Открытый урок в 9 классе по теме: «Алюминий». Встреча двух миров.

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 2 Г. ДОНСКОЙ

Открытый урок в 9 классе

по теме: «Алюминий».

Встреча 2-х миров.

Подготовила: учитель химии

Жукунова И.А.

Г. ДОНСКОЙ, 2014 Г.

Цели урока:

способствовать развитию у школьников интереса к химической науке, углубить знания о свойствах алюминия, его роли в природе и в жизни людей, раскрыть межпредметные связи химии с физикой, географией, экологией, биологией, ОБЖ, литературой.

Слайд

Оборудование и реактивы: прибор для нагревания, алюминиевая проволока, стружка, бенгальские огни, вода, соляная, серная, азотная кислоты, щелочь.

Подготовка к уроку: познакомить учащихся с формой проведения урока, подобрать участников космической экспедиции, дать задания подготовить материал по теме урока.

Организационный момент.

Ход урока:

У марсиан на груди эмблемы их планеты, у девочек необычно заплетены волосы, у журналистов – визитные карточки. Участники научной экспедиции сидят впереди, на столе эмблема с указанием роли (химик, физик и т.д.)

Ведущий:

Внимание! Сегодня космическая экспедиция землян, прилетевших на нашу планету, познакомит нас с элементом под названием АЛЮМИНИЙ. Земляне ранее прислали нам много научной литературы о своей загадочной планете, изучив ее, мы решили, провести межпланетную конференцию. И так начнем конференцию.

Корреспондент газеты «Марсианские новости»: «Когда и кем был открыт АЛЮМИНИЙ?»

Историк:

До XVIII в. соединения алюминия (квасцы и окись) не умели отличать от других, похожих по внешнему виду соединений. Лемери следующим образом описывает квасцы: "В 1754 r. Маргграф выделил из раствора квасцов (действием щелочи) осадок окиси алюминия, названной им "квасцовой землей" (Alaunerde), и установил ее отличие от других земель. Вскоре квасцовая земля получила название алюмина (Alumina или Alumine).

Металлический алюминий впервые был получен в 1825 г. датским физиком Х.К. Эрстедом (Orsted). Название свое получил от латинского слова alumen – квасцы. Немецкий химик Ф. Вёлер в 1827 получил алюминий при нагревании хлорида алюминия.

Русские названия алюминия в первые десятилетия XIX в. довольно разнообразны. Каждый из авторов книг по химии этого периода, очевидно, стремился предложить свое название. Так, Захаров именует алюминий глиноземом (1810), Гизе - алумием (1813), Страхов - квасцом (1825), Иовский - глинистостью, Щеглов - глиноземием (1830). В "Магазине Двигубского" (1822 - 1830) глинозем называется алюмин, алюмина, алумин (например, фосфорно-кисловатаяалюмина), а металл - алуминий и алюминий (1824). Гесс в первом издании "Оснований чистой химии" (1831) употребляет название глиноземий (Aluminium), а в пятом издании (1840) - глиний. Однако названия для солей он образует на основе термина глинозем, например сернокислый глинозем. Менделеев в первом издании "Основ химии" (1871) пользуется названиями алюминий и глиний. В дальнейших изданиях слово глиний уже не встречается.

Корреспондент газеты «Природа Марса»: « Где на земле встречается АЛЮМИНИЙ, его соединения и комплексы?»

Географ:

Кислород – самый распространенный элемент на Земле, на 2-м месте кремний, а на 3-м (и сто лет назад в это не верилось) алюминий. Среднее содержание алюминия в земной коре 9%. Вместе с кислородом и кремнием, это один из « трех китов», составляющих земную кору.

Алюминий - самый распространенный в природе металл и в тоже время один из самых дефицитных.

В 1854г. стоимость 1кг Al состояла 1200 руб., т.е. в 270 раз дороже серебра, а в 1899г. – 1 руб. Н.Г. Чернышевский в романе «Что делать» описал сон Веры Павловны, которая с удивлением обнаружила, что мебель сделана из Al. Ее удивление было вполне обоснованным – в те годы Al был одним из самых дорогих металлов, т.к. не было известно доступных способов получения алюминия.

В России известны следующие основные бокситоносные районы: Северо-Уральский (Свердловская обл.), Южно-Уральский (Челябинская обл.), Северо-Онежский (Архангельская обл.),Тихвинский (Ленинградская обл.), Среднетиманский и Южнотиманский(республика Коми ). Месторождения бокситов имеются также в пределах КМА и в Красноярском крае. Ученые полагают , что крупные залежи бокситов могут быть обнаружены также в недрах Прибайкалья , на Алтае, в Саянах. Всего на балансе числится 48 месторождений бокситов, из них 11 разрабатываемых, 4 подготавливаемых к освоению, 33 - резервных.

Корреспондент журнала «Новости науки»: «Т.к. Al в свободном виде не встречается, то его необходимо получать из руды, а этим занимается важная область науки и техники – металлургия. Что это?»

Представитель металлургической промышленности Земли:

Металлургия – это область науки и техники, занимающаяся промышленным получением металлов из природного сырья. Основным сырьем для производства глинозема являются бокситы Al₂O₃nH₂O, нефелины Na₂OAl₂O₃ 2SiO₂ и алуниты.

В настоящее время в России действует 11 (Братский, Красноярский, Саянский, Новокузнецкий, Иркутский, Богословский, Волгоградский, Уральский, Кандалакшский, Волховский и Надвоицкий) предприятий по производству первичного алюминия и 6 (Богословский, Уральский, Ачинский, Пикалевский, Бокситогорский и Волховский) по производству глинозема - основного сырья для производства алюминия. Тут нужно отметить, что Волховский, Уральский и Богословский заводы производят и глинозем, и первичный алюминий.

Российская алюминиевая промышленность является наиболее преуспевающей из отечественных металлургических отраслей, сохраняя позиции первого в мире экспортера и второго - производителя. Мировая выплавка первичного алюминия в 2005 году выразилась цифрой 19,5 млн. тонн, при этом Россия произвела 2,8 млн тонн., причем 2,26 млн. т. из них ушло на экспорт. Россия - крупнейший экспортер алюминия в мире.

Корреспондент газеты «Охрана труда марсиан»: «Какие же мероприятия реализованы и реализуются в области охраны здоровья и техники безопасности на предприятиях алюминиевой промышленности?»

Специалист по охране труда землян:

Это комплекс технических мероприятий, направленных на уменьшение выделений токсикантов, снижение физических нагрузок, нормализацию температурных условий труда. Все эти мероприятия реализуются сегодня в рамках программ модернизации мероприятий.

Организация всей системы мер по ТБ и охране здоровья на предприятиях российской алюминиевой промышленности проводится в рамках мирового стандарта ICO. Проводится аттестация рабочих мест; особое значение придается повышению уровня дисциплины и ответственности, созданию атмосферы высокой бдительности среди рабочих и менеджеров предприятий в вопросах охраны здоровья и техники безопасности. На большинстве предприятий пересмотрены или пересматриваются проекты санитарно-защитных зон.

Созданы все необходимые условия для проведения регулярных медицинских осмотров и реабилитации трудящихся в заводских медицинских пунктах и санаториях-профилакториях.

Однако, по нашему мнению, в вопросах ранней диагностики и профилактики профзаболеваний остается немало «белых пятен», чем, в какой-то степени возможно объясняется имеющийся разрыв в учетных случаях заболеваний флюозором среди работающих в отечественной и зарубежной алюминиевой промышленности.

Поэтому мы с удовлетворением приветствуем выход в последние 2 года новых монографий, посвященных указанной проблеме:«Физиобальнеотерапия профессиональных заболеваний», выпущенная в 2001 году Медицинским научным центром профилактики и охраны здоровья рабочих промышленных предприятий (г. Екатеринбург), и пособие «Ранняя диагностика и профилактика профессиональных заболеваний у работников, занятых на предприятиях по производству алюминия», выпущенное в 2003 году НИИ медицины труда РАМН.

Корреспондент журнала «Природа Марса»: «Вы сейчас говорили о металлургии, а не наносит ли эта промышленность вреда атмосфере Земли (общей экологической обстановке на Земле)?»

Эколог:

Негативное воздействие алюминиевых предприятий на окружающую среду, в т. ч. на атмосферу в цехах, зависит, прежде всего, от состояния технологии и оборудования, от квалификации и дисциплины обслуживающего персонала.

К сожалению, длительное время технологии и оборудование не подвергались необходимой модернизации.

Это относится к 70-80 годам, когда основные средства вкладывались в строительство новых заводов, периоду распада СССР и развала экономики – первая половина 90-х годов.

С образованием компаний заметно улучшилась производственная и технологическая дисциплина на предприятиях, а также состояние действующих технологий и техники. В последние 3-4 года компании начали инвестировать в модернизацию действующих заводов около 200 млн. долларов ежегодно.

Большая работа проводится практически на всех предприятиях, особенно это касается электролизного производства, где имеет место превышение нормативов предельно допустимых выбросов.

Перечень основных технических мероприятий, реализованных на предприятиях алюминиевой промышленности в последние годы:

• внедрение новой передовой технологии – электролиз алюминия на электролизерах с обожженными анодами (Саянский, Уральский, Волховский, Красноярский, Надвоицкий заводы);

• модернизация электролизеров с самообжигающими анодами – совершенствование технологии производства и качества анодной массы (переход на сухую массу), автоматизация пиания глиноземом и фторсолями, оснащение современными газоочистными установками (Братский, Красноярский, Богословский, Иркутский, Новокузнецкий, Кандалакшский заводы);

• в глиноземном производстве – модернизация газоочистных устройств, модернизация и замена на новые шламовых полей.

Все эти меры положительно сказались не только на количественных и качественных показателях производства, но и на состоянии охраны здоровья и снижении негативного влияния на окружающую среду.

Корреспондент журнала «Новости науки»: «Каково же строение атома Al и физические свойства?»

Физик: строение атома алюминия следующее

₊₁₃Al 1S², 2S² 2p⁶, 3S² 3p¹

2 8 3

Алюминий – серебристо-белый легкий металл, р = 2,699 г/см³ , t_пл= 660,24⁰С, t_кип=2500⁰С. Он очень пластичен, легко прокатывается в фольгу и протягивается в проволоку. Прекрасный проводник электрического тока – его электрическая проводимость сравнима с электрической проводимостью меди. Поверхность металла всегда покрыта очень тонкой (0,00001 мм) и очень плотной пленкой оксида алюминия Al₂O_3. Она не разрушается при прокатывании, вытягивании, скручивании металла.Эта пленка оптически прозрачна и сохраняет отражающую способность металла (блеск).

Корреспондент журнала «Юный химик Марса»: «А какими химическими свойствами обладает Al?»

Химик (ему помогают проводить эксперимент земляне):

В химическом отношении алюминий весьма активен, если нет защитной пленки Аl₂О₃, инертного в химическом отношении вещества. В ряду напряжений металлов занимает место между магнием и цинком, однако пленка оксида алюминия практически останавливает дальнейшее окисление металла и препятствует его взаимодействию с водой и некоторыми кислотами, что обуславливает его высокую коррозионную стойкость.

1. Если удалить защитную пленку химическим способом (например, раствором щелочи), то металл начинает энергично взаимодействовать с водой с выделением водорода:

2Аl + 6Н₂О = 2Аl(ОН)₃ + ЗН₂(эксперимент)

2.Порошкообразный алюминий сгорает на воздухе с ослепительной вспышкой

4Аl + 3О₂ = 2Аl₂О₃ (эксперимент - горение бенгальских огней)

3.Лишенный окисной пленки алюминий легко растворяется в:

— щелочах с образованием алюминатов

2Аl + 2NаОН + 2Н₂О = 2NаАlО₂ + 3Н₂ (эксперимент)

— разбавленных кислотах с выделением водорода

2А1 + 6НС1 = 2АlСl₃ + ЗН₂ (эксперимент)

2А1 + ЗН₂SО₄ = Аl₂(S0₄)₃ + 3Н₂ (эксперимент)

— сильно разбавленная и концентрированная азотная кислота пассивирует алюминий, поэтому для хранения и перевозки азотной кислоты используются алюминиевые емкости. Но при нагревании алюминий растворяется в азотной кислоте:

Аl + 6НNO₃(конц.) = Аl(NО₃)₃ + ЗNО₂ + ЗН₂О

4. Алюминий взаимодействует с:

— галогенами

2Аl + ЗВr₂ = 2АlВr₃

— при высоких температурах с другими неметаллами (серой, азотом, углеродом)

2Аl + 3S = Аl₂S₃ (сульфид алюминия)

2Аl + N₂ = 2АlN (нитрид алюминия)

4Аl + 3С = А1₄С₃ (карбид алюминия)

Реакции протекают с выделением большого количества тепла.

5. Для алюминия характерны реакции алюминотермии — восстановления металлов из их оксидов алюминием.

Алюминотермия используется для получения редких металлов, образующих прочную связь с кислородом: ниобия Nb, тантала Та, молибдена Мо, вольфрама W и др.

2Аl + WО₃= W + А1₂О₃

Смесь мелкого порошка Аl и магнитного железняка Fе₃O₄ называется термитом, при поджоге которого выделяется большое количество тепла, и температура смеси повышается до 3500°С. Этот процесс используется при термитной сварке.

8Аl + ЗFе₃О₄ = 9Fе + 4Аl₂О₃

Корреспондент журнала «Новости науки»:

Как мы уже поняли, Al широко распространен на Вашей планете! Где же Вы его применяете?

Землянин:

Широкое применение Al в промышленности, прежде всего, связано с его большими природными запасами, а также совокупность химических, физических и механических характеристик.

К достоинствам Al можно отнести его малую плотность 2,7 г/см³, сравнительно высокие прочностные характеристики, хорошую тепло- и электропроводность, технологичность, высокую коррозийную стойкость.

Итак, Al применяют:

1. В авиации (самолетостроении, вертолетостроении)

2. В судостроении (из алюминиевых сплавов изготавливают корпусы судов, палубные надстройки, коммуникацию и т.д.) Основное преимущество Al – снижение массы судов, которая может достигать 50-60%. В результате предоставляется возможность повысить грузоподъемность.

3. В железнодорожном транспорте: высокая удельная прочность, небольшая сила инерции, коррозионная стойкость.

4. В автомобильном транспорте.

5. В строительстве

6. В нефтяной промышленности (высокая удельная прочность позволяет уменьшить массу бурильного оборудования, облегчить их транспортабельность и обеспечить прохождение глубоких скважин).

7. В электротехнике.

8. Для изготовления контейнеров, фольги и т.д.

9. Для термической сварки.

10. Для получения редких металлов в свободном виде.

Землянин:

А что же усвоили марсиане?

Осуществите превращения в тетрадях, а Ирина Юрьевна проверит и поставит оценки. На это у вас 5-7 минут (на листочках, не забудьте расставить коэффициенты).

Al – Al₂O₃ – AlCl₃ – Al(OH)₃

удалив плёнку

4Al + 3O₂ 2Al₂O₃

Al₂O₃ + 6HCl 2AlCl₃ + 3H₂O

AlCl₃ + 3NaOH Al(OH)₃ + 3NaCl

2Al + 6H₂O 2Al(OH)₃ + 3H₂

Учитель: ребята, вот подошла к концу наша межпланетная конференция. Я думаю, что многие из вас узнали много нового и интересного о нашей планете, ее природных богатствах, экологических проблемах. Давайте вспомним, каких предметов мы коснулись? Физики, химии, экологии, географии, истории, литературы. Какой вывод можем сделать? (ответы учащихся).

Наша планета – единый организм. Человек – часть природы, следовательно, должен любить, беречь, рационально использовать богатства нашей планеты, потому что она является нашим домом.