Гипермаркет знаний>>Химия>>Химия 9 класс>> 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.

Алюминий — очень активный металл. В ряду напряжений он находится сразу же после щелочных и щелочноземельных металлов. Однако при комнатной температуре на воздухе алюминий не изменяется, поскольку его поверхность покрыта очень прочной тонкой пленкой оксида, которая защищает металл от воздействия компонентов воздуха и воды.

Если порошок алюминия или тонкую алюминиевую фольгу сильно нагреть, то они воспламеняются и сгорают ослепительным пламенем:

Эту реакцию вы наблюдаете при горении бенгальских огней и фейерверков.

Алюминий, как и все металлы, легко реагирует с неметаллами, особенно в порошкообразном состоянии. Для того чтобы началась реакция, необходимо первоначальное нагревание, за исключением реакций с галогенами — хлором и бромом, зато потом все реакции алюминия с неметаллами идут очень бурно и сопровождаются выделением большого количества теплоты:

Алюминий хорошо растворяется в разбавленных серной и соляной кислотах:

2Аl + 6НСl = 2АlСl3 + ЗН2

2Аl + ЗН2SO4 = Аl2(SO4)3 + ЗН2

А вот концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют алюминий, образуя на поверхности металла плотную, прочную оксидную пленку, которая препятствует дальнейшему протеканию реакции. Поэтому эти кислоты перевозят в алюминиевых цистернах.

Как вы уже знаете, оксид и гидроксид алюминия обладают амфотерными свойствами, поэтому алюминий растворяется в водных растворах щелочей, образуя соли — алюминаты:

2Аl + 2NаОН + 2Н20 = 2NаАlO2 + ЗН2

Алюминий широко используется в металлургии для получения металлов — хрома, марганца, ванадия, титана, циркония из их оксидов. Как вы помните, этот способ носит название алюминотермии. На практике часто применяется термит — смесь Fе3O4 с порошком алюминия. Если эту смесь поджечь, например, с помощью магниевой ленты, то происходит энергичная реакция с выделением большого количества теплоты.

Выделяющейся теплоты вполне достаточно для полного расплавления образующегося железа, поэтому этот процесс используют для сварки стальных изделий.

Алюминий очень прочно связан в природных соединениях с кислородом и другими элементами, и выделить его из этих соединений химическими методами очень трудно. Алюминий можно получить электролизом — разложением расплава его оксида Аl2O3 на составные части с помощью электрического тока. Но температура плавления оксида алюминия около 2050 °С, поэтому для проведения электролиза необходимы большие затраты энергии.

Технически доступным металлом алюминий стал после того, как был найден способ понизить температуру плавления оксида алюминия хотя бы до 1000 °С. Этот способ открыли в 1886 г. американский и французский ученые Ч. Холл и П. Эру, которые установили, что оксид алюминия хорошо растворяется в расплавленном криолите, формула которого Nа3АlF6. Расплав оксида алюминия в криолите подвергают электролизу на алюминиевых заводах.

Мировое производство алюминия постоянно растет. Он оттеснил на третье и последующие места медь и другие цветные металлы и стал вторым по значению металлом продолжающегося железного века. Алюминий почти втрое легче стали и устойчив к коррозии, поэтому выгоднее стали в тех областях применения, где требуются эти свойства.

Соединения алюминия. В природе алюминий встречается только в виде соединений и по распространенности в земной коре занимает первое место среди металлов и третье — среди всех элементов (после кислорода и кремния). Общее содержание алюминия в земной коре составляет около 9% (по массе).

Укажем 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 деталей часов 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 + ЗН2O

Гидроксид алюминия Аl(ОН)3 выпадает в виде студенистого осадка при действии щелочей на растворы солей алюминия, например:

АlСl3 + ЗNaОН = Аl(ОН)3 + ЗNaСl
избыток

Как амфотерный гидроксид он легко растворяется в кислотах и в растворах щелочей:

Аl(ОН)3 + ЗНNO3 = Аl(NО3)3 + ЗН20


Алюминатами 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 ->NаАlO2

Реакции, 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.

_{графики и таблицы к уроку химии 9 класса, идеальные уроки по химии, программа по всем предметам}

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

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.