Гидроксиды алюминия

9 класс. Химия, учитель Хамитова А.Ж.
Тема: Алюминий. Строение атома и свойства.
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
1.
2.
3.
4.
Главные вопросы урока:
Электронное строение атома алюминия как ключ понимания образования различных видов
химической связи
Амфотерность, способность к комплексообразованию, аквакомплексы, гидроксокомплексы
Оксиды и гидроксиды алюминия, их получение, физические и химические свойства,
практическое значение
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
1.
2.
3.
4.
Методы организации познавательной деятельности учащихся
Прослушивание лекционного материала и краткая его запись
Словарная работа над терминами
Практическая работа с энциклопедическими источниками и учебными текстами
Наблюдение химических опытов и оформление их результатов
Ход урока:
1 этап – Организационный:
Знакомство с темой и целями урока; 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.
Вводное слово: 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
фармацевтикой, 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,
следовательногидроксид 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.
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
Ковалентнаясвязь 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
гидроксогруппыОН
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
OO
Al
OO
Al
O
AlOAl
Кристаллическая разновидность
(корунд)
Al2O3Al(AlO3)
Аморфная разновидность
(глинозем)
Гидроксиды алюминия
O H
AlOHAlOH
OH
Al(OH)3HАlO2
Ортогидроксид алюминия
O
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 Na3AlF6равно: 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) AlCl3в) [Al ОН(H2O)5]Cl2 г) НАlO2
Ключ: 1. а) 2. г) 3. а)