Железо и его соединения

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Гимназия № 9» Московского района г.Казани

Конспект урока по химии в 9 классе

 «Железо и его соединения»

Карымова Тамара Михайловна

Учитель химии, Казань

Цель урока: Обобщить и систематизировать знания по теме «Железо и его соединения».

Задачи. Образовательные: проконтролировать степень основных знаний по теме; продолжить формирование таких общеучебных умений, как самоконтроль, сотрудничество, использование компьютера, интерактивной доски, продолжить формирование навыков самостоятельной работы с учебником, дополнительной литературой.

Воспитательные: Воспитывать познавательные интересы учащихся, культуру речи, трудолюбие, усидчивость; продолжить формирование научного мировоззрения учащихся.

Развивающие: развивать умение использовать химическую терминологию, развивать мыслительные операции анализ, синтез, установление причинно-следственных связей, выдвижение гипотез, классификация, проведение аналогий, обобщение), умение выделять главное, развивать интересы, способности личности; развивать умение проводить, наблюдать и описывать химический эксперимент; совершенствовать коммуникативные умения учащихся и информационно-познавательную компетентность учащихся.

Ход урока.

Основные вопросы урока:

1. Положение хим. элемента железа в ПСХЭ, особенности строения его атома.

2. Железо - химический элемент и простое вещество. Физические свойства железа.

3. Железо в природе. Способы получения железа из его руд.

4. Химические свойства железа – простого вещества.

5. Оксиды и гидроксиды железа, их свойства, гететические ряды.

6. Соли железа.

7. Качественные реакции на ионы железа Fe⁺² и Fe⁺³.

7. Применение железа и его соединений.

8. Подведение итогов.

«Просто знать – еще не все, знания нужно уметь использовать».

Гете

Тема урока – «Железо и его соединения». Цели урока – обобщить и систематизировать знания по этой теме, совершенствовать умения и навыки учащихся. При под готовке данного урока некоторым ученикам было дано задание подготовить отдельные сообщения на поставленные вопросы, чтобы мы все вместе смогли посмотреть на железо глазами химика, историка, технолога, биолога, физика, географа.

1. Положение хим. элемента железа в ПСХЭ, особенности строения его атома.

Начнем с «адреса» химического элемента, используя следующий план: - порядковый номер элемента, номер периода, группа, подгруппа, заряд ядра атома, распределение электронов по уровням. электронная формула внешнего уровня. возможные степени степени окисления. ( С помощью медиапроектора на доску выводится правильный ответ: Железо расположено в 8 группе Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, заряд ядра +26, распределение электронов 2. 8. 14. 2 , имеет следующую электронную конфигурацию валентных электронов: 3d⁶4s². Наиболее типичные степени окисления: +2 и +3. При этом у железа наиболее устойчива степень окисления +3, чем +2. Кроме того, в жестких окислительных условиях железо проявляет степень окисления, равную +6).

В таблице Д.И.Менделеева трудно найти какой-либо иной элемент, с которым так неразрывно связывалась бы жизнь человечества. Нет в таблице другого такого элемента, при участии которого проливалось бы столько крови, терялось бы столько жизней, происходило бы столько несчастий.

Историческая справка . Доклад 1 ученика . Появление железа в человеческой цивилизации положило начало железному веку. Откуда же брали древние люди железо, в то время когда еще не научились добывать его из руды? Здесь нужно перевести с шумерского языка название «железо». Железо – это металл, «капнувший с неба, небесный». Первое железо, с которым столкнулось человечество, было железо из метеоритов. Так, в древнем Египте железо имело название би-ни-пет (бенипет, коптское - бенипе), что в буквальном переводе означает небесная руда, или небесный металл. В эпоху первых династий Ур в Месопотамии железо именовали ан-бар (небесное железо). В папирусе Эберса (ранее 1500 г. до н.э.) имеются два упоминания о железе; в одном случае о нем говорится как о металле из города Кэзи (Верхний Египет), в другом - как о металле небесного изготовления (артпет). Древнегреческое название железа, так же как и северокавказское - зидо, связано с древнейшим словом, уцелевшим в латинском языке,-- sidereus (звездный от Sidus - звезда, светило). На древнем и современном армянском языке железо называется еркат, что означает капнувшее (упавшее) с неба. O том, что древние люди пользовались вначале именно железом метеоритного происхождения, свидетельствуют и распространенные у некоторых народов мифы о богах или демонах, сбросивших с неба железные предметы и орудия, - плуги, топоры и пр. Интересен также факт, что к моменту открытия Америки индейцы и эскимосы Северной Америки не были знакомы со способами получения железа из руд, но умели обрабатывать метеоритное железо. В древности и в средние века семь известных тогда металлов сопоставляли с семью планетами, что символизировало связь между металлами и небесными телами и небесное происхождение металлов. Такое сопоставление стало обычным более 2000 лет назад и постоянно встречается в литературе вплоть до XIX в. Во II в. н. э. железо сопоставлялось с Меркурием и называлось меркурием, но позднее его стали сопоставлять с Марсом и называть марс (Mars), что, в частности, подчеркивало внешнее сходство красноватой окраски Марса с красными железными рудами. Впервые доказал, что «железные камни падают с неба», в 1775 г. русский путешественник П.И.Паласс, который привез в Петербург глыбу самородного железного метеорита весом 600 кг. Самым крупным железным метеоритом является найденный в 1920 г. в Юго-Западной Африке метеорит «Гоба» весом около 60 т.( на доске проектируется слайд «Космические пришельцы»). В составе железных метеоритов на долю железа приходится 91%. Уже в древности из этих небесных тел, поскольку они были прочными и твердыми, изготавливались различные предметы. Потребность людей в железных предмета – мечах, плугах – возросла около 4 тыс. лет назад. По распространенности в земной коре железо занимает четвертое место среди всех элементов (после кислорода, кремния и алюминия).

2. Железо - химический элемент и простое вещество

Значение железа в современной технике определяется не только его широким распространением в природе, но и сочетанием весьма ценных свойств. Оно пластично, легко куется как в холодном, так и нагретом состоянии, поддаётся прокатке, штамповке и волочению. Способность растворять углерод и др. элементы служит основой для получения разнообразных железных сплавов. Железо блестящий серебристо-белый металл. Температура плавления: 1535⁰С. Температура кипения: 2861⁰ С.

Железо по распространенности в природе занимает четвертое место, уступая лишь кислороду, кремнию и алюминию. Его содержание в земной коре составляет 4,65 мас. %. По содержанию в литосфере занимает второе место среди металлов (на первом алюминий).

Железо присутствует в организмах всех животных и в растениях (в среднем около 0,02%); оно необходимо главным образом для кислородного обмена и окислительных процессов. Существуют организмы (т. н. концентраторы), способные накапливать его в больших количествах (например, железобактерии — до 17—20% железа). Почти всё железо в организмах животных и растений связано с белками.

3. Железо в природе. Способы получения железа из его руд.

Доклад 2 ученика.

В природе железо редко встречается в чистом виде, чаще всего — в составе железо-никелевых метеоритов. Считается также, что железо составляет бо́льшую часть земного ядра, что проявляется в наличии магнитного поля Земли.

Руды железа широко распространены и часто встречаются даже на поверхности земли. Очень

часто это оксиды железа: красный железняк ( гематит – Fe₂O₃ ), бурый железняк (лимонит 2Fe₂O_3’3H₂O), магнитный железняк (магнетит- Fe₃O₄), железный колчедан (или серный колчедан – пирит- FeS₂ - не служит сырьем для получения железа, а применяется для производства серной кислоты), сидерит (карбонат железа FeCO₃), Силикатные руды – алюмосиликатные руды, основные минералы шамозит Fe₄(Fe, Al)₂[Al₂Si₂O₁₀](OH)₈ и тюрингит (Mg, Fe)_3,5Al_1,5[Si_2,5Al_1,5O₁₀](OH)₆·nH₂О, содержат до 42 мас. % железа.

Основные бассейны железной руды в России: КМА (крупнейшие месторождения Яковлевское и Лебединское); Уральский (крупные месторождения – Гусевогорское и Собственно-Качканарское в Свердловской области);б Западно-Сибирский (рудные узлы Бакчарский, Колпашевский, Парабельский, Чузикский и Парбигский); Северный (Карелия, крупнейшие месторождения Ковдорское и Костомукшское); Приангарье (более 30 месторождений). Здесь добыча, как правило, ведётся открытым способом.

Конец форм

Способ получения железа из руд был изобретён в западной части Азии во 2-м тысячелетии до н. э.; затем железо распространилось в Вавилоне, Египте, Греции; на смену бронзовому веку пришёл железный век. Гомер (в 23-й песне «Илиады») рассказывает, что Ахилл наградил диском из железной крицы победителя в соревновании по метанию диска. В Европе и Древней Руси в течение многих веков Ж. получали по сыродутному процессу. Железную руду восстанавливали древесным углём в горне, устроенном в яме; в горн мехами нагнетали воздух, продукт восстановления — крицу ударами молота отделяли от шлака и из неё выковывали различные изделия. Затем естественную тягу сменили меха, железоделательный костер превратился в низкошахтную печь – домницу. В Западной Европе и России в средние века в домницах стали выплавлять чугун. ( На экране – глиняные печи для плавки железа). Много позднее появились металлургические заводы, где восстанавливали железо из его оксидов с помощью угля, водорода, оксида углерода (II):

а) обжиг сульфидных и карбонатных руд – перевод в оксидную руду :

Fe₂O₃ + 3 H₂ = 2 Fe + 3 H₂O

4 FeS₂ + 11 O₂ → 2 Fe₂O₃ + 8 SO₂ ↑

4 FeCO₃ + O₂ → 2 Fe₂O₃ + 4 CO₂ ↑

б) восстановление оксидной руды угарным газом :

Fe₂O₃ ^CO ( Fe^II Fe^III )O₄ ^CO FeO ^CO Fe

в) алюмотермия: (видео)

3 Fe₃O₄ + 8 AI → 9 Fe + 4 AI₂O₃

Химически чистое железо – серебристо-серый, блестящий, вязкий, по внешнему виду очень похожий на платину металл. Химически чистое железо устойчиво к коррозии и хорошо сопротивляется действию кислот. Однако ничтожные примеси лишают его этих драгоценных свойств. Чистое железо в отличие от всех других металлов обладает необычайно высокой склонностью к намагничиванию (демонстрация смеси железа и серы).

4. Химические свойства железа.

Вспоминаем с учениками, что железо по своим свойствам относится к менее активным металлам, в ряду напряжений находится между магнием и водородом. Железо имеет две степени окисления +2 и +3.

Взаимодействие железа с простыми веществами:

При взаимодействии с неметаллами, являющимися сильными окислителями, железо приобритает степень окисления +3, с менее сильными - +2. На экране демонстрируем опыты: а) взаимодействие железа и серы б) железа и хлора в) горение железа в кислороде.

Взаимодействие железа со сложными веществами:

а) с водой (опыт подготовлен до урока – в пробирку опускаем гвоздь или скрепку – видно образование ржавчины); 4Fe + 8 O₂ + 6 H₂O → 4 Fe(OH)₃

б) с кислотами: С разбавленным раствором серной кислоты – реакция протекает, а с азотной кислотой происходит пассивация железной фольги.

в) с растворами солей: железную пластинку опускаем в раствор медного купароса.

Обсуждаем опыты и записываем уравнения хим. реакций , расставляем коэффициенты мето- дом электронного баланса (вспоминаем правила взаимодействия металлов):

Fe + S → FeS

2 Fe + 3 CI₂ → 2 FeCI₃

3 Fe + 2 O₂ → Fe₃O₄ ( FeO∙Fe₂O₃ )

Fe + 2 HCI (разб.) → FeCI₂ + H_{2 ↑}

Fe + H₂SO₄ (разб.) → FeSO₄ + H₂ ↑

Fe + H₂SO₄ (конц.) → пассивирует

Fe + HNO₃ (конц.) → пассивирует

3 Fe + 4 H₂O → Fe₃O₄ + 4 H₂ ↑

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

Определяем тип хим. реакций и делаем вывод, что реакции замещения относятся к ОВР.

5. Железо образует два ряда оксидов и гидроксидов:

FeO - оксид железа (II) черный; Fe(OH)₂ – гидроксид железа (II), белый , легко окисляется кислородом воздуха до катионов железа (III) приобретает сначала зеленую окраску, а затем становится бурым; --- проявляют основные свойства;

Fe₂O₃ – оксид железа (III) красно-бурый; Fe(OH)₃ - гидроксид железа (III), бурый; --- проявляют амфотерные свойства (что это означает?)

Генетические ряды ( учащиеся на доске записывают уравнения реакций):

Fe → FeCI₂ → Fe(OH)₂ → FeO → FeSO₄

Fe → FeCI₃ → Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ → Fe₂(SO₄)₃

4 Fe(OH)₂ + 2 H₂O + O₂ → 4 Fe(OH)₃

Fe(OH)₃ + 3 NaOH → Na₃[Fe(OH)₆]

В каждом ряду рассмотриваем одну из реакций как реакцию ионного обмена.

6. Качественные реакции на ионы Fe⁺² и Fe⁺³ (учебник стр.176 ).

1) При взаимодействии раствора хлорида железа(II) с раствором красной кровяной соли образуется темно- синий осадок:

FeCl₂ + K₃[Fe(CN)₆] →K Fe[Fe(CN)₆] ↓ + 2 KCl

Это качественная реакция на ионы Fe⁺².

2) При добавлении к раствору хлорида железа (III) раствора желтой кровяной соли образуется темно-синий осадок:

FeCI₃ + K₄[Fe(CN)₆] → KFe(CN)₆]₃ ↓ + 3 KCI

Это качественная реакция на ионы Fe⁺³.

Для обнаружения ионов Fe⁺³ используется также реакция с роданидом калия, при которой реакционная смесь приобретает красный цвет:

FeCI₃ + 3 KCSN → Fe(CSN)₃ + 3 KCI

7. Применение соединений железа. (Доклад 3 ученика).

Железо – это биогенный элемент. Оно играет важную роль в жизни практически всех организмов, за исключением некоторых бактерий. При недостатке железа в растениях понижается образование хлорофилла, что нарушает процесс фотосинтеза – возможность ассимилировать углекислый газ и выделять кислород. Железо входит в состав гемоглобина, миоглобина, различных ферментов и других сложных белковых комплексов, которые находятся в печени и селезенке. В организме взрослого человека имеется 4-5 г железа, из них 65% находятся в крови. Железо стимулирует функцию кроветворных органов. Красный пигмент крови – гемоглобин – осуществляет перенос кислорода от органов дыхания к тканям, играет также важную роль в обратном процессе – переносе углекислого газа от тканей к легким. В организм железо поступает вместе с пищей. В пищевых продуктах содержится железо в более устойчивой степени окисления +3, а клетки кишечника пропускают только железо в степени окисления +2. Минуя пищевод и попав в желудок, ионы железа +3 восстанавливаются в ионы железа +2 и только тогда усваиваются.

Примерно 90 % всех используемых человечеством металлов - это сплавы на основе железа. Железа выплавляется в мире очень много, примерно в 50 раз больше, чем алюминия, не говоря уже о прочих металлах. Чугун используют для литья чугунных изделий, сталь – как конструкционный материал, а после введения специальных добавок других металлов – как материал для изготовления быстрорежущих инструментов, жаропрочных и коррозионно-стойких аппаратов, установок и других изделий. Оксиды железа +2 и +3 - компоненты керамики и пигментов. Гидроксид железа (2 )– компонент активной массы железо-никелевых катализаторов; хлорид железа( 3 ) - хлорагент и катализатор в органическом синтезе, протрава при крашении тканей, коагулянт при очистки питьевой воды, компонент лекарственных средств против анемии. Сульфат железа( 2) – компонент пигментов, электролитов в гальванотехнике, консервант древесины, фунгицид, лекарственное средство. Сульфат железа (3) - Fe₂(SO₄)₃∙ 9H₂O - применяют при очистке воды, в качестве растворителя в гидрометаллургии и в других целях.

8. Подведение итогов урока.

Домашнее задание. Учебник О.С.Габриелян. Химия 9. 2019. §34 стр.172-176, упр. 1– 5, стр. 176-177

Литература

1. О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов , С.А.Сладков . – М.: Просвещение, 2019. Химия.9 класс.

2. https://wika.tutoronline.ru/himiya/class/11/zhelezo-kak-himicheskij-element

3. https://wika.tutoronline.ru/himiya/class/11/zhelezo-kak-himicheskij-element

4. https://chemege.ru/iron/

5. : https://obrazovaka.ru/question/zhelezorudnye-bassejny-rossii-196448