План урока-исследования «Алюминий и его соединения»

По дидактической цели – это урок изучения нового материала, с опорой на знания, полученные в основной школе.

По содержанию элементов исследовательской деятельности – урок-исследование

Дидактические задачи урока:

помочь учащимся установить зависимость способов применения алюминия от его специфичеких свойств;

развивать умения устанавливать причинно-следственные связи между строением атома, строением и свойствами простого вещества, и областями применения в промышленности и быту.

Педагогические задачи урока:

помочь учащимся в приобретении учащимися функционального навыка исследования как универсального способа получения новых прочных знаний,

заинтересовать учащихся исследовательской деятельностью, поиском новых проблем и вопросов,

активизации личностной позиции учащегося в образовательном процессе.

Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?

Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.

Быстро и объективно проверять знания учащихся.

Сделать изучение нового материала максимально понятным.

Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.

Наладить дисциплину на своих уроках.

Получить возможность работать творчески.

=> ПОЛУЧИТЬ СУПЕРСПОСОБНОСТИ УЧИТЕЛЯ <=

Просмотр содержимого документа
«План урока-исследования «Алюминий и его соединения» »

План урока - исследования

Тема урока «Алюминий и его соединения»

10 класс

По содержанию элементов исследовательской деятельности – урок-исследование

Дидактические задачи урока:

помочь учащимся установить зависимость способов применения алюминия от его специфичеких свойств;

Педагогические задачи урока:

заинтересовать учащихся исследовательской деятельностью, поиском новых проблем и вопросов,

активизации личностной позиции учащегося в образовательном процессе.

Этапы урока

Организационный момент
Актуализация знаний
Мотивация
Создание проблемной ситуации(общая для данного урока)
Постановка проблемы исследования(работа в микрогруппах)
Определение темы исследования
Формирование цели исследования
Выдвижение гипотезы
Проверка гипотезы (проведение экспериментальной работы, чтение литературы, размышление, просмотр учебных фильмов и т.д.)
Интерпретация полученных данных
Вывод по результатам исследовательской работы
Применение новых знаний в учебной деятельности
Подведение итогов урока
Домашнее задание

Ресурсы:

Презентации, алюминий и сплавы (коллекция), медь, сталь, уксусная кислота, щелочь, оборудование для химического эксперимента.

Ход урока:

Организационный момент.

Учитель:

- Сегодня мы продолжим знакомиться с удивительными химическими элементами и их соединениями. О каком элементе пойдет речь, догадайтесь из загадки:

Из глины я обыкновенной,

Но я на редкость современный.

Я не боюсь электротока, бесстрашно в воздухе лечу;

Служу на кухне я без срока –

Мне все задачи по плечу.

Горжусь своим я именем:

Зовусь я … (алюминием).

Актуализация знаний.

Учитель:

Где же мы можем встретить изделия изготовленные из алюминия? Давайте составим схему отраслей промышленности, использующих алюминий и его соединения.

В ходе составления кластера учитель добавляет информацию по использованию в отраслях промышленности алюминия в процентном соотношении.

На каких свойствах основано применение алюминия в этих сферах человеческой деятельности?

Мотивация. Создание проблемной ситуации

Учитель:

- Как видите, с этим элементом и его соединениями мы довольно часто встречаемся в жизни. Применения изделий из алюминия и его сплавов хранит много интересныхисторий и фактов. Так в повести Н. Г. Чернышевского «Что делать?» (1862-1863) один из главных героев в своём письме другому пишет, что ему довелось увидеть слиток металла, «который называется алюминиум», и что, учитывая свойства алюминия, он уверен, что за алюминием большое будущее (во времена Н. Г. Чернышевского алюминий ещё только начинали открывать).

Н.Г. Чернышевский 150 лет назад сказал «Алюминий – крылатый металл. Этому металлу принадлежит будущее». Так ли это сейчас?

Учитель сообщает, что необходимо провести исследование, предоставляется возможность самостоятельного приобретения знаний. Ученики класса разбиты на творческие группы, каждая из которых получает задание и необходимые карточки инструкции и реактивы для проведения эксперимента. Учащиеся, получив задание, осмысливают содержание и последовательность его выполнения. Ученики в процессе работы заполняют протокол исследования

Протокол исследования

Проблема	Гипотеза	Проверка гипотезы	Наблюдения	Вывод

Постановка проблемы исследования. Определение темы исследования. Формирование цели исследования. Выдвижение гипотезы. Проверка гипотезы (проведение экспериментальной работы, чтение литературы, размышление, просмотр учебных фильмов и т.д.) происходит в соотвветсвии с заданиями каждой группы

Группа №1

Ознакомьтесь с текстом.

Природный алюминий состоит практически полностью из единственного стабильного изотопа Al со следами Al, радиоактивного изотопа с периодом полураспада 720 тыс. лет, образующегося в атмосфере при бомбардировке ядер аргона протонами космических лучей.

По распространённости в природе он 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.

Рассмотрите коллекцию природных соединений алюминия.

В природе алюминий встречается почти исключительно в виде соединений, образуя огромное количество минералов. Корунд Al₂O₃ часто содержит примеси других металлов, которые придают ему красивую окраску. Ярко-красный рубин – корунд, содержащий примеси ионов хрома (III), синий сапфир – железа (III) и титана (IV). Боксит представляет собой смесь гидроксидов алюминия – диаспора и бемитаAlOOH и гидраргиллитаAl(OH)₃. Алунит, или квасцовый камень, – смешанная основная соль (Na,K)₂SO₄*Al₂(SO₄)₃*4Al(OH)₃. Нефелин – алюмосиликат Na₃K[AlSiO₄]₄. Алюминий входит в состав полевых шпатов, слюд, глин и др.

Обсудите в группе и ответьте на вопросы:

Сколько электронов находится на внешнем уровне атома алюминия?

Алюминий будет отдавать или принимать данные электроны?

Какую степень окисления будет приобретать при этом ион алюминия?

Сделайте вывод: К какому классу соединений относится алюминий (металл или неметалл)

Сравните активность химического элемента алюминия с элементами 1 и 2 групп этого же периода.

Какую информацию о свойствах металлов можно получить на основании их положения в электрохимическом ряду напряжений металлов?

Учащиеся характеризуют положение элемента в ПСХЭ, составляют электронную формулу, дают общую характеристику элемента. (Протонов 13, электронов 13, нейтронов 14, электронных слоёв 3, число электронов на внешнем уровне 3).

Следовательно, алюминий с лёгкостью отдаёт 3 электрона, проявляя при этом постоянную ст. ок. +3. Алюминий сильный восстановитель. Легко окисляется.

Металлы в нём расположены в порядке убывания восстановительных свойств при реакциях в водных растворах в стандартных условиях. Металлы, стоящие до Al, взаимодействуют с водой с образованием щелочей. Они очень активны.

Выделите проблему и предложите способ ее решения. Для постановки проблемного вопроса, Вам понадобиться Периодическая система Д.И.Менделеева и электрохимический ряд напряжения металлов.

Учитель ожидает получения ответа о высокой реакционной способности алюминия. Учащиеся на основании положения металла в периодической системе химических элементов делают вывод о его активности и нахождении в земной коре только в виде солей или оксида.

Почему в земной коре алюминий не может встречаться в свободном состоянии?
Al – единственный активный металл, который используется в быту в чистом виде, т. к. он покрыт тонкой оксидной плёнкой очень прочной. Используется как абразивный материал.

Группа №2

Ознакомьтесь с текстом. Советы «бывалого».

В любой сфере нашей жизни мы активно используем электричество. Конечно, наличие электричества в доме является одним из главных требований нашего существования. Это электричество подается по проводам.

Причем они подходят как к самому дому или квартире, так и проходят по всем комнатам нашего дома. Так сложилось много лет назад, что большинство инженеров, конструкторов и проектировщиков в электрической промышленности считают медь и сталь практически единственными материалами, с которыми можно работать. Это связывают, в частности, с тем, что в конце 19-го века, когда зарождалась электрическая промышленность, доступного алюминия практически еще не было.

В настоящее время ситуация совершено другая: алюминия в мире производят где-то в два раза больше чем меди и объемы производства алюминия уступают только объемам производства стали.

В последние годы цены на сталь и медь растут значительно быстрее, чем цены на алюминий. В результате некоторые потребители, которые традиционно применяли медь, переходят на алюминий. Однако сравнение физических и экономических характеристик этих металлов «кричит» о том, что замен стали и меди на алюминий должно быть намного больше.

Для инженера-электрика наиболее важными свойствами и характеристиками материалов являются плотность, электрическая проводимость, прочность, термическое расширение и коррозионная стойкость.

	Алюминий 1350	Сталь	Медь (отожженная)
Плотность (г/см³)	2,70	7,86	8,93
Объемная проводимость (% IACS):	61	8	100	Отожженная медь имеет проводимость 100% IACS. Сокращение IACS – обозначает «Международный стандарт по отожженной меди» — сравнительная единица измерения электрической проводимости. Алюминий 1350-Н116 имеет проводимость 61 % IACS, то есть эквивалентная меди проводимость будет достигаться при большем поперечном сечении алюминия. Однако поскольку алюминий намного легче меди этот увеличенный алюминиевый проводник будет весить в два раза меньше чем медный (8,93/2,70×0,61=2,02). В результате один килограмм алюминия будет обеспечивать ту же проводимость что и два килограмма меди.
Предел прочности (МПа)	125	300	235	прочность алюминия можно увеличить легированием и термомеханической обработкой, а также увеличить его толщину.
Линейное термическое расширение (10^-6м/м·°С)	22	13	17

Лабораторная работа по теме: “Физические свойства алюминия”.

Изучение алюминия начинаем с определения его физических свойств.

Цель исследовательской работы: изучить физические свойства алюминия, выявить закономерности между свойствами и областями применения данного металла.

Инструктивная карта.

Задание

Изучите физические свойства по плану:

Определите агрегатное состояние вещества при н. у.
Определите цвет вещества, обладает ли оно металлическим блеском?
Определите плотность по справочным таблицам и сделайте вывод: является ли алюминий лёгким или тяжёлым?
Определите пластичность.
Является ли проводником тока?
Обладает ли ковкостью?
Определить: тугоплавкий или легкоплавкий.
Выявите закономерности между свойствами и областями применения данного металла.

Результат исследований поместите в таблицу.

Физическое свойство	Область применения
Лёгкий	Самолётостроение
Пластичный	Кухонная посуда
Хороший проводник электрического тока	Электрические провода
Ковкий	Фольга для пищевых продуктов

Выделите проблему и предложите способ ее решения.

Почему чаще используют алюминиевые проводники?Почему нельзя скручивать алюминиевый и медный кабели?

Учитель ожидает получения ответа о преимуществах проволоки из алюминия: малого веса, стойкости к окислению, низкой стоимости. При скручивании этих двух металлов, имеющих разные величины токопроводимости, и места их соединения будут нагреваться.

Если говорить об окислительной пленке на медной проводке, то она может проводить ток и поэтому не сильно влияет на нагрев. А вот такая же пленка на алюминиевом электропроводе обладает сильным сопротивлением и, соответственно, пропускает меньше тока. Данный факт усиливает нагревание.

В процессе нагревания кабеля расширяются. Поскольку медь - это более твердый металл чем алюминий, то медный электропровод приводит к некоторой деформации алюминиевого провода.

Также имеет место и появление гальванической пары. Однако она появляется только тогда, когда на соединение попадает влага. В противном случае эта пара не образуется.

Гальваническая пар появляется потому, что в месте соединения таких проводок, которые мы называем медной и алюминиевой, начинается диссоциация окислов электропроводов.

Группа №3

Ознакомьтесь с текстом. Эндрю Симпсон рассказывает нам, на что обратить внимание, когда покупаете или собираетесь строить стальную или алюминиевую лодку.

Стальные и алюминиевые яхты всегда имели горячих поклонников среди парусников-круизеров. Одной из основных мудрых причин выбора металлического судна, по их мнению, является та, что если вы к несчастью наскочили на риф или камни, то ремонт корпуса часто может обойтись вам всего в несколько ударов кувалдой, чтобы выправить вмятину в обшивке. Есть тенденция объединять стальные и алюминиевые лодки в одну группу, как металлические, но при этом нужно учитывать большую разницу как в принципах их конструирования, так и в методах постройки и ремонта.

Сталь по сравнению с алюминием сталь очень недорога, хорошо сваривается, а работы по стальному корпусу можно проводить даже под открытым небом. Также имеется большое количество проектов стальных яхт на выбор, большинство из которых разработано именно для самостройщиков. Но часто листы монтируемой обшивки могут оказаться тяжелее, чем может поднять человек. Вырезание листов и выравнивание поверхности корпуса до точности нескольких миллиметров весьма сложный процесс, и отнимает много времени. Сварка – критический момент в железном судостроении. Она должна быть сведена до минимума, но не всегда любитель знает каков этот минимум, и часто его минимум оказывается больше необходимого, что ведет к проблемам. Проблемы происходят от усадки сварочных швов при охлаждении, что служит причиной множества вмятин в обшивке корпуса.

Незащищенная сталь в морских условиях будет коррозировать со скоростью приблизительно 50 мкм (0.05мм) в год. Если разрушение от коррозии идет с обеих сторон листа, то обшивка 4-миллиметровой толщины исчезнет через 40 лет, но конечно, совершенно потеряет конструктивную прочность задолго до этого срока.

Стальная палуба всегда уязвима. Слой краски на ней подвергается износу от обуви и при мытье, повреждению от падающих предметов и истиранию концами и якорной цепью. Также палубы насыщены десятками изделий и палубных устройств, каждое из которых может служить причиной проникновения воды внутрь через места их крепления или служить местом скопления воды под их основаниями.

В некоторых отношениях алюминиевые сплавы легче в работе, чем сталь. Втрое легче стали, проще в резке и гибке, алюминий требует меньших усилий при работе с ним. К сожалению, работа с алюминием требует высокого сварочного мастерства, более тщательного контроля качества сварки и дорогого сварочного оборудования. Как следствие этого имеется очень мало алюминиевых яхт, построенных самостройщиками. Эта область судостроения отдана на откуп профессионалам.

Алюминий относительно прочнее стали. При одинаковом весе состальным он будет много прочнее, а корпус из алюминия такой же прочности, как и стальной, будет весить на 45% меньше. Обшивка алюминиевого корпуса будет толще, и, следовательно прочнее, поскольку жесткость панелей увеличивается в кубической степени от толщины.
Более жесткая обшивка означает, что вы можете уменьшить количество элементов поперечного набора, и соответственно уменьшить количество сварки по корпусу. Это в свою очередь ведет к уменьшению сварочных деформаций и более гладкой поверхности корпуса, чем у стальных корпусов. Факт, что большая часть строителей алюминиевых лодок даже не красят надводный борт, оставляя его в натуральном виде, чтобы окружающие могли восторгаться.

Алюминий защищает сам себя от коррозии, формируя на своей поверхности оксидную пленку. Соскребите ее, и она тут же образуется снова, эффективно залечивая повреждение.

В большинстве морские алюминиевые сплавы содержат марганец и магний. Это важно потому, что алюминий очень чувствителен к гальванической коррозии, и так как медь и алюминий находятся практически на противоположных концах гальванической шкалы, они становятся очень враждебны по отношению друг к другу, когда оказываются в электролите морской воды.Целостность электрической системы жизненно необходима на алюминиевой лодке. Любая утечка тока на корпус может иметь разрушительный эффект.

Лабораторная работа по теме: “Физические свойства алюминия”.

Изучение алюминия начинаем с определения его физических свойств.

Инструктивная карта.

Задание

Изучите физические свойства по плану:

Определите агрегатное состояние вещества при н. у.
Определите цвет вещества, обладает ли оно металлическим блеском?
Определите плотность по справочным таблицам и сделайте вывод: является ли алюминий лёгким или тяжёлым?
Определите пластичность.
Является ли проводником тока?
Обладает ли ковкостью?
Определить: тугоплавкий или легкоплавкий.
Выявите закономерности между свойствами и областями применения данного металла.

Результат исследований поместите в таблицу.

Физическое свойство	Область применения
Лёгкий	Самолётостроение
Пластичный	Кухонная посуда
Хороший проводник электрического тока	Электрические провода
Ковкий	Фольга для пищевых продуктов

Выделите проблему и предложите способ ее решения.

Исследование плюсов и минусов в использования алюминия в кораблестроении.

Учитель ожидает получения ответа о преимуществах изделий из алюминия: малого веса, стойкости к окислению, низкой стоимости.

Группа №4

Ознакомьтесь с текстом и дополнительным научно-популярным материалом. Выделите проблему и предложите способ ее решения:

Зная, мое увлечение химией ко мне обратилась подруга:

Купила алюминиевую кастрюльку, помыла ее перед использованием, дала высохнуть, решила в ней сварить покушать, налила воду и при кипении кастрюля стала темного цвета внутри там, где была вода (стенки, дно), воду слила, чистила с Fairy, немного стала светлее, но снова при кипении она также потемнела. Причем и соль в воду насыпала и все тщетно. Чистка губкой эффекта не приносит. Боюсь в ней варить кушать.

Лабораторная работа: “Химические свойства алюминия”.

Работу можно выполнять парами, можно индивидуально. Это зависит от обеспеченности кабинета оборудованием и реактивами. Проводится инструктаж по правилам безопасного проведения эксперимента:

работа с кислотами и щелочами,

нагревание веществ,

чистота и порядок на рабочем месте,

внимательность.

Инструктивная карта.

1. Кусочек алюминия поместите в пробирку. Прилейте 1,5 мл концентрированной уксусной кислоты. Что наблюдаете? Запишите уравнение реакции.

2. В пробирку поместите кусочек алюминия и прилейте раствор щёлочи. Содержимое пробирки нагрейте. Что происходит? Запишите уравнение реакции.

3. Просмотрите видеоролик о взаимодействии алюминия с водой. Что происходит? Запишите уравнение реакции.

4. Результаты проделанной работы оформите в таблицу:

№ опыта	Исходные вещества	Результат	Уравнения реакций

Вывод: алюминий амфотерный, т. к. реагирует и с кислотами и со щелочами.

Алюминий может поступать в организм и с питьевой водой, если его в ней много – до 4 мг на литр. Больше всего алюминия содержится в овсянке и пшенице, горохе, рисе, картофеле, авокадо; чуть меньше – в артишоках, баклажанах, савойской капусте, киви, топинамбуре; ещё меньше – в персиках, фасоли, белокочанной капусте и манной крупе.

В организм, однако, попадает гораздо больше алюминия – даже с учётом того, что мы давно перестали пользоваться алюминиевой посудой. Современная пищевая промышленность давно отучила нас питаться натуральными, и тем более, сырыми продуктами, а в готовых продуктах, которые нам сегодня предлагаются, его становится всё больше. Алюминия много в дрожжах, а также в красителях и других пищевых добавках Е, так что практически все готовые продукты – консервы, колбаса, печенье и т.д., снабжают нас этим элементом в избытке, и каждый день.

Поищите, хотя бы для интереса, на упаковках и баночках с продуктами наименования от Е520 до Е523: это соли алюминия - сульфаты, отлично всасывающиеся в нашем кишечнике; чаще всего они добавляются в консервы, и могут добавляться в некоторые сладости. Силикаты и фосфаты алюминия есть в поваренной соли и сыре, хотя они всасываются гораздо слабее. Продукты в алюминиевых банках и фольге при длительном хранении накапливают много алюминия; в питьевой воде, при очистке которой используется сульфат алюминия, он остаётся даже после кипячения.

Немало алюминия мы получаем с дезодорантами и косметикой, пользуясь ими каждый день. Дезодоранты-антиперспиранты, действующие целые сутки, на ¼ состоят из солей алюминия – он и вызывает сухость в подмышках; многие кремы, помады и туши тоже «богаты» алюминием.

Об алюминии в лекарствах мы уже упоминали: больше всего его получают люди с заболеваниями почек и ЖКТ, но именно у них он труднее всего выводится из организма – круг замыкается. В препаратах, рекламируемых, как снимающие боль в желудке, алюминия тоже много – а ведь их предлагают принимать всей семье; но ещё хуже, что в большинстве вакцин, сегодня используемых повсеместно, тоже содержатся гидроксиды алюминия – такие вакцины снижают иммунитет и вызывают аллергические реакции.

Определить, сколько алюминия в организме человека, можно, исследовав его кровь, мочу или волосы. У мужчин алюминий чаще накапливается в волосах, чем у женщин, но у детей его ещё больше, чем у взрослых. Если в волосах алюминия меньше, чем обычно, это может означать, что он в избытке скапливается в костной ткани, и вообще о нарушении обменных процессов - в таких случаях рекомендуется проходить полное обследование, с использованием более точных методов диагностики.

А вы обращали внимание, действительно при варке алюминиевая кастрюля чернеет и не опасно ли в ней варить продукты питания?

Дефицит алюминия в вашем организме, может привести:

к общей слабости, потере сил в конечностях
значительному нарушению координации движений
не забывайте, что алюминий входит в состав всех наших клеток, поэтому его дефицит приводит к разрушению клетки и потере ее функциональности
происходит нарушение роста и развития, особенно у детей, что приводит к более серьезным, хроническим заболеваниям.

Видите, вы почти не застрахованы от возможности заполучить переизбыток этого элемента, который может привести к таким негативным последствиям:

нейротоксичности и энцефалопатии, которые проявляются в нарушении памяти, повышенной нервозности, склонности к стрессу и депрессии. Если излишки алюминия накапливаются в детском организме, то это ведет к трудностям обучения и запоминания материала в школе, а в старческом возрасте, это чревато прогрессирующим слабоумием
остеомаляцией, заболеванием, которое появляется в размягчении костной ткани, что приводит к переломам костей, повышенному травматизму, нарушению работы опорно – двигательного аппарата.

Интерпретация полученных данных

Построение схемы:

Вывод по результатам исследовательской работы

«Алюминий – крылатый металл. Этому металлу принадлежит будущее». На сегодняшний день использование алюминия неисчерпало себя. В основу его применения заложено семь его достоинств:

Легок, масса алюминиевой детали в 3 раза легче стальной.
Устойчив к коррозии на воздухе, а так же в среде многих газов.
Обладает высокой отражающей способностью
Алюминиевые сплавы по прочности не уступают конструкционным сталям.
Отличается высокой упругостью и не становятся хрупкими при низких температурах.
Хорошо поддается обработке резанием и давлением – его можно раскатать в фольгу 0,01 мм и меньше
Проводит электрический ток и тепло лучше, чем все обычные металлы (исключение медь)

Применение новых знаний в учебной деятельности

Почему алюминий называют металлом бедняков?

(мозговой штурм)

Алюминиевую посуду называют посудой бедняков, так как этот металл способствует развитию старческого атеросклероза.

Подведение итогов урока

Облако "тегов":