]Cl3          б) AlCl3   в)  [Al ОН(H2O)5]Cl2    г) НАlO2

    Ключ: 1. а)   2. г)   3. а)

    Организация работы на уроке

            1 этап – Организационный:

    Знакомство с темой и целями урока; знакомство с присутствующими на уроке; система оценки результатов.

            2 этап – Вводный - актуализация знаний, полученных на предыдущих уроках:

    Учащимся предлагается ознакомиться с раздаточным материалом (Исторической справкой и Природными соединениями алюминия), прослушать сообщение учителя и сделать краткий устный вывод. Пока учащиеся знакомятся с материалом, учитель на доске изображает электронную формулу атома алюминия и структурные формулы его оксида и гидрооксида.

    Учитель: Вам был предложен материал, с которым вы, конечно, уже знакомы. Нам необходимо сделать один краткий, но очень важный вывод: алюминий является 3-им по распространенности элементом земной коры, его соединения использовались с древнейших времен в самых различных областях, начиная со строительных материалов и заканчивая формацевтикой, но как металл он известен сравнительно недавно и его промышленная ценность возрастает с каждым годом.

    Сегодня нам предстоит познакомиться с его важнейшими соединениями, понять их химическое строение и на основе этого объяснить, как извлечь из них металл алюминий.

    3 этап –Словарная работа – мотивационно-ориентировочная деятельность учащихся.

    Учитель предлагает учащимся ознакомиться с основными терминами и понятиями, которые им встретятся в дальнейшей работе. Учащиеся получают распечатку. Термины предлагается не переписывать, так как они им уже знакомы, а просто вспомнить и осмыслить в применении к сегодняшней теме.

    Далее, на примере предложенной на доске схемы строения атома алюминия и его соединений повторяем опорные понятия урока и записываем формулы важнейших соединений: Al2O3, Al(OH)3 – ортогидроксид алюминия, НАlO2 – метагидроксид алюминия, тетрагидроксоалюминат-анион [Al(OH)4]--, катион гексаакваалюминия [Al(H2O)6]+3. Обращаем внимание, что гидроксокомплексы ведут себя как основания, а аквакомплексы – как кислоты.

    Закрепление мотивационно-ориентировочного этапа проводим на основе контрольного теста №1.

    4 этап – Экспериментальный. Изучение физических и химических свойств оксида и гидроксида алюминия.

    Учащимся предлагается проанализировать опыты, продемонстрированные учителем

     Учитель: Как мы знаем, 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.

    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

    Этап 5 – Заключительный. 

    Учащимся предлагается просмотреть записи в тетради и сделать 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)

    Для проверки степени усвоения материала предлагается выполнить проверочный тест №2.

    Этап 6 – Подведение итогов.

    Учащимся предлагается поменяться результатами тестирования, учитель зачитывает правильные ответы, учащиеся выставляют друг другу оценки.

    Подведение общего итога урока.

    Список литературы

    1. Программы для общеобразовательных учреждений, ХИМИЯ, 8 – 11 класс, Москва, Дрофа, 2001г.
    2. Р.П.Суровцева и др., ХИМИЯ, методическое пособие 10 – 11 класс, Москва, Дрофа, 2000г.
    3. Л.С.Гузей, Р.П.Суровцева, ХИМИЯ – учебники 9, 10 класс, Москва, Дрофа, 1998г.
    4. Энциклопедический словарь юного химика, Москва, Педагогика, 1990г.
    5. Школьная энциклопедия ХИМИЯ, Москва, Дрофа, 2000г.
    6. Э.Т.Оганесян, Важнейшие понятия и термины в химии, Москва, Высшая школа, 1993г.
    7. Э.Т.Оганесян, Руководство по химии поступающим в вузы, Москва, Высшая школа, 1991г.
    8. С.И.Венецкий,Ю Рассказы о металлах, Москва, Металлургия, 1975г.
    9. Е.К.Лазаренко, Курс минералогии, Москва, Высшая школа, 1971г.        
    10. Н.Т. Усова , статья «Эти удивительные глины», журнал «Химия в школе», №3, 2003г.
    11. Газеты «Химия», 1995г. -  №№ 16, 40, 46; 2000г. - №№ 20, 27 (Теория комплексных соединений, материалы по алюминию и его соединениям)
    12. 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.


    По теме: методические разработки, презентации и конспекты

    Разработка урока химии в 9 классе по теме: "Алюминий и его соединения"

    Урок проводится в начале изучения данной темы....

    Алюминий и его соединения. 9 класс

    Данный урок может быть проведен  с учащимися 9 классов, а с корректировкой содержания в сторону усложнения и с учащимися 11 классов. Учащимся предлагается система разноуровневых заданий , это спо...

    Алюминий и его соединения

    Презентация к уроку "Алюминий"...

    Алюминий и его соединения.

    Конспект урока по теме "Алюминий и его соединения"....

    Алюминий и его соединения-9 класс

    урок с использованием ЭОР...

    Семинар "Алюминий и его соединения"

    В материале приволиться задание для изучения и углубления материала об алюминии и его соединениях. Задания подразумевают самостоятельную, исследовательскую  и творческую деятельность.  Семин...

    Конспект урока по химии, 9 класс на тему "Соединения алюминия. Применения алюминия и его соединений."

    Обеспечить в ходе урока усвоения знаний о соединениях алюминия: оксидах и гидроксидах.Продолжить формирование умений составлять уравнения реакций с участием амфотерных соединений....