Chủ đề tích hợp nhôm và ứng dụng của nhôm

Với xu hướng đổi mới phương pháp dạy học theo hướng tích cực, chuyển từ dạy học phân môn sang liên môn, chủ đề tích hợp nhôm và ứng dụng của nhôm là một chủ đề tích hợp các kiến thức từ các môn khác nhau như: Hóa học, Vật lí, GDCD, Địa lí... và các kiến thức môi trường có liên quan

Chủ đề: NHÔM VÀ ỨNG DỤNG CỦA NHÔM Lí lựa chọn chủ đề Nhôm nguyên tố phổ biến thứ tư Trái đất kim loại sử dụng nhiều thứ hai sau sắt Nhôm hợp kim nhôm đóng vai trò quan trọng đời sống, việc sử dụng nhôm vượt qua kim loại khác, kinh tế, nhôm có vị trí định thay Với nhôm nguyên chất có sức chịu kéo thấp, nhôm tạo nhiều hợp kim với nhiều nguyên tố kẽm, magiê, đồng, mangan silic Nhôm nguyên tố có mặt nhiều vật liệu gần gũi như: Xoong, nồi, lõi dây điện truyền tải điện xa, cửa nhôm alunat,giấy gói, tản nhiệt CPU máy tính, chi tiết ô tô, xe máy…Trong thời kì công nghiệp hóa, đại hóa, với phát triển mạnh mẽ công nghiệp vị trí nhôm ngày nâng cao Với đặc điểm, ứng dụng gần gũi, chúng em lựa chọn chủ đề nhôm ứng dụng nhôm để nghiên cứu sâu đặc điểm, tính chất ứng dụng nhôm Mục tiêu dạy học 2.1 Về kiến thức Từ nội dung học, em nắm được: -Nhôm kim loại dẻo ,nhẹ, dẫn điện,dẫn nhiệt tốt -Nhôm có đầy đủ tính chất hóa học kim loại mà phản ứng với kiềm, không phản ứng với H2SO4 đặc nguội HNO3 đặc, nguội - Học sinh nắm nhôm hợp kim nhôm có nhiều ứng dụng đời sống công nghiệp, đặc biệt chế tạo vật liêu, chi tiết máy móc truyền tải điện xa - Hiểu nguyên liệu sản xuất nhôm quặng boxit có thành phần chủ yếu Al2O3 số bước sản xuất nhôm Một số vấn đề liên quan đến môi trường sản xuất nhôm - Biết vận dụng số kiến thức thực tế như: không dùng vật dụng nhôm đựng vôi, vữa, không dùng xoong nhôm để nấu canh chua, không dùng vật dụng làm từ nhôm tái chế để đun nấu hay đựng thực phẩm 2.2 Kĩ -Học sinh viết phương trình phản ứng minh họa cho tính chất hóa học nhôm trừ phản ứng với kiềm Biết làm thí nghiệm kiểm tra dự đoán tính chất hóa học nhôm sở tính chất hóa học chung kim loại tượng thực tế học sinh gặp hay qua hình ảnh học sinh quan sát - Học sinh có kĩ làm tập kim loại phản ứng với dung dịch muối -Học sinh biết lựa chọn, sử dụng vật dụng nhôm hợp lí sống hàng ngày( không dùng vật dụng nhôm đựng vôi, vữa, không dùng xoong nhôm để nấu canh chua, không dùng vật dụng làm từ nhôm tái chế để đun nấu hay đựng thực phẩm…) - Phát triển kĩ tự tìm kiếm thông tin, kĩ làm việc nhóm… 2.3 Tình cảm, thái độ -Học sinh nắm sản xuất hóa học nói chung, sản xuất nhôm nói riêng phải xử lí chất thải trước đưa môi trường.Các em thấy cần trồng nhiều xanh quanh nhà máy sản xuất hóa học Riêng sản xuất nhôm có hệ thống hồ chứa bùn đỏ vững - Biết quí trọng biết bảo vệ tài nguyên đất nước - Yêu thích môn học 2.4 Các lực hướng tới - Năng lực giải vấn đề - Năng lực hợp tác - Năng lực tính toán - Năng lực vận dụng kiến thức vào giải vấn đề thực tiễn 2.5 Sản phẩm dự kiến - Bài báo cáo Powerpoint HS - Các phiếu học tập đặc điểm, tính chất nhôm - Tranh ảnh, video mô trình sản xuất nhôm, ứng dụng nhôm Nội dung trình bày chủ đề Nội dung kiến thức chủ đề gồm có: Tính chất vật lí nhôm Tính chất hóa học nhôm Ứng dụng nhôm Sản xuất nhôm Các vấn đề môi trường liên quan đến sản xuất nhôm: thảm họa bfn đỏ Hungary năm 2010 Ngoài có có số kiến thức thực tế như: Sử dụng chất tẩy rửa có môi trường trung tính hay môi trường kiềm để làm nồi, xoong? Tại không nên để thức ăn mặn nồi, xoong nhôm qua đêm? So sánh độ dẫn điện dây dẫn nhôm, đồng, sắt, bạc, vàng? Hợp chất làm nước nhôm? Kiến thức môn tích hợp chủ đề ST T Môn Hóa học Sinh học Lớp 12 Bài 27 Chương 22 Vật lí 20 Địa lí 36 26 Nội dung tích hợp Tính chất vật lí, tính chất hóa học, ứng dụng, điều chế nhôm hợp chất nhôm Ảnh hưởng điều kiện bên đến quang hợp, ý nghĩa quang hợp để trả lời phần câu hỏi “ Làm để hạn chế ô nhiễm môi trường sản xuất hóa học gây nói chung, sản xuất nhôm nói riêng Chất dẫn điện chất cách điện, dòng điện kim loại để tìm hiểu số tính chất vật lí nhôm Truyền tải điện xa Đặc điểm tài nguyên khoáng sản Việt Nam để 5 GDCD 14 nêu phân bố, trữ lượng quặng boxit nước ta Bảo vệ môi trường tài nguyên thiên nhiên Thông tin trợ giúp giáo viên 5.1 Trạng thái tự nhiên phân bố 5.1.1 Lịch sử tìm nhôm Năm 1827, nhà bác học Đức Friedrich Wohler công bố phát minh điều chế nhôm thu dạng hạt có độ lớn không đầu kim bang 18 năm tiếp tục sau, ông điều chế nhôm dạng khối đặc Từ điều chế nhôm- năm 1827 đến năm 1886, hai nhà bác học Hall (Mỹ) Héroult (Pháp) điều chế, sản xuất nhôm hàng loạt nhôm coi kim loại quý, chí quý vàng bạc Đến mức mà châu Âu có vị Quốc vương sắm riêng cho bboj hoàng bào đính cúc nhôm ông ta liền vênh mặt với vua chúa khác mà xa xỉ không hợp với túi tiền họ Freidlich Wohler (1800- 1882) Còn Napoleon III có lần làm nhiều người khách ức đến phát khóc chẳng ăn uống họ không dùng dụng cụ ăn uống thìa dĩa nhôm Mendeleeev, năm 1889, xứ sở Vương quốc sương mù tặng quà quý để thừa nhận công lao xuất sắc ông với hóa học: cân vàng nhôm Hơn 100 năm sau, nhôm không kim loại quý vói người thợ kim hoàn nữa, song với công nghiệp, đặc biệt công nhiệp chế tạo máy bay, công nghiệp ô tô, hàng không lại vô yêu mến nhôm tính chất ưu việt nhôm giá thành rẻ nữa: nhôm lấy từ đất sét 5.1.2 Phân bố nhôm (quặng boxit) Các quặng boxit phân bố chủ yếu khu vực nhiệt đới, Caribe, Địa Trung Hải vành đâi xung quanh xích đạo Người ta tìm thấy quặng boxit vùng lãnh thổ Úc, Nam Mỹ, Trung Mỹ (Jamaica, Brazil, Surinam, Venezuela, Guyana), châu Phi (Guinea), châu Á (Ấn Độ, Trung Quốc, Việt Nam), Nga, Kazakhstan châu Âu (Hy Lạp) Kết thăm dò địa chất phát lãnh thổ nước ta có trữ lượng quặng boxit phong phú Miền Bắc Miền Nam Việt Nam Tổng trữ lượng khoảng tỷ tấn, có 7,6 tỷ tỉnh Tây Nguyên, vùng Kon Plong, Phú Yên, Quảng Ngãi, với trữ lượng khoảng 106 triệu Tỷ trọng phân bố trữ lượng quặng boxit giới phân theo khu vực Loại quặng bơsmit diaspo, tập trung chủ yếu Miền Bắc Việt Nam (Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Giang) Tổng trữ lượng dự đoán khoảng 350 triệu tấn, hàm lượng nhôm dao động khoảng 39-65 %, modul silic (Al2O3 /SiO2) 5-8% Loại quặng gipsit, tập trung chủ yếu Tây Nguyên Miền Nam Việt Nam, với tổng trữ lượng ước tính khoảng 7,6 tỷ tấn, tập trung chư yếu Đắc Nông, Phước Long, Lâm Đồng (Tân Rai Bảo Lộc) Tỷ trọng phân bố trữ lượng quặng boxit Việt Nam theo vùng Tính chất nhôm 5.2.1 Tính chất vật lí 5.2 - Mạng lập phương tâm diện, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt; t 0nc = 6600C; t0sôi= 24670C - Màu trắng bạc, bền dai, dễ kéo sợi dát mỏng, nhẹ (D = 2,7) - Một số hợp kim nhôm: + Đuyra (95% Al; 4% Cu; 1% Mg, Mn, Si): nhẹ 1/3 thép, cứng gần thép + Silumin (gần 90% Al; 10% Si): nhẹ, bền + Almelec (98,5% Al; lại Mg, Si Fe) dùng làm dây cáp + Hợp kim electron (10,5% Al; 83,3% Mg lại Zn, Mn ): nặng 65% Al lại bền thép, chịu thay đổi đột ngột nhiệt độ giới hạn lớn nên dùng làm vỏ tên lửa Tính chất hóa học 5.2.2 Nhôm kim loại hoạt động, điều kiện thường bề mặt nhôm bị bao bọc lớp oxit mỏng bảo vệ nên nhôm trở lên hoạt động 5.2.2.1 Tác dụng với phi kim + Tác dụng với hiđro: Al phản ứng trực tiếp + Tác dụng với nitơ, photpho, lưu huỳnh cacbon: Al phản ứng nhiệt độ cao tạo AlN, AlP, AL2S3, Al4C3 4Al + 3C → Al4C3 2Al + 3S → Al2S3 + Tác dụng với oxi: nhôm phản ứng mạnh với oxit, nhiệt độ thường tạo lớp oxit mỏng bề mặt Khi đốt nóng không khí, nhôm cháy phát ánh sáng chói tỏa nhiệt: 2Al + 3O2 → Al2O3 +Tác dụng với halogen: Al tự bốc cháy tiếp xúc với halogen: 2Al + 3X2 → 2AlX3 Tác dụng với nước 5.2.2.2 Al không phản ứng với nước nguội đun nóng lớp oxit mỏng, bền đặc khít bảo vệ Nếu phá bỏ lớp oxit bao phủ bề mặt, Al phản ứng trực tiếp với nước 2Al 5.2.2.3 • 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2 Tác dụng với axit Al dễ tan dung dịch HCl, H2SO4 loãng, đun nóng: 2Al • • + + 6H+ → 2Al3+ + H2 Al không phản ứng với axit loãng CH3COOH H3PO4 HNO3, H2SO4 đặc, Al tác dụng dễ đun nóng, tùy theo nồng độ axit mà cho sản phẩm khác Al + 4HNO3 8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 2Al + 6H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O → + 3H2S + 12H2O 8Al • 5.2.2.4 + 15H2SO4 → Al(NO3)3 4Al2(SO4)3 + NO + + 3N2O Al thụ động với HNO3 đặc, nguội, H2SO4 đặc, nguội Tác dụng với dung dịch kiềm 2H2O + 15H2O Al tan dung dịch kiềm mạnh tạo muối aluminat hiđro: 2Al 5.2.2.5 + 2NaOHdd + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2 Tác dụng với dd muối Al trực tiếp đẩy kim loại yếu khỏi muối: 2Al Al 5.2.2.6 + 3Cu(NO3)2 + 3Fe(NO3)3 → 2Al(NO3)3 → Al(NO3)3 + 3Cu + 3Fe(NO3)2 Tác dụng với oxit kim loại đứng sau Al (phản ứng nhiệt nhôm): Al khử oxit kim loại đứng sau nó: 2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe 5.3 ỨNG DỤNG CỦA NHÔM Tính theo số lượng lẫn giá trị sử dụng, nhôm hợp kim nhôm đứng sau hợp kim sắt (thép) đóng vai trò quan trọng kinh tế giới 5.3.1 Nhôm ngành công nghiệp chế tạo vật liệu Nhôm nguyên chất có sức chịu kéo thấp, tạo hợp kim với nhiều nguyên tố đồng, kẽm, magiê, mangan silic Khi gia công cơ-nhiệt, hợp kim nhôm có thuộc tính học tăng lên đáng kể Do có đặc tính nhẹ, bền không khí nước (có lớp màng oxit bền bao bọc) nên nhôm hợp kim nhôm vật liệu thay nhiều ngành công nhiệp: 5.3.1.1 Công nghiệp chế tạo ô tô, máy bay, tàu ngầm,… 10 - Hợp kim Đuyra có thành phần gồm 94% Al, 4% Cu, 2% Mg, Mn, Fe Si có tính cứng bền thép nên dùng công nghiệp chế tạo vỏ ô tô, máy 0bay,… - Hợp kim silumin có thành phần gồm 85% Al, 10-14% Si, 0.1% Na bền, dễ đúc, dùng để sản xuất động máy Vỏ máy bay chế tạo từ hợp kim nhôm bay, tàu ngầm 5.3.1.2 Công nghiệp sản xuất thủy tinh Lớp mỏng ôxít nhôm phản xạ ánh sáng tốt, cách nhiệt bền vững nên bảo vệ nhôm không bị hư hỏng lớp bạc bao phủ hay bị Chính mà gần toàn loại gương đại sản xuất sử dụng lớp phản xạ nhôm mặt sau thủy tinh Các gương kính thiên văn phủ lớp mỏng nhôm, mặt trước để tránh phản xạ bên Oxit nhôm, alumina, tìm thấy tự nhiên dạng coridon, emery, ruby saphia sử dụng sản xuất thủy tinh 5.3.1.3 Công nghiệp sản xuất đồ điện tử, tin học, đồ gia dụng - Nhôm siêu tinh khiết (SPA) chứa 99,980%-99,999% Đĩa CD nhôm sử dụng công nghiệp điện tử sản xuất đĩa CD - Phần lớn tản nhiệt cho CPU máy tính đại sản xuất từ nhôm dễ dàng sản xuất độ dẫn nhiệt cao 11 - Nhờ có tính ánh kim, tính dẻo, bền nên nhôm Vỏ máy ảnh sử dụng làm vỏ nhiều thiết bị điện tử: Máy tính, máy ảnh, thiết bị trao đổi nhiệt,… - Xoong, nồi làm từ nhôm Khung cửa sổ làm từ hợp kim nhôm Nhôm hợp kim nhôm có màu trắng bạc, đẹp, chịu nhiệt tốt có độ bền cao nên chúng dùng làm khung cửa, trang thiết bị, đồ nấu bếp,… 5.3.1.4 Nhôm ngành khác - Ở nhiệt độ thường(20oC), nhôm tinh khiết mềm, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi nên dùng làm tụ điện,đóng gói (can, giấy gói, v.v) bánh kẹo, dược phẩm - Ruby saphia tổng hợp sử dụng ống tia laser để sản xuất ánh sáng có khả giao thoa - Bột Al2O3 có độ cứng cao dùng làm vật liệu mài - Sự ôxi hóa nhôm tỏa nhiều nhiệt, sử dụng để làm nguyên liệu rắn cho tên lửa, nhiệt nhôm thành phần pháo hoa 12 Chi tiết bên pháo hoa Pháo hoa - Mặc dù tự thân không nhiễm từ, nhôm sử dụng thép MKM nam châm Alnico -Nhôm dạng bột thông thường sử dụng để tạo màu bạc sơn Các nhôm cho thêm vào sơn lót, chủ yếu xử lý gỗ — khô đi, nhôm tạo lớp kháng nước tốt Bột nhôm dùng để chế tạo hỗn hợp Tecmit (hỗn hợp bột Al Fe2O3) có tác dụng hàn gắn đường ray,… - Phản ứng nhiệt nhôm dùng để điều chế kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao (như crôm Cr Vonfarm W…) - Phèn chua (K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O) dùng công nhiệp thuộc da, công nghiệp giấy (làm cho giấy không thấm nước), chất cầm màu công nghiệp nhuộm vải, chất làm nước đục,… 5.3.2 Nhôm truyền tải điện xa 13 Vấn đề hao phí điện từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ làm đau đầu nhà khoa học nhà quản lí Do nhôm có nhiều ưu điểm như: tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt lại có giá thành rẻ nên dùng làm dây cáp điện đường dây tải điện xa (mặc dù độ dẫn điện 60% đồng, nhẹ tính theo khối lượng – nhôm nhẹ đồng lần rẻ tiền hơn) VD: đường dây tải điện 500kV Bắc – Nam chế tạo từ nhôm 5.4 Công nghiệp sản xuất nhôm nguy ô nhiễm bùn đỏ Người ta sản xuất nhôm từ quặng boxit theo giai đoạn Giai đoạn 1: Sản xuất alumina (Al2O3) từ quặng boxit Giai đoạn 2: Điện phân nóng chảy hỗn hợp alumina criolit để sản xuất nhôm Thảm họa bùn đỏ Hungary 14 Năm 2010 xảy cố vỡ đập ngăn hồ chứa bùn đỏ Hungary, nước có sản xuất nhôm lớn giới, thu hút ý dư luận Việt Nam Hungary nói họ cần tới hàng chục triệu đola Mỹ năm để khắc phục thiệt hại đợt tràn bùn đỏ oxit gây Họ tuyên bố tình trạng khác ba tỉnh miền Tây Bốn người chếtvà 120 người bị thương sựu cố bùn đỏ tràn bể chứa làng Kolona cách thủ đô Budapet 160km Các nhân viên cứu hộ khẩn cấp cố gắng để ngăn chất thải độc hại tràn vào sông lớn, có sông Danube Người ta ước tính khoảng 700.000 m3 bùn đỏ thoát gây nhiễm diện tích khoảng 40km Ít ba làng thị trấn bị ảnh hưởng, có nơi dòng bùn đỏ cao tới 2m gần 7000 người bị ảnh hưởng cố bùn đỏ Gợi ý nội dung kiểm tra, đánh giá Từ đến 10 chọn câu trả lời đúng: Bài Hiđroxit sau tính lưỡng tính? A Al(OH)3 B Zn(OH)2 C Be(OH)2 Mg(OH)2 Bài Hợp kom sau nhôm? A Silumin B Inox C Electron D Đuyra Bài Ứng dụng sau nhôm? A Làm dây cáp điện C Làm giấy gói thực phẩm B Làm xoong, nồi D Làm dao cắt kính Bài Nhúng nhôm nặng 50gam vào 400ml dung dịch CuSO4 0,5M Sau thời gian lấy nhôm cân nặng 51,38gam Khối lượng Cu thoát là: A 0,64gam B 1,28gam C 1,92gam 15 D 2,56gam Bài Hiện tượng xảy cho từ từ dung dịch HCl loãng vào dung dịch NaAlO2? A Không có tượng xảy B Ban đầu có kết tủa dạng keo, sau kết tủa tăng dần, dung dịch suốt C Ban đầu có kết tủa dạng keo, kết tủa tăng dần đến cực đại, sau tan dần D Có kết tủa dạng keo, kết tủa không tan Bài Việc them criolit Na3AlF6 vào Al2O3 trình điện phân Al 2O3 nóng chảy để sản xuất nhôm, không lí sau đây? A Làm giảm nhiệt độ nóng chảy Al2O3, nhằm tiết kiệm lượng B Làm tăng độ dẫn điện Al2O3 nóng chảy C Tạo lớp ngăn cách để bảo vệ nhôm nóng chảy không bị oxi hóa D Criolit chất xúc tác, làm tăng tốc độ phản ứng điện phân Al2O3 Bài Mô tả tính chất vật lí nhôm chưa xác? A Màu trắng bạc B Là kim loại nhẹ C Mềm, dễ kéo sợi dát mỏng D Dẫn điện dẫn nhiệt tốt, tốt sắt đồng Bài Nhận xét ? A Nhôm kim loại không tác dụng với nước khử nhôm lớn khử nước B Trong phản ứng nhôm với dung dịch NaOH NaOH đóng vai trò chất oxi hoá C Các vật dụng nhôm không bịoxi hoá tiếp không tan nước bảo vệ lớp màng Al2O3 D Do có tính khử mạnh nên nhôm phản ứng với axit HCl, HNO3, H2SO4 điều kiện Bài Vật làm nhôm bền nước vì: 16 A Nhôm kim loại không tác dụng với nước B Trên bề mặt vật có lớp nhôm oxit mỏng, bền, ngăn cách vật với nước C Do nhôm tác dụng với nước tạo lớp nhôm hiđroxit không tan bảo vệ cho nhôm D Nhôm kim loại hoạt động không mạnh Bài 10 Cho bột Al từ từ đến dư vào dung dịch hỗn hợp chứa chất HCl; FeCl3; CuSO4; MgCl2 Số lượng phản ứng xảy là: A B C D Bài 11 Có kim loại : Ca, Na, Fe Al Hãy nhận biết kim loại phương pháp hóa học dẫn phản ứng dùng Bài 12 Nhôm thường bị gán cho thủ phạm bệnh hay quên Tuy nhiên, chưa có chứng rõ ràng, cụ thể nghi án Người ta sử dụng nhôm rộng rãi việc sản xuất giấy gói thực phẩm; sản xuất xoong, chảo để đun nấu thức ăn a Hãy giải thích khuyến cáo không nên để thức ăn mặn nồi, xoong nhôm qua đêm ? b Khi làm nồi, xoong nhôm, nên sử dụng chất tẩy rửa có môi trường trung tính hay môi trường kiềm ? giải thích ? Bài 13 Quy trình Bayer dùng để tách alumina (Al 2O3) khỏi tạp chất Fe2O3, SiO2 chất bẩn khác Chất thải quy trình Bayer bùn đỏ a Hãy cho biết bùn đỏ gây hại đến môi trường b Hãy đề xuất hai giải pháp để phòng tránh tượng vỡ đập hồ chứa bùn đỏ nhà máy sản xuất alumina Tần Rai Nhân Cơ Tây Nguyên, Việt Nam Bài 14 Khi so sánh độ dẫn điện bạc, vàng, đồng nhôm thấy độ dẫn điện nhôm nhỏ so với ba kim loại lại Tuy nhiên, công nghiệp truyền 17 tải điện xa nay, dây cáp điện chế tạo từ nhôm sử dụng rộng rãi Em nêu hai lý việc lựa chọn Bài 15 Viết phương trình hóa học để thực dãy chuyển hóa sau : Al2O3  → Al (2)  → NaAlO2 (3)  → Al(OH)3 18 (4)  → AlCl3 (5)  → Al(NO3)3 ... trình sản xuất nhôm, ứng dụng nhôm Nội dung trình bày chủ đề Nội dung kiến thức chủ đề gồm có: Tính chất vật lí nhôm Tính chất hóa học nhôm Ứng dụng nhôm Sản xuất nhôm Các vấn đề môi trường liên... Tác dụng với oxit kim loại ứng sau Al (phản ứng nhiệt nhôm) : Al khử oxit kim loại ứng sau nó: 2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe 5.3 ỨNG DỤNG CỦA NHÔM Tính theo số lượng lẫn giá trị sử dụng, nhôm hợp. .. không nên để thức ăn mặn nồi, xoong nhôm qua đêm? So sánh độ dẫn điện dây dẫn nhôm, đồng, sắt, bạc, vàng? Hợp chất làm nước nhôm? Kiến thức môn tích hợp chủ đề ST T Môn Hóa học Sinh học Lớp 12