Кейс "Алюминий: металл с секретом"

Кейс «Алюминий: металл с секретом»

Класс: 9‑й.
Тема: Алюминий — свойства, получение, применение.
Тип: проблемно‑исследовательский кейс с элементами эксперимента и проектной работы.
Продолжительность: 90 мин (2 урока).
Форма работы: групповая (4 группы по 4–5 чел.).
Цель:

• углубить знания о химических и физических свойствах алюминия;

• понять связь свойств с практическим применением;

• развить навыки экспериментальной работы, анализа данных, командной презентации.

Сюжетная завязка: «Загадка старинного артефакта»

В краеведческом музее обнаружили необычный предмет XIX века — лёгкую ложку серебристого цвета, на которой выбито: «Алюминий. Подарок от двора Его Величества».

Вопросы музея:

1. Почему в XIX веке алюминий ценился дороже золота?

2. Как удалось получить этот металл тогда и как его производят сейчас?

3. Почему ложка не покрылась ржавчиной за 150 лет?

4. Можно ли сегодня использовать такой алюминий для посуды?

Задача групп: исследовать свойства алюминия и подготовить экспертное заключение для музея.

Этап 1. Теоретический разбор: «Откуда берётся алюминий?» (15 мин)

Задание для групп:

1. Найдите в справочниках/учебниках:

   • положение алюминия в Периодической системе (группа, период, заряд ядра);

   • электронную конфигурацию;

   • распространённость в природе (в % от массы земной коры).

2. Перечислите главные природные соединения алюминия (формулы и названия).

3. Кратко опишите историю получения:

   • метод Эрстеда (1825 г.);

   • способ Девиля (1854 г.);

   • процесс Холла‑Эру (1886 г.).

4. Почему до XIX века алюминий не знали?

Критерии оценки:

• точность данных (0–3 балла);

• логичность изложения (0–2 балла).

Этап 2. Экспериментальная часть: «Проверяем свойства» (25 мин)

Опыт 1. Лёгкость и пластичность

• Сравните массу алюминиевой пластины и железной пластины одинакового размера.

• Попробуйте согнуть алюминиевую фольгу.

• Вывод: почему алюминий используют в авиации?

Опыт 2. Оксидная плёнка и коррозионная стойкость

• Поцарапайте поверхность алюминиевой пластины.

• Нанесите каплю воды и оставьте на 5 мин.

• Наблюдайте: появляется ли ржавчина?

• Уравнение: 4Al+3O2​→2Al2​O3​ (мгновенное образование плёнки).

• Вывод: зачем нужна оксидная плёнка?

Опыт 3. Реакция с кислотами и щелочами

• В две пробирки поместите гранулы алюминия.

• В первую добавьте разбавленную HCl, во вторую — раствор NaOH.

• Наблюдайте выделение газа.

• Уравнения:
  2Al+6HCl→2AlCl3​+3H2​↑
  2Al+2NaOH+6H2​O→2Na[Al(OH)4​]+3H2​↑

• Вывод: в каких средах алюминий разрушается?

Критерии оценки эксперимента:

• аккуратность выполнения (0–2 балла);

• корректность наблюдений (0–2 балла);

• запись уравнений (0–3 балла).

Этап 3. Анализ применения: «Где прячется алюминий?» (20 мин)

Задание: разберите 5–6 примеров использования алюминия. Для каждого укажите:

• свойство, на котором основано применение;

• преимущество перед другими материалами;

• возможный недостаток.

Примеры для анализа:

• авиационные сплавы (дюралюминий);

• пищевая фольга и банки;

• электрические провода;

• оконные профили;

• антиперспиранты (соли алюминия);

• огнеупорные материалы (глинозём).

Форма представления: таблица или инфокарта.

Критерии оценки:

• полнота анализа (0–4 балла);

• примеры из жизни (0–2 балла).

Этап 4. Проектная работа: «Экспертное заключение для музея» (20 мин)

Задание: подготовьте краткий отчёт (1 стр.) по плану:

1. Краткая история получения алюминия (3–4 предложения).

2. Почему в XIX веке он был дороже золота? (2–3 причины).

3. Какие свойства обеспечили ложке сохранность за 150 лет?

4. Можно ли сегодня использовать такой алюминий для посуды? Почему?

5. Вывод: какова ценность артефакта с химической точки зрения?

Форма представления:

• устное выступление (3–4 мин на группу);

• постер/презентация (5 сл.).

Критерии оценки отчёта:

• научность (0–3 балла);

• логика и структура (0–3 балла);

• визуализация (0–2 балла);

• ответы на вопросы (0–2 балла).

Этап 5. Рефлексия и обобщение (10 мин)

Вопросы для обсуждения:

1. Какое свойство алюминия вы считаете самым важным? Почему?

2. В чём «секрет» коррозионной стойкости алюминия?

3. Какие альтернативы алюминию есть в авиации и строительстве?

4. Как производство алюминия влияет на экологию?

5. Придумайте рекламный слоган для алюминия, отражающий его ключевые свойства.

Критерии оценивания (максимум 30 баллов)

• Теоретический разбор (Этап 1) — 0–5 баллов.

• Эксперимент (Этап 2) — 0–7 баллов.

• Анализ применения (Этап 3) — 0–6 баллов.

• Проект (Этап 4) — 0–12 баллов.

Шкала оценок:

• «5»: 26–30 баллов;

• «4»: 20–25 баллов;

• «3»: 14–19 баллов;

• «2»: менее 14 баллов.

Материалы для учителя

Оборудование и реактивы:

• алюминиевые пластины, фольга, гранулы алюминия;

• железные пластины для сравнения;

• растворы: HCl (разб.), NaOH;

• пробирки, пинцет, наждачная бумага;

• весы (для сравнения массы).

Техника безопасности:

• Работа с кислотами и щелочами — только в перчатках и очках!

• Не касаться оголёнными руками свежезачищенного алюминия (возможна реакция с потом).

• Проветривать помещение после опытов с H2​.

Дополнительные вопросы для углубления:

• Почему алюминий не встречается в природе в чистом виде?

• Как получают глинозём из бокситов?

• Что такое анодирование алюминия?

• Какие сплавы алюминия используют в космической технике?