Методическая разработка урока по теме _Железо и его соединения_

Тема урока: «Железо и его соединения»

Класс: 9 класс

Цели урока:

Образовательная:

1. Расширить знания учащихся о химическом элементе и простом веществе – железе, о его физических свойствах, опираясь на знания зависимости свойств металлов от строения их атомов;

2. Рассмотреть химические свойства железа; сформировать понятия о составе и свойствах оксидов и гидроксидов железа;

3. Познакомить учащихся с качественными реакциями на катионы железа (двух- и трехзарядные);

4. Расширить и углубить знания о нахождении железа в природе, получении.

Развивающая:

1. Развивать у учащихся способности анализировать, выделять главное, обобщать и делать выводы;

2. Прививать навыки поисковой и самостоятельной работы;

3. Продолжить работу над формированием навыков по применению знаний при решении теоретических и практических задач (формирование предметной компетентности).

Воспитательная:

1. Содействовать в ходе урока формированию научного мировоззрения, коммуникативной и информационной  компетенции.

2. Воспитание интереса к предмету.

Тип урока: Урок усвоения новых знаний. Первичное закрепление новых знаний.

Оборудование: Учебник О.С.Габриеляна, компьютер, ПСХЭ Д.И. Менделеева, мультимедийная презентация.

Методы: словесный, объяснительно – иллюстративный, беседа, проблемный.

Форма организации учебной деятельности обучающихся: фронтальная. Урок с элементами технологии критического мышления.

Ход урока

1. Организационный момент

Приветствие. Проверка готовности к уроку.

1. Актуализация имеющихся знаний

Стадия "Вызов". На этой фазе происходит актуализация знаний, имеющихся у учащихся, возникает интерес к обсуждаемому вопросу.

Задание: « Перевертыши». Вам необходимо решить анаграммы, найдя закономерность исключить лишнее.

Железо ( остальные элементы – неметаллы)

- Какова же тема урока? Железо и его соединения.

Железо в переводе шумерского языка – это металл, «капнувший с неба, небесный». Первое железо, с которым столкнулось человечество, было железо метеоритов. Впервые доказал, что «железные камни падают с неба», в 1775 году русский ученый П.С.Палас, который привез в Петербург глыбу самородного железного метеорита весом 600 кг. Самым крупным железным метеоритом является найденный в 1920 году в Юго-Западной Африке метеорит «Гоба» весом около 60 тонн.

Хотя железный век закончился, однако, значение железа нисколько не уменьшилось в жизни человека. И поэтому начать наш урок хотелось бы со слов великого русского академика Ферсмана:

«Железо не только основа всего мира, самый главный металл окружающей нас природы, оно основа культуры и промышленности, оно орудие войны и мирного труда. И трудно во всей таблице Менделеева найти и другой такой элемент, который был бы так связан с прошлыми, настоящими и будущими судьбами человечества».

Расчертите листок вашей тетради на 3 части и подпишите графы.

Заполните первые 2 графы, а третью заполните по окончанию урока.

- На сегодняшнем уроке Вы познакомитесь с элементом побочной подгруппы – железом: его строением атома, физическими и химическими свойствами, нахождением в природе, получением, а также значением железа в природе и жизни человека. По ходу изучения вы будете заполнять путевые листы (Приложение 1), указывающие вам путь. Обратите внимание, что в путевом листе есть задания помеченные звездочкой их мы выполним в конце урока.

III. Усвоение нового материала.

- Охарактеризуйте химический элемент железо по его положению в ПСХЭ Д. И. Менделеева и особенности строения атома.

Положение в ПС

1)Химический знак Fe, Аґ – 56

2) Период - большой

3) Группа VIII, побочной подгруппы

Проблема: Вам известно, что у элементов периодической системы Д.И. Менделеева число электронов на последнем энергетическом уровне определяется по номеру группы. Почему железо, находящееся в VIII группе IV периода на последнем энергетическом уровне имеет 2 электрона?

Строение атома.

Учитель вызывает к доске одного ученика для написания электронной формулы железа.

Железо – элемент побочной подгруппы VIII группы и IV периода Периодической системы Д.И.Менделеева. Атом железа устроен несколько отлично от атомов элементов главных подгрупп. Как и положено элементу 4-го периода, атомы железа имеют четыре энергетических уровня, но заполняется у них не последний, а предпоследний, третий от ядра уровень. На последнем уровне атомы  железа содержат два электрона. На предпоследнем уровне, который может вместить 18 электронов, у атома железа находятся 14 электронов.  Следовательно, распределение электронов по уровням в атомах железа таково:

Заряд ядра атома +26, число энергетических уровней = 4.

Электронная формула + 26 Fe )₂)₈)₁₄)₂

1s² 2s²2p⁶ 3s²3p⁶ 3d⁶1s² 4s²

- Какие свойства (окислительные или восстановительные) проявляют атомы железа?

Восстановительные

Fe⁰ – 2e = Fe⁺²

Fe⁰ – 3e = Fe⁺³

- Какие степени окисления при этом будет проявлять железо?

+ 2,+ 3

Часто при химических взаимодействиях атомы железа отдают не только 2 электрона с внешнего уровня, но и один электрон с предпоследнего уровня, при степень окисления повышается до +3.

Физические свойства железа.

Железо – металл. Каковы его физические свойства?

• Серебристо-серый Ме

• Ковкий (латинское название железа Ferrum означает «крепость»)

• Очень пластичный (поэтому легко обрабатывается прокатывается штампуется куётся)

• Плотность 7.87 г/см³

• Высокая температура плавления (1539 ⁰С)

• Проводит тепло и электричество

• Обладает магнитными свойствами

• Способен образовывать сплавы

Сталь и чугун представляют собой сплавы железа с углеродом Сплавы содержащие до 2% «С» называют стали а свыше 2% «С» - чугунами

- Различают железо: химически чистое (

- Как человек использует физические свойства железа?

Это основа современной техники и сельскохозяйственного машиностроения. Транспорта и средств связи, космических кораблей и вообще всей современной цивилизации. Большинство изделий, начиная от швейной иглы и кончая космическими аппаратами, не может быть изготовлено без применения железа.

Химические свойства железа

- Переходя к описанию химических свойств железа, еще раз повторим, что оно может проявлять степени окисления +2 и +3, следовательно, железо дает два ряда соединений.

Степень окисления железа зависит от окислительной способности реагирующего с ним вещества.

При взаимодействии с сильными окислителями (галогены и О₂) железо принимает степень окисления +3, с более слабыми - +2.

1. Взаимодействие с простыми веществами (неметаллами)

• С галогенами железо образует галогениды, в которых оно имеет степень окисления +3.

2Fe+3CI₂ = 2FeCI₃

• С серой образует сульфид железа (II).

Fe + S = FeS

• Раскаленное железо сгорает в О₂ с образованием железной окалины.

3Fe+2O₂ = Fe₃O₄(FeO•Fe₂O₃)

1. Взаимодействие со сложными веществами

• С кислотами

В разбавленных соляной и серной кислотах железо растворяется, окисляясь ионами водорода, при этом образуются соли железа (II) и водород:

Fe + 2HCl = FeCl₂+ H₂↑,

Fe + H₂SO₄разб. = FeSO₄ + H₂↑,

Растворяется железо и в разбавленной азотной кислоте, при этом образуется нитрат железа(III), вода и продукт восстановления азотной кислоты – N₂, NO или NH₃ (NH₄NO₃) в зависимости от концентрации кислоты.

Fe + 4HNO₃разб. = Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 2H₂O

Концентрированные H₂SO₄ и HNO₃ пассивируют железо, образуя на поверхности металла плотную прочную оксидную пленку.

• С солями

В соответствии с положением железа в электрохимическом ряду напряжений оно может вытеснять металлы, стоящие правее него из водных растворов их солей.

Fe + CuSO₄ = Cu + FeSO₄

• С водой

Железо находится в середине электрохимического ряда напряжений металлов, поэтому является металлом средней активности. Восстановительная способность у железа меньше, чем у щелочных, щелочноземельных металлов и у алюминия. Только при высокой температуре (700-900 ⁰С) железо реагирует с водой:

3Fe+4H2O = 4H2↑+Fe3O4;

Если условия обычные и присутствует кислород, то железо корродирует:

4Fe+ 4H2O+ 3O2 = 4Fe(OH)3рж.

Вывод:

Соединения железа

Оксид и гидроксид железа (II) имеют ярко выраженные основные свойства.

Соединения железа(II) неустойчивы, они могут они могут легко окисляться (например, кислородом воздуха пероксидом водорода или другими окислителями) и переходить в соединения железа(III).

Fe⁺²Cl₂ + Cl₂ = Fe⁺³Cl₃

Fe⁺²(OH) + H₂O + O₂ = Fe⁺³(OH)₃

Оксид и гидроксид железа (II) а также оксид и гидроксид железа (III) получают косвенным путем, т.е. в природе в чистом виде они не существуют.

Их можно получить по следующим цепочкам превращения:

Fe → FeCl₂ → Fe(OH)₂ → FeO

Fe → FeCl₃ → Fe(OH)₃ → Fe₂O₃

- Решите данные цепочки в своих путеводных листах.

Для распознавания соединений железа (II) и железа (III) проводят качественные реакции на ионы Fe⁺² и Fe⁺³

Также качественной реакцией на Fe⁺² служит реакция солей железа(II) с веществом, называемым красной кровяной солью K₃[Fe(CN)₆] – это комплексное соединение. (Демонстрация видеоролика)

3FeSO₄ + 2K₃[Fe(CN)₆] = Fe₃[Fe(CN)₆]₂ + 3K₂SO₄.

Образуется темно-синий осадок (турнбулева синь).

А качественной реакцией на Fe⁺³ служит реакция солей железа(III) с комплексным соединением – желтая кровяная соль, роданидом калия KCNS или роданидом аммония NH4CNS. (Демонстрация видеоролика)

4FeCl₃ + 3K₄[Fe(CN)₆] = Fe₄[Fe(CN)₆]₃ + 12KCl.

Образуется темно-синий осадок (берлинская лазурь).

FeCl₃+ 3KCNS = Fe(CNS)₃ + 3KCl.

Образуется роданид железа(III) темно-красного цвета

- А теперь рассмотрим вопрос о природных соединениях железа.

Железо – один из самых распространенных элементов в природе. В земной коре его массовая доля составляет 5,1%, по этому показателю оно уступает только кислороду, кремнию и алюминию. Много железа находится и в небесных телах, что установлено по данным спектрального анализа. В образцах лунного грунта, которые доставила советская автоматическая станция «Луна», обнаружено железо в неокисленном состоянии.

У вас на столах имеется дополнительный материал по этому вопросу. Вашим заданием будет, прочитав данный текст (Приложение 2) заполнить таблицу в ваших путеводителях

IV. Закрепление изученного материала

- Вернёмся к путевому листу. Выполните задания, помеченные звездочкой.

- Объясните такой интересный факт.

«Близ города Дели в Индии стоит железная колонна без малейшего пятнышка ржавчины, хотя ей почти 2800 лет. Это знаменитая Кутубская колонна высотой 7 м. и массой 6,5 т. Надпись на колонне говорит о том, что она была поставлена в 9 веке до н. э.»

Чем объяснить её долговечность и коррозийную стойкость?

Ответ: колонна была изготовлена из чистого металла: железа в колонне оказалось 99,72 %, то есть, оно химически чистое. Как удалось получить такой чистый металл в то время до сих пор загадка.

Стадия «Рефлексия»

- Заполните третью колонку таблицы «Знаю - хочу узнать - узнал».

V. Домашнее задание

1) §14, учебник стр.76-81

2) Заполните схему о применении соединений железа

Приложение 1.

Путевой лист

Приложение 2

Текст.

Железо сыграло большую роль в развитии человеческого общества и не потеряло своего значения в настоящее время. Из всех металлов оно наиболее широко используется в современной промышленности.

Первобытный человек начал использовать железные орудия труда за несколько тысячелетий до нашей эры. В те годы единственным источником этого металла были упавшие на землю метеориты, которые содержат довольно чистое железо. В середине 2-го тысячелетия до н. э. в Египте была освоена металлургия железа – получение его из железных руд. Это событие стало началом железного века в истории человечества, который пришел на смену каменному и бронзовому векам.

Основными железными рудами являются:

– Магнетит Fe₃O₄ – содержит 72% железа. Данный минерал дал название магниту, магнитному полю и всему загадочному явлению магнетизма, которое пристально изучается со времен Аристотеля и по сей день.

Магнитные свойства этого минерала и сегодня используются, прежде всего для поиска месторождений. Именно так были открыты уникальные месторождения железа на площади Курской магнитной аномалии (КМА). Минерал тяжелый: образец магнетита размером с яблоко весит 1,5 кг. Месторождения магнетита встречаются на Южном Урале, Курской магнитной аномалии.

– Гематит Fe₂O₃ – содержит до 65% железа, такие месторождения железа встречаются в Криворожском районе. Важной особенностью минерала является способность стойко хранить цвет и передавать его другим минералам, в которые попадает хотя бы небольшая примесь гематита. Розовый цвет гранитных колонн Исаакиевского собора – это цвет полевых шпатов, которые в свою очередь окрашены тонкораспыленным гематитом.

– Лимонит Fe₂O₃•nH₂O – содержит до 60% железа, месторождения лимонита встречаются в Крыму, например керченское месторождение.

– Пирит FeS₂ – содержит примерно 47% железа. Свое название этот минерал получил от греческого слова "пирос" – огонь, что связано с его свойством искрить при ударе стальными предметами. Пирит — основное сырье для получения серной кислоты. Кроме того, из него извлекаются примеси: золото, медь, серебро, кобальт, никель и другие элементы. Пирит обладает способностью осаждать золото из растворов. На этом основано использование его для добычи золота, содержащегося в морской воде. Месторождения пирита встречаются на Урале.

В некоторых местах встречается минерал сидерит, основная составная часть которого - карбонат железа(II) FеCO₃. Содержит в себе примерно 35% железа. Его тоже используют для производства чугуна и стали. В России имеются месторождения сидерита на Урале (Бакальское). Изредка встречается и метеоритное (почти чистое) железо.

В водах многих минеральных источников содержатся гидрокарбонат железа Fе(HCO₃)₂ и некоторые другие соли железа. Из курса биологии нам известно, что железо имеет большое значение в живой природе. Оно является важной составной частью гемоглобина крови.