Железо. Упавший с небес.

Урок по теме: «Железо или упавший с небес» (9 класс)

Цель урока: рассмотреть строение атома железа, как элемента побочной подгруппы, изучить свойства простого вещества железа и его соединений, нахождение в природе и его биологическая роль, рассмотреть качественные реакции на ионы железа.

Задачи:

-обучающие рассмотреть положение химического элемента железа в Периодической системе химических элементов Д. И Менделеева., строение атома. Изучить химические свойства простого вещества - железа, познакомиться с природными соединениями железа; рассмотреть биологическую роль железа;

-развивающие развивать интеллектуальные умения: выделять главное, анализировать, сравнивать, делать выводы, использовать ранее накопленные знания по химии в контексте нового материала, расширить научную лексику путем введения в активный словарь новых терминов, отработка ИКТ - компетентности;

-воспитательные воспитывать коммуникативные навыки, формировать научное мировоззрение, интерес к предмету, поддерживать устойчивую мотивацию к изучению химии на основании положительного эмоционального восприятия предмета и использования ИКТ – технологии.

Планируемые результаты обучения.

- учащиеся должны знать положение химического элемента железа в ПСХЭ, уметь характеризовать свойства атома на основании положения в ПСХЭ, особенности строения атома железа;

- уметь объяснять химические реакции, протекающие между простым веществом железом и простыми и сложными веществами;

- уметь записывать ОВР, указывать окислитель и восстановитель, процессы окисления и восстановления;

- знать общие физические свойства, области применения и биологическую роль железа.

Тип урока Комбинированный урок

Формы работы учащихся фронтальная, групповая, парная и индивидуальная работа

Необходимое техническое оборудование компьютер, проектор, химическое оборудование

Структура и ход урока

1. Психологический настрой

Здравствуйте ребята. Я рада видеть ваши лица, ваши улыбки, и думаю, что этот день принесет вам радость, общение друг с другом.

1. Активизация знаний

Учитель: Ребята, скажите, о чем мы с вами говорили на предыдущих уроках? (О металлах). Верно, вот сейчас вы мне и продемонстрируете свои знания о металлах. Проведем небольшой блиц-опрос. За каждый правильный ответ вы будете получать жетон. Чем больше жетонов вы наберете, тем выше оценка. На оценку пять нужно пять жетонов. Если вы наберете меньше, не страшно, это будет плюсом к вашей общей оценке за урок. У каждого на столе лист самооценки, в котором вы будете отмечать количество набранных вами жетонов.

• Каковы особенности строения атомов металлов?

• Самый распространенный на Земле металл. (Алюминий.)

• В какой группе ПТ расположены самые активные металлы? (Щелочные, 1а)

• Какая область промышленности занимается получением металлов? (Металлургия)

• Назовите процесс самопроизвольного окисления металлов (коррозия)

• Какие способы получения металлов вам известны? (пиро-, гидро-, электрометаллургия)

• Какие металлы не будут вытеснять водород из раствора кислот? (неактивные)

• Самый твердый металл. (Хром)

• Металл- жидкость. ( Ртуть)

• Самый пластичный металл. (Золото).

• Какой металл убивает бактерий? (Серебро).

3. Мотивация

Массовое изготовление оружия, орудий труда и других изделий из бронзы в «бронзовом веке» довольно быстро привели к истощению известных в древнем мире месторождений олова. Олово встречается в природе намного реже, чем медь, но только сплав этих металлов способен дать прочное и долговечное соединение, отдельно каждый из них излишне мягок. Человечество было вынуждено перейти к худшим по качеству изделиям из железа.

Этот металл в природе намного более распространён, чем медь, а тем более олово. Интересно, что начавший первым изготовлять железо, народ халибов, получил сразу высоколегированную нержавеющую сталь. Дело в том, что они выплавляли железо не из руды, а из магнетитовых песков, которые содержат примеси легирующих металлов. На земле свершилась новая технологическая революция – наступил железный век.

3. Целеполагание

Учитель: Итак, ребята какова же тема нашего урока? (Тема урока «Железо»). А вопросом сегодняшнего урока будет «Продолжается ли век железный?» Мы должны опровергнуть это или доказать.

Эпиграф нашего урока - слова академика А. Е. 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 другой элемент, который был бы так связан с прошлым, настоящим и будущими судьбами человечества». сегодня на уроке вы в этом убедитесь.

Учитель: Ребята, давайте составим план, по которому мы будет изучать данный металл.

Учащиеся высказывают свои идеи и составляют план.

1. Положение в ПСХЭ

2. Физические свойства

3. Нахождение в природе

4. Биологическая роль

5. Химические свойства

6. Способы получения

7. Применение железа

Посмотрите на пункты с 1 по 5 и сформулируйте цель нашего урока.

4. Для погружения в урок используем приём «верите ли вы?».

Вопрос 1

В Древнем Риме из железа делали обручальные кольца. (Древние римляне первоначально предпочитали обручальные кольца из железа и лишь во II веке до нашей эры стали делать их из золота. Они считали, что металл в обручальном кольце отражает нерушимость брачных уз. В Древнем Риме такие украшения носили только женщины.)

Вопрос 2:

Один немецкий студент подарил своей возлюбленной кольцо, сделанное из железа его крови. (В теле здорового человека постоянно присутствует 4-5 граммов железа. Впервые железо в крови человека обнаружил в прошлом веке француз Мери. В истории медицины известен такой печальный случай. Один молодой студент-химик решил подарить своей возлюбленной кольцо, сделанное из железа собственной крови. Выпуская время от времени кровь, он получал соединение, из которого химическим путем выделял железо. Юноша погиб от наступившего малокровия. Он так и не собрал нужного количества железа для изготовления кольца.)

5. Изучение нового материала (работа по группам)

Учитель: Итак, ребята мы с вами погрузились в тему и теперь нам предстоит ответить на вопросы, которые мы сформулировали. Каждая группа сейчас получит информационный кейс для работы и ответы на вопросы (6 минут).

Раздаём листы с вопросами, на которые ученики должны ответить в результате работы.

Историкам

Происхождение названия?

Какие примеры доказывают использование железа в древнем мире?

Изготовление железных изделий началось гораздо раньше, чем люди научились выплавлять его из руды. Как можно объяснить данное противоречие?

Геологам

1. Оцените распространённость железа на Земле.

В виде каких минералов оно встречается?

Что вы можете сообщить о железных рудах применительно к Курской области?

Химикам-теоретикам

Положение железа в ПСХЭ

2. Состав и строение атома

3. Возможные степени окисления

Биохимикам

• В составе каких соединений железо присутствует в организме человека?

• Суточная потребность в железе?

• Какие продукты лучше всего восполнят нехватку железа в организме?

Изучение химических свойств железа

Учитель: Ребята, давайте, попробуем предположить, какими химическими свойствами может обладать железо? (высказывают идеи)

Железо взаимодействует как с простыми, так и сложными веществами.

Демонстрация видеоопыта (горение железа, взаимодействие с хлором, серой) Задание: записать уравнение реакции и составить электронный баланс. Чем является железо в данных уравнениях реакций?

У доски работают 3 человека.

1. 3 Fe +2O₂ = Fе ₃O ₄

2. При нагревании до 200-250 0С реагирует с хлором

2Fe+Cl₂=2FeCl₃

1. Fe+S=FeS

Действует ли вода на железо?

1. При обычных условиях вода не действует на железо, однако, в присутствии кислорода протекает следующая реакция:

Fe(OH)₃ - гидроксид железа (III) - основная часть ржавчины. Для протекания данной реакции необходимо одновременно присутствие воды и кислорода, в противном случае коррозия так и не наступит.

Fe + H₂O = FeO +H₂

Экспериментально рассмотреть взаимодействие железа с кислотами и солями. Записать уравнение реакции и наблюдаемый эффект.

1. Fe + 2HCI = FeCI₂ + H₂

2. Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

Fe⁰ - 2e = Fe⁺² (восстановитель)

Что вы наблюдали при проведении реакции? (Железо вытеснило медь из раствора сульфата меди)

В концентрированных азотной и серной кислотах железо не растворяется, так как на поверхности металла возникает пленка, препятствующая реакции металла с кислотой, поэтому концентрированные серную и азотную кислоты можно перевозить в железной таре (происходит пассивация металла).

Сделайте вывод о химической активности простого вещества – железа.

Итоги урока

Итак, ребята, что сегодня мы с вами узнали на уроке. Ну и как мы ответим на наш вопрос: Продолжается ли век железа? достигли ли мы поставленной цели?

- что нового на уроке узнали?

- что было интересным?

Железо - основа всей металлургии, машиностроения, железнодорожного транспорта, судостроения, грандиозных инженерных сооружений - от башни Эйфеля до ажура железнодорожных мостов. Все, все - начиная от швейной иглы, гвоздя, топора и кончая паутиной железных дорог, плавающими крепостями - авианосцами и линкорами - и огнедышащими домнами, где рождается само железо, - состоит из железа. Железо - это металл созидания!

Обращаясь к эпиграфу нашего урока, хотелось бы вам пожелать следующее: пусть ваш мозг истирается от работы мысли, а не пожирается ржавчиной от лени.

Так продолжается ли век железа?

Задачи

1.Суточная потребность человека в железе составляет 18 мг. В куске белого пшеничного хлеба содержится 0,8 мг железа. Сколько кусков хлеба нужно съесть в день для удовлетворения суточной потребности в этом элементе?

2.  Молодая хозяйка повесила сушить бельё на железную проволоку, натянутую между стойками вместо бельевого шнура. Когда бельё высохло, хозяйка с ужасом обнаружила на чистом белье бурые пятна.

1.      Как объяснить появление бурых пятен на белье?

2.      Как хозяйке избавиться от этих пятен?

2.Почему применение чистого железа ограничено?

1. Ответ Чистое железо достаточно легко корродирует, поэтому его надо каким-то образом защищать от коррозии- либо покрывать защитным покрытием, либо применять в виде сплавов.

2. Как правильно принимать железосодержащие препараты? Напишите примерную инструкцию по их применению.

Историки:

Происхождение названия?

Какие примеры доказывают использование железа в древнем мире?

Изготовление железных изделий началось гораздо раньше, чем люди научились выплавлять его из руды. Как можно объяснить данное противоречие?

В таблице Менделеева трудно найти другой металл, с которым была бы так неразрывно связана история цивилизации. В древности у некоторых народов железо ценилось дороже золота. Лишь представители знати могли украшать себя изделиями из железа, причем нередко в золотой оправе. В Древнем Риме из железа изготавливали даже обручальные кольца. В египетских гробницах наряду с другими ценностями, было найдено ожерелье, в котором железные бусины чередовались с золотыми. Однако при изучении истории человечества ученые столкнулись с неразрешимой, казалось бы, загадкой. Они регулярно обнаруживали железные изделия, датируемые намного более ранними годами, чем первые печи по выплавке железа. Откуда же древние люди получали этот металл?

Разгадка, как ни странно, нашлась у эскимосов крайнего севера Америки. В 1818 году полярная экспедиция Росса обнаружила у них железные ножи и наконечники гарпунов. В природных условиях вечной мерзлоты и отсутствия необходимого для выплавки металла топлива это было поразительно. Ученым удалось выяснить, что железо местные жители с огромными усилиями отделяют от огромного железного метеорита, лежащего в их владениях с незапамятных времен.

Позже экспедиция Роберта Пири обнаружила в Гренландии железный метеорит весом в 34 тонны. Самый большой из обнаруженных метеоритов этого класса весит более 60 тонн и обнаружен в Африке. Древние люди собирали метеоритное железо, обрабатывали его и изготовляли, в первую очередь, оружие. Вот откуда легенды о пришедших с неба магических мечах грозных правителей древности Атиллы и Тамерлана. Вот откуда нож, обнаруженный в могиле Тутанхамона.

Металл, «пришедший с неба» естественно обожествлялся. Во многих языках название железа до сих пор, в дословном переводе, звучит как «небесный металл». Из обломка «звезды» - метеоритного железа изготавливались и различные амулеты, и предметы культа. Царь Соломон имел перстень, а Александр Македонский корону из этого металл. Естественно, что оба владыки с данными предметами никогда не расставались.

Химики-теоретики:

Положение железа в ПСХЭ

Состав и строение атома

Возможные степени окисления

Железо как элемент образуется множество соединений, проявляя обычно степени окисления +2,+3. Это оксиды FeO и Fe₂O₃ соответствующие им гидроксиды Fe(OH)₂ и Fe(OH)₃. Железо – элемент побочной подгруппы VIII группы 4-го большого периода. Железо относится к d-элементам. Железо в соединениях проявляет степени окисления +2 и +3.

Металл средней активности, восстановитель.

Геологи:

Оцените распространённость железа на Земле.

В виде каких минералов оно встречается?

Что вы можете сообщить о железных рудах применительно к Курской области?

По распространенной в составе земной коры занимает среди металлических элементов второе место после алюминия. Массовая доля железа в земной коре составляет почти пять процентов. В самородном состоянии железо встречается очень редко, обычно лишь в виде метеоритов. Именно в этом виде наши предки и смогли впервые познакомиться с железом и оценить его как очень хороший материал для изготовления орудий труда. Считается, что железо является главной составляющей ядра земного шара. Чаще встречается в природе в составе руд. Важнейшими из них являются: магнитный железняк (магнетит) Fe3O4, красный железняк (гематит) Fe2O3, бурый железняк (лимонит) Fe2O3 · nH2O, железный колчедан (пирит) FeS2, шпатовый железняк (сидерит) FeСO3, гетит FeO (OH). В водах многих минеральных источников содержится Fe (НСO3) 2 и некоторые другие соли железа.

Курская магнитная аномалия (КМА)— самый мощный в мире железорудный бассейн. Крупнейший по запасам железа район в мире, по разведанным запасам богатых руд(около 30 млрд т.) уступает лишь перспективному 

Эль Мутун (около 40 млрд т.). Расположен в пределах Курской, Орловской и Белгородской областей. В настоящее время границы простирания залежей железных руд КМА  охватывают  площадь размером свыше 160 тыс. км²,  захватывая территории  девяти областей Центра и Юга страны.  Первые образцы железной руды  были добыты 7 апреля 1923 г. из скважины неподалёку от г. Щигры. В стране по этому поводу было всенародное ликование. Каким образом в спокойном равнинном районе на небольшой глубине (200—400 м) образовались огромные залежи железной руды, запасы которой превышают запасы всех железорудных месторождений мира, вместе взятых? Это неясно учёным до сих пор.

В итоге всех исследований, проведенных в двадцатые годы, наметился наиболее 

перспективный район  КМА – Староскольский, в котором в 1935 г. Были добыты первые пять тысяч тонн железной руды. В 1956 был построен первый горно-обогатительный комбинат, который начал добычу неглубоко залегающей руды открытым способом.

Биохимики:

• В составе каких соединений железо присутствует в организме человека?

• Суточная потребность в железе?

• Какие продукты лучше всего восполнят нехватку железа в организме?

Железо играет важную роль в жизни практически всех организмов, за исключением некоторых бактерий. При недостатке железа растения не образуют хлорофилла (что нарушает процесс фотосинтеза), теряют возможность ассимилировать углекислый газ и выделять кислород. Железо входит в состав гемоглобина, миоглобина, различных ферментов и других сложных железо-белковых комплексов, которые находятся в печени и селезенке.

В организме взрослого человека имеется 4-5 г железа, из них 65% - в крови.

Красный пигмент крови – гемоглобин – осуществляет перенос кислорода от органов дыхания к тканям и обратный перенос углекислого газа от тканей к легким. в организм железо поступает вместе с пищей. Как вы думаете, в каких продуктах содержится больше всего железа? (обсуждение) в гречке, овсянке, фруктах (как определить железо в яблоках), черносливе, изюме, морской капусте, фасоли, петрушке. В пищевых продуктах содержатся соли железа со степенью окисления +3, а клетки кишечника пропускают только соли железа со степенью окисления +2, поэтому в желудке происходит восстановление fe²⁺ и fe³⁺, но, чтобы процесс был успешным необходимо тщательно пережёвывать пищу. Враги этого процесса: чай, кофе, алкоголь (прием даже умеренной дозы алкоголя выводит соединения железа из организма!).

Как правило, железа, поступающего с пищей, вполне достаточно, но в некоторых специальных случаях (анемия, а также при донорстве крови) необходимо применять железосодержащие препараты и пищевые добавки (гематоген, ферроплекс).