Природный алюминий состоит из одного нуклида 27Al. Конфигурация внешнего электронного слоя 3s2p1. Практически во всех соединениях степень окисления алюминия +3 (валентность III).

Радиус нейтрального атома алюминия 0,143 нм, радиус иона Al3+ 0,057 нм. Энергии последовательной ионизации нейтрального атома алюминия равны, соответственно, 5,984, 18,828, 28,44 и 120 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность алюминия 1,5.

Простое вещество алюминий -- мягкий легкий серебристо-белый металл.

> Свойства

Алюминий -- типичный металл, кристаллическая решетка кубическая гранецентрированная, параметр а = 0,40403 нм. Температура плавления чистого металла 660°C, температура кипения около 2450°C, плотность 2,6989 г/см3. Температурный коэффициент линейного расширения алюминия около 2,5·10-5 К-1 Стандартный электродный потенциал Al 3+/ Al -- 1,663В.

Химически алюминий -- довольно активный металл. На воздухе его поверхность мгновенно покрывается плотной пленкой оксида Al 2 О 3 , которая препятствует дальнейшему доступу кислорода (O) к металлу и приводит к прекращению реакции, что обусловливает высокие антикоррозионные свойства алюминия. Защитная поверхностная пленка на алюминии образуется также, если его поместить в концентрированную азотную кислоту.

С остальными кислотами алюминий активно реагирует:

6НСl + 2Al = 2AlCl 3 + 3H 2 ,

3Н 2 SO 4 + 2Al = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 .

Алюминий реагирует с растворами щелочей. Сначала растворяется защитная оксидная пленка:

Al 2 О 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na.

Затем протекают реакции:

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 ,

NaOH + Al(OH) 3 = Na,

или суммарно:

2Al + 6H 2 O + 2NaOH = Na + 3Н 2 ,

и в результате образуются алюминаты: Na -- алюминат натрия (Na) (тетрагидроксоалюминат натрия), К -- алюминат калия (K) (терагидроксоалюминат калия) или др. Так как для атома алюминия в этих соединениях характерно координационное число 6, а не 4, то действительные формулы указанных тетрагидроксосоединений следующие:

Na и К.

При нагревании алюминий реагирует с галогенами:

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3 ,

2Al + 3 Br 2 = 2AlBr 3 .

Интересно, что реакция между порошками алюминия и иода (I) начинается при комнатной температуре, если в исходную смесь добавить несколько капель воды, которая в данном случае играет роль катализатора:

2Al + 3I 2 = 2AlI 3 .

Взаимодействие алюминия с серой (S) при нагревании приводит к образованию сульфида алюминия:

2Al + 3S = Al 2 S 3 ,

который легко разлагается водой:

Al 2 S 3 + 6Н 2 О = 2Al(ОН) 3 + 3Н 2 S.

С водородом (H) алюминий непосредственно не взаимодействует, однако косвенными путями, например, с использованием алюминийорганических соединений, можно синтезировать твердый полимерный гидрид алюминия (AlН 3) х -- сильнейший восстановитель.

В виде порошка алюминий можно сжечь на воздухе, причем образуется белый тугоплавкий порошок оксида алюминия Al 2 О 3 .

Высокая прочность связи в Al 2 О 3 обусловливает большую теплоту его образования из простых веществ и способность алюминия восстанавливать многие металлы из их оксидов, например:

3Fe 3 O 4 + 8Al = 4Al 2 O 3 + 9Fe и даже

3СаО + 2Al = Al 2 О 3 + 3Са.

Такой способ получения металлов называют алюминотермией.

Амфотерному оксиду Al 2 О 3 соответствует амфотерный гидроксид -- аморфное полимерное соединение, не имеющее постоянного состава. Состав гидроксида алюминия может быть передан формулой xAl 2 O 3 ·yH 2 O, при изучении химии в школе формулу гидроксида алюминия чаще всего указывают как Аl(OH) 3 .

В лаборатории гидроксид алюминия можно получить в виде студенистого осадка обменными реакциями:

Al 2 (SO 4) 3 + 6NaOH = 2Al(OH) 3 + 3Na 2 SO 4 ,

или за счет добавления соды к раствору соли алюминия:

2AlCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O = 2Al(OH) 3 + 6NaCl + 3CO 2 ,

а также добавлением раствора аммиака к раствору соли алюминия:

AlCl 3 + 3NH 3 ·H2O = Al(OH) 3 + 3H 2 O + 3NH 4 Cl.

Название и история открытия: латинское aluminium происходит от латинского же alumen, означающего квасцы (сульфат алюминия и калия (K) KAl(SO 4) 2 ·12H 2 O), которые издавна использовались при выделке кож и как вяжущее средство. Из-за высокой химической активности открытие и выделение чистого алюминия растянулось почти на 100 лет. Вывод о том, что из квасцов может быть получена «земля» (тугоплавкое вещество, по-современному -- оксид алюминия) сделал еще в 1754 немецкий химик А. Маргграф. Позднее оказалось, что такая же «земля» может быть выделена из глины, и ее стали называть глиноземом. Получить металлический алюминий смог только в 1825 датский физик Х. К. Эрстед. Он обработал амальгамой калия (сплавом калия (K) со ртутью (Hg)) хлорид алюминия AlCl 3 , который можно было получить из глинозема, и после отгонки ртути (Hg) выделил серый порошок алюминия.

Только через четверть века этот способ удалось немного модернизировать. Французский химик А. Э. Сент-Клер Девиль в 1854 году предложил использовать для получения алюминия металлический натрий (Na), и получил первые слитки нового металла. Стоимость алюминия была тогда очень высока, и из него изготовляли ювелирные украшения.

Промышленный способ производства алюминия путем электролиза расплава сложных смесей, включающих оксид, фторид алюминия и другие вещества, независимо друг от друга разработали в 1886 году П. Эру (Франция) и Ч. Холл (США). Производство алюминия связано с высоким расходом электроэнергии, поэтому в больших масштабах оно было реализовано только в 20-ом веке. В Советском Союзе первый промышленный алюминий был получен 14 мая 1932 года на Волховском алюминиевом комбинате, построенном рядом с Волховской гидроэлектростанцией.

>> Химия: Алюминий

Строение и свойства атомов. Алюминий Аl - элемент главной подгруппы III группы Периодической системы Д. И. Менделеева. Атом алюминия содержит на внешнем энергетическом уровне три электрона, которые он легко отдает при химических взаимодействиях. У родоначальника подгруппы и верхнего соседа алюминия - бора радиус атома меньше (у бора он равен 0,080 нм, у алюминия - 0,143 нм). Кроме того, у атома алюминия появляется один промежуточный восьмиэлектрон-ный слой (2е-; 8е-; Зе-), который препятствует притяжению внешних электронов к ядру. Поэтому у атомов алюминия восстановительные свойства выражены гораздо сильнее, чем у атомов бора, который проявляет неметаллические свойства.

Почти во всех своих соединениях алюминий имеет степень окисления +3.

Алюминий - простое вещество. Серебристо-белый легкий металл. Плавится при 660 °С. Очень пластичен, легко вытягивается в проволоку и прокатывается в фольгу толщиной 0,01 мм. Обладает очень большой электрической проводимостью и теплопроводностью. Образует с другими металлами легкие и прочные сплавы.

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 ->NаАlO2

Реакции, идущие с участием электролитов, запишите в ионной форме. Первую реакцию рассмотрите как окислительно-восстановительный процесс.

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

Свойства 13 Al.

Атомная масса	26,98	кларк, ат.% (распространненость в природе)	5,5
Электронная конфигурация*		Агрегатное состояние (н. у.).	твердое вещество
	0,143	Цвет	серебристо-белый
	0,057		695
Энергия ионизации	5,98		2447
Относительная электроотрицательность	1,5	Плотность	2,698
Возможные степени окисления	1, +2,+3	Стандартный электродный потенциал	1,69

*Приведена конфигурация внешних электронных уровней атома элемента. Конфигурация остальных электронных уровней совпадает с таковой для благородного газа, завершающего предыдущий период и указанного в скобках.

Алюминий — основной представитель металлов главной подгруппы III группы периодической системы. Свойства его аналогов — галлия, индия и таллия — во многом напоминают свойства алюминия, поскольку все эти элементы имеют одинаковую электронную конфигурацию внешнего уровня ns 2 np 1 и поэтому все они проявляют степень окисления 3+.

Физические свойства. Алюминий — серебристо-белый металл, обладающий высокой тепло- и электропроводностью. Поверхность металла покрыта тонкой, но очень прочной пленкой оксида алюминия Аl 2 Oз.

Химические свойства. Алюминий весьма активен, если нет защитной пленки Аl 2 Oз. Эта пленка препятствует взаимодействию алюминия с водой. Если удалить защитную пленку химическим способом (например, раствором щелочи), то металл начинает энергично взаимодействовать с водой с выделением водорода:

Алюминий в виде стружки или порошка ярко горит на воздухе, выделяя большое количество энергии:

Эта особенность алюминия широко используется для получения различных металлов изих оксидов путем восстановления алюминием. Метод получил название алюмотермии . Алюмотермией можно получить только те металлы, у которых теплоты образования оксидов меньше теплоты образования Аl 2 Oз, например:

При нагревании алюминий реагирует с галогенами серой, азотом и углеродом, образуя при этом соответственно галогениды:

Сульфид и карбид алюминия полностью гидролизуются образованием гидроксида алюминия и соответственно сероводорода и метана.

Алюминий легко растворяется в соляной кислоте любой концентрации:

Концентрированные серная и азотная кислоты на холоде не действуют на алюминий (пассивируют). При нагревании алюминий способен восстанавливать эти кислоты без выделения водорода:

В разбавленной серной кислоте алюминий растворяется с выделением водорода:

В разбавленной азотной кислоте реакция идет с выделением оксида азота (II):

Алюминий растворяется в растворах щелочей и карбонатов щелочных металлов с образованием тетрагидроксоалюминатов:

Оксид алюминия. Al 2 O 3 имеет 9 кристаллических модификаций. Самая распространенная a - модификация. Она наиболее химически инертна, на ее основе выращивают монокристаллы различных камней для использования с ювелирной промышленности и технике.

В лаборатории оксид алюминия получают, сжигая порошок алюминия в кислороде или прокаливая его гидроксид:

Оксид алюминия, будучи амфотерным, может реагировать не только с кислотами, но и с щелочами, а также при сплавлении с карбонатами щелочных металлов, давая при этом метаалюминаты:

и с кислыми солями:

Гидроксид алюминия — белое студенистое вещество, практически нерастворимое в воде, обладающее амфотерными свойствами. Гидроксид алюминия может быть получен обработкой солей алюминия щелочами или гидроксидом аммония. В первом случае необходимо избегать избытка щелочи, поскольку в противном случае гидроксид алюминия растворится с образованием комплексных тетрагидроксоалюминатов [Аl(ОН) 4 ]` :

На самом деле в последней реакции образуются тетрагидроксодиакваалюминат-ионы ` , однако для записи реакций обычно используют упрощенную форму [Аl(ОН) 4 ]` . При слабом подкислении тетрагидроксоалюминаты разрушаются:

Соли алюминия. Из гидроксида алюминия можно получить практически все соли алюминия. Почти все соли алюминия и сильных кислот хорошо растворимы в воде и при этом сильно гидролизованы.

Галогениды алюминия хорошо растворимы в воде, и по своей структуре являются димерами:

2AlCl 3 є Al 2 Cl 6

Сульфаты алюминия легко, как и все его соли, гидролизуются:

Известны также калий-алюминиевые квасцы: KAl(SO 4) 2Ч 12H 2 O.

Ацетат алюминия Al(CH 3 COO) 3 используют в медицине в качестве примочек.

Алюмосиликаты. В природе алюминий встречается в виде соединений с кислородом и кремнием - алюмосиликатов. Общая их формула: (Na, K) 2 Al 2 Si 2 O 8 -нефелин.

Также природными соединениями алюминия являются: Al 2 O 3 - корунд, глинозем; и соединения с общими формулами Al 2 O 3 Ч nH 2 O и Al(OH) 3Ч nH 2 O - бокситы.

Получение. Алюминий получают электролизом расплава Al 2 O 3 .

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Предварительный просмотр:

УРОК ХИМИИ В 9 КЛАССЕ ПО ТЕМЕ:

"АЛЮМИНИЙ: ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ И ПРОСТОЕ ВЕЩЕСТВО"

Урок № 14 в теме “Металлы”, по учебнику О.С. Габриеляна “Химия, 9 класс”, составлен в соответствии с образовательной программой с использованием субъектного опыта учащихся.

Цель урока: изучить особенности строения атома алюминия, а также физические и химические свойства простого вещества.

Задачи урока:

Образовательные: изучение особенностей атома алюминия, его физических и химических свойств,

Развитие представления о переходных химических элементах,

Воспитательные: воспитание культуры работы с химическим оборудованием и реактивами,

Развивающие: развитие умения и навыка самостоятельной и групповой деятельности;

Основные понятия: химический знак “Аl”, химический элемент, простое вещество, электронная оболочка, степень окисления, переходный элемент, амфотерные свойства соединения.

Оборудование: Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева, коллекция “Алюминий и его сплавы”, алюминий: фольга, проволока, порошок, растворы соляной кислоты и гидроксида натрия.

Тип урока: изучение нового материала

ХОД УРОКА

І. Организационный момент.

ІІ. Изучение нового материала.

1. Погружение в тему урока.

Учитель: - Мы продолжаем изучение большой и важной темы “Металлы”. Сегодня нам предстоит познакомиться с металлом хорошо знакомым вам с детства. Историю открытия этого металла можно озаглавить как «Серебро из глины».

“Однажды к римскому императору Тиберию пришёл незнакомец. В дар императору он принёс изготовленную им чашу из блестящего, как серебро, но чрезвычайно лёгкого металла. Мастер поведал, что получил этот металл из “глинистой земли”. Но император, боясь, что обесценятся его золото и серебро, велел отрубить мастеру голову, а его мастерскую разрушить”.

Только в 1827 году нем. химик Ф. Вёлер получил новый металл. На эти эксперименты ему понадобилось 18 лет! К тому времени металл успел стать популярным, но, поскольку его получали в мизерных количествах, цены на него превышали цены на золото!

О каком металле идёт речь?

(Ответ: об алюминии)

Учитель: - Таким образом, тема нашего урока: “Алюминий – химический элемент и простое вещество”. Запишите тему в тетради.

Цель урока - изучить особенности строения атома алюминия, а также физические и химические свойства простого вещества.

2. Актуализация и обогащение субъективного опыта учащихся.

Учитель: - С чего мы начинаем изучение химического элемента?

Учащийся: - С характеристики его положения в Периодической системе Д.И.Менделеева.

Учитель: - итак, дайте характеристику химического элемента алюминия, используя следующий план

Кратко запишите характеристику элемента в тетради:

Рефлексия этапа работы.

После выполнения задания в классе разворачивается коллективное обсуждение по следующим вопросам учителя:

1. Сколько электронов находится на внешнем энергетическом уровне атома алюминия?

Ответ: три электрона.

2. Какую степень окисления проявляет алюминий в сложных веществах?

Ответ: +3

3. Алюминий будет отдавать или принимать электроны? Какие свойства он при этом проявляет?

Ответ: отдавать электроны, проявляет восстановительные свойства.

Значит алюминий это…

Ответ: металл.

Какой же это металл: активный или неактивный?

Ответы могут быть разные: из своего жизненного опыта ребята отвечают, что это неактивный металл (алюминиевые провода не реагируют с водой), другие делают предположение об активности алюминия, так как он находится в электрохимическом ряду напряжения металлов сразу после активных металлов.

Учитель: - Для решения вопроса об активности алюминия, что мы должны рассмотреть?

Учащийся: - Физические и химические свойства алюминия, как простого вещества.

Учитель: - Используя свои наблюдения, жизненный опыт перечислите физические свойства алюминия и область его применения. Заполните таблицу.

Характеристика физических свойств алюминия и область его применения

Таблица. Физические свойства алюминия и область их применения

Учитель: - Смогли ли мы, рассмотрев физические свойства алюминия, ответить на вопрос об его активности?

Учащийся: - Нет.

Учитель: - Рассмотрим химические свойства алюминия.

Посмотрим, как ведёт себя алюминий по отношению к простым веществам

Учитель демонстрирует «Взаимодействие алюминия с простыми веществами: йодом, серой и кислородом».

Опыт 1 . Взаимодействие алюминия с йодом .

Предварительно готовят смесь порошка алюминия с йодом (в массовых соотношениях 1:15). Данную смесь помещают в фарфоровую чашку горкой. Из пипетки на середину смеси капают несколько капель воды. Происходит бурная химическая реакция.

Наблюдают выделение фиолетовых паров йода и горение металла.

Опыт 2 . Взаимодействие алюминия с серой .

Смешивают размельченную серу и порошок алюминия в соотношениях 1:1. Смесь поместить в фарфоровую чашку или асбестовую сетку. Горящей лучинкой поджечь смесь. Наблюдаем реакцию.

Опыт 3 . Горение алюминия .

Порошок алюминия помещаем в ложечку для сжигания веществ. Сверху кладём кусочек магниевой ленты или в её отсутствии 2–3 спичечные головки. Поджигаем. После начала горения, ложечку вносим в колбу с предварительно набранным кислородом.

Наблюдаем яркое ослепительное пламя.

Учитель: - где можно наблюдать подобное явление?

Ответ: при горение бенгальских огней.

Учитель: - При каких условиях алюминий реагировал с простыми веществами?

Учащийся: - При использовании дополнительной энергии или катализатора (Н 2 О).

Учитель: - Какой вывод можно сделать об активности алюминия?

Учащийся: - Вывод: алюминий – активный металл.

После демонстрации учащимся предлагается выполнить задание по выяснению отношения алюминия к простым веществам.

Задание в тетрадях (Групповая работа)

Характеристика химических свойств алюминия

Цель: выяснить отношение алюминия к простым веществам – йоду, сере, кислороду, как восстановителя.

Учитель: -

1. Напишите уравнения реакций, происходящих между алюминием и йодом, алюминием и кислородом.

2. Укажите окислитель и восстановитель.

3. Сделайте вывод о химической активности алюминия по отношению к простым веществам.

4. Проверьте друг у друга правильность записей по образцу.

5* Если вы затрудняетесь в написании окислительно-восстановительной реакции, пользуйтесь алгоритмом.

Образец выполнения задания в тетради

взаимодействие алюминия с йодом 2Al 0 + 3 I 2 0 = 2 AlI 3 (кат. вода) Al 0 - 3℮ → Al +3 I 0 2 + 2℮ → 2I -1

взаимодействие алюминия с кислородом 4 Al 0 + 3 О 2 0 = 2 Al 2 О 3 (нагревание) Al 0 - 3℮ → Al +3 (восстановитель, процесс окисления) О 0 2 + 4℮ → 2О -2 (окислитель, процесс восстановления)

Учитель: - Посмотрим, как ведёт себя алюминий по отношению к сложным веществам: к воде, кислотам, щелочам, к оксидам тяжёлых металлов?

А) Отношение к воде

Учитель: - При комнатной температуре на воздухе алюминий не изменяется, поскольку его поверхность покрыта очень прочной тонкой оксидной плёнкой, которая и защищает металл от внешних воздействий. Именно из-за наличия оксидной плёнки на поверхности алюминий не способен реагировать ни с водой, ни с концентрированными серной и азотной кислотами. Поэтому эти кислоты перевозят в алюминиевых цистернах.

А теперь посмотрите на экран. Демонстрация видеофрагмента. В9-47

Учитель: - Итак, из видеозаписи видно, что алюминий всё таки взаимодействует с водой. Чем это можно объяснить?

Ученики: - Взаимодействие возможно после удаления с поверхности алюминия оксидной плёнки.

Учитель: - Какие продукты реакции при этом образуются? Запишите уравнения реакции взаимодействия алюминия с водой.

Б) Отношение к кислотам и щелочам

Рассмотрим отношение алюминия к растворам кислоты и щелочи.

Выполнение лабораторных опытов

1. «Взаимодействие алюминия с раствором соляной кислоты»,

2. «Взаимодействие алюминия с раствором гидроксида натрия».

Инструкция по выполнению лабораторной работы

Цель: Изучить отношение алюминия к кислотам и щелочам.

Правила работы с кислотами и щелочами: Соблюдайте осторожность при работе с кислотами и щелочами! В случае попадания на кожу – промойте водой! При нагревании, прогрейте сначала всю пробирку.

Опыт 1 . В пробирку положите 2 кусочка алюминия и прилейте 3–4 мл раствора соляной кислоты. Пробирку слегка нагрейте.

Опыт 2. В пробирку положите 2 кусочка алюминия и прилейте 3–4 мл раствора гидроксида натрия. Пробирку слегка прогрейте.

Задание:

1. Выполните опыты;
2. Обговорите с соседом по парте, что наблюдали;
3. Запишите уравнения реакций;
4. Сделайте выводы.
5. * Если затрудняетесь записать уравнения реакций, откройте стр. 58-59 учебника.

Фронтальная проверка.