Wabashpress.ru

Техника Гидропрессы
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ

Подгруппа Бора

По номеру, как говорится, и свойства! Группу «раздирают внутренние противоречия»! Мы это разберем подробно, но пока рассмотрим общие закономерности.

Электронное строение атомов

Электронное строение внешнего слоя у всех атомов этих элементов одинаково – на нем всего 2 электрона на s-орбитали 1 на p-орбитали:

n S 2 n p 1

подгруппа бора

Что это означает?

  1. Валентности элементов подгруппы бора = 3, т.е. каждый атом может образовывать 3 связи.
  2. Степени окисления элементов +3 – металлические свойства – это способность отдавать электроны
  3. Сверху вниз в подгруппе радиус атома увеличивается, следовательно, электроны все слабее притягиваются к ядру атома, следовательно, сверху вниз металлические свойства увеличиваются – Tl более сильный металл, чем B.
  4. Как следствие этого сверху вниз в подгруппе усиливаются восстановительные свойства

подгруппа бора

А вот теперь о » внутренних противоречиях»

  • Наличие p-орбитали уже вносит значительные изменения в химические свойства элементов. В отличие от металлов I группы и щелочноземельных металлов, где все элементы более или менее одинаковы, в подгруппу Бора закрался «предатель» — Бор — неметалл, по своим свойствам он больше похож на углерод С и кремний Si. Остальные элементы — металлы, хотя некоторые соединения алюминия проявляют амфотерные (т.е. и основные, и кислотные) свойства.
  • Tl в отличие от остальных собратьев чаще проявляет степень окисления +1. ( В ЕГЭ он встречается ОЧЕНЬ редко, но знать об этом на всякий случай следует)
  • Оксиды и гидроксиды: B2O3 — кислотный оксид, ему соответствует кислота H3BO3 (ее часто записывают как B(OH)3 — у этого соединения свойства амфотерные);
    Al2O3 ( и оксид Ga) — амфотерный оксид — может реагировать как с кислотами, так и с растворами щелочей;
    Оксиды In и Tl — типичные основные оксиды.
    Как видите, сверху вниз в подгруппе закономерно усиливаются металлические свойства (основные) и ослабевают неметаллические (кислотные) — периодичность налицо!

Физические свойства элементов подгруппы бора — B и Al:

Общие характеристики:

  • все металлы, кроме B — сероватого серебристого цвета; B — кристаллическое вещество, цвета: бесцветный, серый, красный…(различные аллотропные модификации)
  • достаточно твердые, ножом, как щелочные металлы, их , конечно, не порежешь Бор чуть менее твердый, чем алмаз
  • плотность больше 2,
  • B встречается в природе только в виде соединений; Al покрываются оксидной пленкой, остальные — достаточно устойчивы.
  • Электро- и теплопроводны

Химические свойства бора и алюминия

при н.у. покрывается оксидной пленкой, поэтому слабоактивный

  • с бескислородными кислотами бор не взаимодействует;
  • с кислотами-окислителями при нагревании образует борную кислоту: B → H3BO3

Обсуждение: «Подгруппа Бора»

+1+3-1
В NaBH4 Бор будет образовывать 4 связи с водородом (одна -донорно-акцепторная, как в аммиаке), при этом степень окисления будет равна +3

Химические свойства алюминия с неметаллами

Обучающая – изучить физические и химические свойства алюминия и области его применения. Рассмотреть характеристику химического элемента алюминия и изучить строение атома.

Развивающая – развивать умения в проведении эксперимента, развитие коммуникативных способностей, умения слушать, умение правильно высказывать свои мысли.

Воспитательная – воспитывать культуру работы с химическими веществами, соблюдение правил техники безопасности, воспитывать сознательную дисциплинированность, четкость и организованность в работе.

Учащиеся должны знать:

строение атома алюминия, физические и химические свойства алюминия как простого вещества, области применения.

Учащиеся должны уметь:

давать характеристику алюминия, как химического элемента, так и простого вещества. Записывать уравнения реакций, доказывающие химические свойства алюминия в молекулярном и окислительно-восстановительном виде.

Читайте так же:
Формы для литья фигурок

изучение нового материала.

Форма организации учебной деятельности учащихся:

групповая работа, индивидуальная, химический эксперимент.

Методы и приемы обучения:

поисковый, частично-исследовательский, демонстрационный химический эксперимент, работа в группах, устные ответы у доски, самостоятельная работа с текстами, взаимоконтроль.

Оборудование урока:

научно-познавательные тексты по теме урока, карточки-задания по отдельному вопросы плана изучения материала для каждой группы, ПСХЭ,

Коллекция «Алюминий и его соединения», алюминиевая фольга, соляная кислота и гидроксид натрия, алюминий, лабораторное оборудование.

Содержание урока:

1. Организационный момент.

Учитель приветствует учащихся.

2. Актуализация опорных знаний, сообщение темы, задач и структуры проведения урока:

Вступительное слово учителя

Мы продолжаем изучение большой и важной темы «Металлы». Сегодня на уроке нам предстоит познакомиться с металлом хорошо известным вами с детства. Данный урок я хочу начать с легенды.
«Однажды к римскому императору Тиберию пришел незнакомец. В дар императору он принес изготовленную им чашу из блестящего, как серебро, но чрезвычайно легкого 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». О каком металле идет речь?

(Об алюминии)

Таким образом, тема нашего урока: «Алюминий: его физические и химические свойства».
Давайте определим цель работы на уроке. (определение цели).

Я предлагаю следующий порядок работы на уроке:

Сначала мы вместе с вами дадим характеристику алюминию по его положению в периодической системе элементов Д.И.Менделеева. Затем познакомимся с физическими и химическими свойствами алюминия как простого вещества, используя CD диск, учебник и информационную справку.

Приступим к первому вопросу:

Характеристика химического элемента алюминия по положению его в ПСХЭ. (совместная работа)

А) порядковый номер.
Б) атомная масса.
В) период (малый, большой).
Г) группа (подгруппа: главная или побочная).
Д) химический знак.
Е) Строение атома (заряд ядра, число протонов, электронов, нейтронов, электронная формула).
И) оксиды.
К) летучие водородные соединения.

Я предлагаю вам подумать и ответить на следующие вопросы:

  1. Сколько электронов находится на внешнем уровне атома алюминия?
  2. Алюминий будет отдавать или принимать данные электроны?
  3. Какую степень окисления будет приобретать при этом ион алюминия?
  4. Сделайте вывод: К какому классу соединений относится алюминий (металл или неметалл)
  5. Сравните активность химического элемента алюминия с элементами 1 и 2 групп этого же периода.

У вас на столах имеется алюминий в гранулах. Давайте рассмотрим их, вспомним все, что мы знаем об алюминии из жизни и выясним, какими физическими свойствами обладает алюминий:

  • Агрегатное состояние, цвет, блеск, плотность (легкий или тяжелый), плавкость (легко –или тугоплавкий), электро- и теплопроводность, пластичный.

Мы ознакомились с химическим свойствами алюминия. Давайте повторим, в реакции с какими веществами может вступать алюминий?

  • С кислородом
  • С неметаллами
  • С кислотами
  • С оксидами металлов
  • Со щелочами

Ребята, кто может ответить на вопрос : почему алюминий вступает в реакции и с кислотами и со щелочам?.

  • Он относится к переходным металлам, образует амфотерные соединения, т.е может проявлять как металлические так и неметаллические свойства.

Изучить отношение алюминия к кислотам и щелочам.

Правила работы с кислотами и щелочами:

Соблюдай осторожность при работе с кислотами и щелочами! В случае попадания на кожу – промой водой! При нагревании, прогрей сначала всю пробирку, направляя отверстие в сторону от себя и соседа. Спиртовку поджигайте только при помощи спичек.

Читайте так же:
Раствор для хромирования в домашних условиях

В пробирку положите 1 гранулу алюминия и прилейте 3-4 мл раствора соляной кислоты. Пробирку слегка прогрейте.

В пробирку положите 1 гранулу алюминия и прилейте 3-4 мл. раствора гидроксида натрия. Пробирку слегка прогрейте

Давайте подведем итоги урока.

Что вы узнали на уроке нового? Что бы вам хотелось еще узнать об алюминии?

— Какое количество электронов находится на внешнем энергетическом уровне атома алюминия.
— Какую степень окисления имеет атом алюминия? Почему? А ион?
— При помощи каких опытов мы доказали, что алюминий – это активный металл?
— Какие вещества называются амфотерными?
— На каких свойствах основаны следующие области применения?
— Где в организме больше всего содержится алюминия?
— Можно ли длительное время хранить продукты питания в алюминиевой посуде?)

Домашнее задание: § 13 стр. 68-71 до соединений алюминия.

Учитель благодарит учащихся за сотрудничество, выставляет оценки выступающим у доски.

Справка.

Алюминий.
В главную подгруппу III группы входят элементы: бор, алюминий, галлий, индий, таллий. На внешнем электронном слое атомы этих элементов содержат три электрона (…ns2np1). Они являются р-элементами. В реакциях атомы этих элементов являются восстановителями, за исключением неметалла бора, он может быть окислителем. Все элементы этой подгруппы проявляют высшую степень окисления +3. Они образуют высшие оксиды Э2О3 и гидроксиды Э(ОН)3, которые проявляют амфотерные свойства. Наибольший интерес в этой подгруппе представляют алюминий.

Алюминий в свободном виде – серебристо-белый металл, обладает блеском, высокой тепло-электропроводностью (уступает в этом отношении меди), легкий (плотность 2,7 г/см3) и одновременно – это прочный металл. Является мягким, пластичным металлом, его можно прокатывать в фольгу, вытягивается в проволоку. Плавится при температуре 6600С. При 6000С алюминий становится хрупким и его можно истолочь в зерна или в порошок.
Алюминий – металл, поверхность которого обычно покрыта тонкой, прочной оксидной пленкой. Ввиде стружек и порошка он ярко горит на воздухе, выделяя большое количество теплоты.

При комнатной температуре активно реагирует с галогенами, при нагревании взаимодействует с серой (2000С), азотом (8000 С) и другими неметаллами.

Отношение алюминия к сложным веществам:

Алюминий растворяется в соляной кислоте любой концентрации:

Алюминий растворяется в растворах щелочей:

Алюминий играет важную биологическую роль в жизни человека. Он принимает участие в построении эпителиальной и соединительной тканях. Содержание алюминия в организме человека (на 70 кг массы тела) составляет 61 мг. Находится во всех органах и тканях: больше всего в печени, легких, костях головном мозге. Основным поступлением алюминия в организм является пища – это хлебопродукты, чай (от 20 – 200мг на 100г. продукта), картофель – 4 мг на 100г. продукта, желтая репа – 46 мг на 100 г. продукта.

При приготовлении и хранении пищи в алюминиевой посуде содержание алюминия в продуктах увеличивается вдвое. Повышение содержания алюминия в крови вызывает возбуждение центральной нервной системы. При избытке алюминия в организме нарушается двигательная активность, судороги, ослабление памяти, заболевание печени и почек. При понижении содержания алюминия происходит торможение центральной нервной системы.

    1. Сколько электронов находится на внешнем уровне атома алюминия?
    2. Алюминий будет отдавать или принимать данные электроны?
    3. Какую степень окисления будет приобретать при этом ион алюминия?
    4. Сделайте вывод: К какому классу соединений относится алюминий (металл или неметалл)
    5. Сравните активность химического элемента алюминия с элементами 1 и 2 групп этого же периода.

    Изучить отношение алюминия к кислотам и щелочам.

    Правила работы с кислотами и щелочами:

    Соблюдай осторожность при работе с кислотами и щелочами! В случае попадания на кожу – промой водой! При нагревании, прогрей сначала всю пробирку, направляя отверстие в сторону от себя и соседа. Спиртовку поджигайте только при помощи спичек.

    В пробирку положите 1 гранулу алюминия и прилейте 3-4 мл раствора соляной кислоты. Пробирку слегка прогрейте.

    В пробирку положите 1 гранулу алюминия и прилейте 3-4 мл. раствора гидроксида натрия. Пробирку слегка прогрейте.

    МОУ «Овечкинская СОШ»

    №13 Алюминий

    Около 1807 г. Дэви, пытавшийся осуществить электролиз глинозема, дал название предполагаемому в нем металлу алюмиум (Alumium). Впервые алюминий был получен Гансом Эрстедом в 1825 году действием амальгамы калия на хлорид алюминия с последующей отгонкой ртути. В 1827 г. Велер выделил металлический алюминий более эффективным способом — нагреванием безводного хлористого алюминия с металлическим калием.

    Нахождение в природе, получение:

    По распространенности в природе занимает 1-е среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Содержание алюминия в земной коре по данным различных исследователей составляет от 7,45% до 8,14% от массы земной коры. В природе алюминий встречается только в соединениях (минералах).
    Корунд: Al2O3 — относится к классу простых оксидов, и иногда образует прозрачные драгоценные кристаллы — сапфира, и, с добавлением хрома, рубина. Накапливается в россыпях.
    Бокситы: Al2O3*nH2O — осадочные алюминиевые руды. Содержат вредную примесь — SiO2. Бокситы служат важным сырьем для получения алюминия, а также красок, абразивов.
    Каолинит: Al2O3*2SiO2*2H2O — минерал подкласса слоистых силикатов, главная составная часть белой, огнеупорной, и фарфоровой глины.
    Современный метод получения алюминия был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру. Он заключается в растворении оксида алюминия Al2O3 в расплаве криолита Na3AlF3 с последующим электролизом с использованием графитовых электродов. Такой метод получения требует больших затрат электроэнергии, и поэтому оказался востребован только в XX веке. Для производства 1 т алюминия требуется 1,9 т глинозёма и 18 тыс. кВт·ч электроэнергии.

    Физические свойства:

    Металл серебристо-белого цвета, легкий, плотность 2,7 г/см 3 , температура плавления 660°C, температура кипения 2500°C. Высокая пластичность, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу. Алюминий обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью, обладает высокой светоотражательной способностью. Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами.

    Химические свойства:

    При нормальных условиях алюминий покрыт тонкой и прочной оксидной плёнкой и потому не реагирует с классическими окислителями: с H2O (t°);O2, HNO3 (без нагревания). Благодаря этому алюминий практически не подвержен коррозии и потому широко востребован современной индустрией. Однако, при разрушении оксидной плёнки (например, при контакте с растворами солей аммония NH4 + , горячими щелочами или в результате амальгамирования), алюминий выступает как активный металл-восстановитель. Легко реагирует с простыми веществами: кислородом, галогенами: 2Al + 3Br2 = 2AlBr3
    С другими неметаллами алюминий реагирует при нагревании:
    2Al + 3S = Al2S3 2Al + N2 = 2AlN
    Алюминий способен только растворять водород, но не вступает с ним в реакцию.
    Со сложными веществами: алюминий реагирует со щелочами (с образованием тетрагидроксоалюминатов):
    2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2
    Легко растворяется в разбавленной и концентрированной серной кислотах:
    2Al + 3H2SO4(разб) = Al2(SO4)3 + 3H2 2Al + 6H2SO4(конц) = Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
    Алюминий восстанавливает металлы из их оксидов (алюминотермия): 8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe

    Важнейшие соединения:

    Оксид алюминия , Al2O3: твердое, тугоплавкое вещество белого цвета. Кристаллический Al2O3 химически пассивен, аморфный — более активен. Медленно реагирует с кислотами и щелочами в растворе, проявляя амфотерные свойства:
    Al2O3 + 6НСl(конц.) = 2АlСl3 + ЗН2О Al2O3 + 2NаОН(конц.) + 3Н2О = 2Na[Al(OH)4]
    (в расплаве щелочи образуется NaAlO2).
    Гидроксид алюминия , Al(OH)3: белый аморфный (гелеобразный) или кристаллический. Практически не растворим в воде. При нагревании ступенчато разлагается. Проявляет амфотерные, равно выраженные кислотные и основные свойства. При сплавлении с NaOH образуется NaAlO2. Для получения осадка Аl(ОН)3 щелочь обычно не используют (из-за легкости перехода осадка в раствор), а действуют на соли алюминия раствором аммиака — при комнатной температуре образуется Аl(ОН)3
    Соли алюминия . Соли алюминия и сильных кислот хорошо растворимы в воде и подвергаются в значительной степени гидролизу по катиону, создавая сильнокислотную среду, в которой растворяются такие металлы, как магний и цинк: Al 3+ + H2O =AlOH 2+ + H +
    Нерастворимы в воде фторид AlF3 и ортофосфат АlРO4, а соли очень слабых кислот, например Н2СО3, вообще не образуются осаждением из водного раствора.
    Известны двойные соли алюминия — квасцы состава MAl(SO4)2*12H2O (M=Na + , K + , Rb + , Cs + , ТI + , NH4 + ), самые распространенные из них алюмокалиевые квасцы KAl(SO4)2*12Н2O.
    Растворение амфотерных гидроксидов в щелочных растворах рассматривается как процесс образования гидроксосолей (гидроксокомплексов). Экспериментально доказано существование гидроксомплексов [Аl(ОН)6] 3- , [Аl(ОН)52O)] 2- ; из них первый — наиболее прочный. Координационное число алюминия в этих комплексах равно 6, т.е. алюминий является шестикоординированным.
    Бинарные соединения алюминия Соединения с преимущественно ковалентными связями, например сульфид Al2S3 и карбид Аl4С3 полностью разлагаются водой:
    Al2S3 + 6Н2О = 2Аl(ОН)3 + 3Н2S Аl4С3 + 12H2O = 4Аl(ОН)3 + 3СН4

    Применение:

    Широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость, высокая теплопроводность. Алюминий является важным компонентом многих сплавов (медные — алюминиевые бронзы, магниевые и др.)
    Применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования.
    Алюминий широко используется и в тепловом оборудовании и в криогенной технике.
    Высокий коэффициент отражения в сочетании с дешевизной и лёгкостью напыления делает алюминий идеальным материалом для изготовления зеркал.
    Алюминий и его соединения используются в ракетной технике в качестве ракетного горючего. В производстве строительных материалов как газообразующий агент.

    Физические и химические свойства алюминия

    Алюминий — химический элемент 3 группы IIIA. Номер последовательности — 13. Металл. Алюминий относится к элементам p-семейства. Символ — Аль.

    Атомная масса — 27 а.е. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня — 3s23p1. В его соединениях алюминий обладает степенью окисления «+3».

    Химические свойства алюминия

    Алюминий в реакциях проявляет понижающие свойства. Так как при воздействии воздуха на его поверхности образуется оксидная пленка, она устойчива к взаимодействию с другими веществами. Например, алюминий пассивируют в воде, концентрированной азотной кислоте и растворе дихромата калия. Однако после удаления оксидной пленки с ее поверхности она может взаимодействовать с простыми веществами. Большинство реакций происходит при нагревании:

    ( 2 text < Alpowder >+3 / 202=mathrm 2 mathrm 3 );

    ( 2 mathrm+3 mathrm 2=2 mathrm 3left(mathrm^right) )(t°)

    ( 2 mathrm+3 mathrm=mathrm 2 mathrm 3left(mathrm^right) );

    ( 4 mathrm+mathrm

    4=4 mathrmleft(mathrm^, mathrm <в>text < атмосфере >mathrm 2right) ).

    Кроме того, после удаления оксидной пленки с ее поверхности алюминий способен взаимодействовать с водой с образованием гидроксида:

    ( 2 mathrm+6 mathrm 2 mathrm=2 mathrm(mathrm) 3+3 mathrm 2 ).

    Алюминий обладает амфотерными свойствами, поэтому его можно растворить в разбавленных растворах кислот и щелочей:

    ( =mathrm 2(mathrm 4) mathrm+3 mathrm 2 uparrow );

    ( 8 mathrm+30 mathrm 3mathrm 4mathrm<> (mathrm <разбавленный>) =8 mathrm(mathrm 3) 3+3 mathrm 2 mathrm+15 mathrm 2 mathrm );

    ( 2 mathrm+2 mathrm+3 mathrm 2 mathrm=2 mathrm[mathrm(mathrm) 4]+3 mathrm 2 );

    ( 2 mathrm+2(mathrm times mathrm 2 mathrm)=2 mathrm 2+3 mathrm 2 ).

    Alumiothermia — метод получения металлов из их оксидов, основанный на восстановлении этих металлов алюминием:

    ( 8 mathrm+3 mathrm 3 mathrm 4=4 mathrm 2 mathrm 3+9 mathrm );

    ( 2 mathrm+mathrm 2 mathrm mathrm=mathrm 2 mathrm 3+2 mathrm ).

    Физические свойства алюминия

    Алюминий серебристо-белого цвета. Основными физическими свойствами алюминия являются легкость, высокая теплопроводность и электропроводность. В свободном состоянии при воздействии воздуха алюминий покрыт сильной пленкой оксида Al2O3, что делает его стойким к действию концентрированных кислот. Точка плавления — 660,37 °С, кипение — 2500 °С.

    Производство и использование алюминия

    Алюминий получают путем электролиза оксидного расплава этого элемента:

    ( 2 mathrm 2 mathrm mathfrak=4 mathrm+3 mathrm 2 uparrow )

    Однако из-за низкого выхода продукта часто используется способ получения алюминия при электролизе смеси ( mathrm[mathrm 6] ) и ( mathrm 2 mathrm 3 ). Реакция протекает при нагревании до 960 ° C и в присутствии катализаторов — фторидов ( (mathrm 3, mathrm 2 mathrm < >,и,т.д.) ), В то время как выделение алюминия происходит на катоде, и кислород выделяется на аноде.

    Алюминий широко используется в промышленности, поэтому сплавы на основе алюминия — основные конструкционные материалы в авиации и судостроении.

    Примеры решения проблем

    во взаимодействии алюминия с серной кислотой образовывала сульфат алюминия весом 3,42 г. Определите массу и количество вещества алюминия, которое вступило в реакцию.

    Напишите уравнение реакции:

    ( 2 mathrm+3 mathrm 2 mathrm 4=mathrm 2(mathrm 4) 3+3 mathrm 2 ).

    Молярные массы алюминия и сульфата алюминия, рассчитанные с использованием таблицы химических элементов D.I. Менделеева — 27 и 342 г / моль соответственно. Затем количество образовавшегося вещества сульфата алюминия будет равно:

    ( n(A | 2(S O 4) 3)=m(A l 2(S O 4) 3) / M(A l 2(S O 4) 3) );

    ( n(A | 2(S O 4) 3)=3,42 / 342=0,01 ) моль.

    Согласно уравнению реакции ( mathrm(mathrm 2(mathrm 4) text < 3): >mathrm(mathrm)=1 : 2 ), поэтому ( mathrm(mathrm)=2 times mathrm(mathrm 2(mathrm 4) mathrm)=0,02 ) моль. Тогда масса алюминия будет равна:

    ( mathrm(mathrm)=0,02 times 27=0,54 mathrm <г>).

    Количество вещества алюминия — 0,02 моль; алюминий — 0,54 г

    Какова масса алюминия для получения 15,2 г хрома из оксида хрома (III) по алюмотермическому методу?

    Запишем уравнение для реакции получения хрома по алюмотермическому методу из его оксида:

    ( 2 mathrm+mathrm 2 mathrm mathrm=2 mathrm+mathrm 2 mathrm 3 ).

    Молярные массы алюминия и хрома, рассчитанные с использованием таблицы химических элементов D.I. Менделеева — 27 и 52 г / моль соответственно. Затем количество образующегося хрома будет равно:

    ( n(C r)=15,2 / 52=0,29 )моль.

    Согласно уравнению реакции ( mathrm(mathrm) : mathrm(mathrm)=2 : 2 ), поэтому ( mathrm(mathrm)=mathrm(mathrm)=0,29 ) моль. Тогда масса алюминия будет равна:

    голоса
    Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector