Открытый урок по химии "Железо"

ПО ХИМИИ В 9 КЛАССЕ

«Железо и его соединения»

Урок подготовила

учитель химии

МБОУ «Рамасухская ООШ»

Азаренко Анна Павловна

Цели. Дать школьникам полное представление об эле­менте и простом веществе — железе, его физических и хи­мических свойствах. Опираясь на знания зависимости свойств металлов от строения их атомов, предсказать характерные химические свойства железа. В процессе исследования изучить физические и химические свойства железа и его соединений

Метод обучения: проблемно-поисковый

Организационные формы: беседа, самостоятельная и практическая работа, сообщения учащихся

Средства обучения:

• таблицы

• химическое оборудование и реактивы: растворы медного купо­роса, сульфата железа (II) и хлорида железа (III),соляной кислоты, гидроксида натрия, роданида калия; железо (3,5 г), сера (2 г), железный гвоздь на нит­ке, минералы — маг­нетит, гематит, лимонит, пирит;

• выставка творче­ских работ учащихся о железе;

• медиапроектор.

Девиз урока. «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 прошлыми, настоящи­ми и будущими судьбами человечества» (А.Е.Ферсман).

План урока

I. Изучение нового материала:

1) применение железа;

2) положение железа в периодической системе и стро­ение его атома;

3) железо в природе (сообщение ученика);

4) физические свойства железа (сообщение ученика);

5) химические свойства железа и его соединений;

6) лабораторный опыт № 13;

7) получение железа.

II. Закрепление материала:

самостоятельная работа.

III. Подведение итогов урока. Рефлексия.

IV. Домашнее задание

ХОД УРОКА

I. Изучение нового материала

УЧИТЕЛЬ. Сейчас вы услышите загадку и дол­жны будете ответить, о каком металле в ней идет речь.

«Среди металлов самый славный,

Важнейший, древний элемент.

В тяжелой индустрии — главный,

Знаком с ним школьник и студент.

Родился в огненной стихии,

Расплав его течет рекой.

Важнее нет в металлургии,

Он нужен всей стране родной».

(Железо.)

Итак, тема нашего урока «Железо и его соединения».

Учитель на доске пишет тему урока, ученики — в тетрадях, затем они знакомятся с целью урока, его задачами, девизом.

УЧИТЕЛЬ. Как вы думаете, ребята, почему Ферс­ман дал такую высокую оценку железу? Вспомните, где этот металл находит применение.

Дети называют области использования железа, учи­тель дополняет.

1. Применение железа.

УЧИТЕЛЬ. Действительно, применение железа насчитывает уже много столетий, но настоящее вторжение железа в технику произошло на рубеже XVIII и XIX в.

Из сплавов, в состав которых входит железо, изго­тавливается плуг земледельца, станок рабочего, ору­жие воина, стоящего на страже мирного труда, игла, которой вы шьете. Без железа немыслима ни одна от­расль современной промышленности: кораблестроение строительство железных дорог, машиностроение, стро­ительное дело, военное дело. Но не только техника нуж­дается в железе. Не будь его, на Земле не было бы жиз­ни в привычных для нас формах: ведь этот элемент входит в состав крови почти всех представителей животного мира нашей планеты. Железо необходимо для образования хлорофилла. Железо, содержащееся в фер­ментах, в значительной степени влияет на интенсив­ность дыхания растений. В организме человека железо встречается в виде ионов железа. Оно входит в состав гемоглобина, который переносит кислород к клеткам, а обратно — углекислый газ. Обычно содержа­ние железа в организме не превышает 5 г, но его значение очень велико.

При недостатке железа в организме че­ловек быстро начинает утомляться, воз­никают головные боли, появляется плохое настроение.

1. Положение железа в периодической сис­теме и строение его атома. (презентация, Слайд 1-3)

УЧИТЕЛЬ. Где располо­жено железо в периодической системе? Ка­ково строение его атома? Какую степень окисления следует ожидать у железа в его соединениях?

На эти вопросы у доски отвечает ученик, остальные записывают в тетради.

Электронная формула ₂₆Fe: ls²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s².

Степени окисления (наиболее ха­рактерные): +2, +3.

(После работы на экране появляется слайд № 1).

Fe Порядковый номер: 26 Период: IV Группа: VIII Подгруппа: В
Электронное строение атома: ls²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s².

3) Железо в природе (сообщение ученика и демонстра­ция образцов минералов);

УЧЕНИК. Первое железо, попав­шее еще в глубокой древности в руки наших предков, было, по-видимому, не земного, а космического проис­хождения. Железо входит в состав метеоритов, пада­ющих на нашу планету из космического пространства. Не случайно на некоторых древних языках железо име­нуется «небесным камнем». Железо также обнаружено и на Луне, причем в лунном грунте оно присутствует в самородном, неокисленном состоянии, что, очевидно, объясняется отсутствием атмосферы.

По запасам в земной коре железо занимает 4-е мес­то среди всех элементов после кислорода, кремния и алюминия. Намного больше железа в ядре планеты, ко­торое, по предположениям ученых, состоит из никеля и железа. Но это железо вряд ли станет доступным в обозримом будущем. В связи с этим важнейшим источ­ником железа остаются залегающие на поверхности земли или небольших глубинах такие минералы, как маг­нетит Fe₃0₄, гематит Fe₂0₃, сидерит FeC0₃.

Они составляют основу главных железных руд — маг­нитного, бурого, красного железняка. Больше всего желе­за — 72,4% — содержится в магнетите.

4) Физические свойства железа (сообщение ученика); (сопровождение презентацией)

УЧЕНИК. Железо — блестящий, серебристо-белый металл, с плотностью, равной 7,87г/см³; его легко обрабатывать — резать, ковать, прокатывать, штамповать. Ему можно придать большую прочность и твердость за счет термического и механического воз­действия (закалка, прокатка).

Рассказывая о свойствах железа, нужно прежде всего оговорить, о каком железе идет речь — о технически чистом железе или о железе высшей чистоты. Разница в их свойствах — и физических, и химических — доста­точно велика. Технически чистое железо называется низкоуглеродистой электротехнической сталью. В этом названии отражены назначение материала и содержа­ние главных примесей: углерода — 0,02—0,04%, а кисло­рода, серы, азота и фосфора еще меньше.

Железо высшей чистоты содержит менее 0,001% примесей.

Оба материала обладают хорошими магнитными свойствами, хорошо свариваются. Однако если техни­чески чистое железо — металл средней активности, то высокочистое — почти инертно. Механические свой­ства железа высшей чистоты не высокие, прочность намного меньше, чем у стали или чугуна. В качестве конструкционного материала железо высшей чистоты не применяется. Но если в него ввести в определенном порядке легирующие добавки, то оно сможет выдержать нагрузку до 600 кг/см² вместо обычных 17—21 кг/см².

5) Химические свойства железа и его соединений

УЧИТЕЛЬ. Железо взаимодействует как с простыми, так и сложными веществами. Предлагаю вам провести эксперименты с серой, соляной кислотой, сульфатом меди, объяснить свои наблюдения и составить уравнения химических реакций.

ВОПРОС: Чем является железо в данных уравнениях реакций? (На экране появляется слайд №4-5). (Ученики записывают в тетрадях)

1. Fe + S = FeS

2. Fe + 2HCI = FeCI₂ + H₂

3. Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

Fe⁰ - 2e = Fe⁺² (восстановитель)

ВОПРОС: Что вы наблюдали при проведении третьей реакции?

УЧЕНИКИ: Железо вытеснило медь из раствора сульфата меди.

ВОПРОС: Действует ли вода и кислород на железо?

УЧИТЕЛЬ: При обычных условиях вода не действует на железо, однако, в присутствии кислорода протекает следующая реакция: (на экране появляется слайд №3) (запись в тетради)

4Fe + 6Н₂О + 3О₂ = 4Fe(ОН)₃

Fe⁰ - 3ē = Fe⁺³ 4 восстановитель, процесс окисления

О₂⁰ + 4ē = 2О^-2 3 окислитель, процесс восстановления

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. Известно, что в течение многих столетий стоит знаменитая железная колонна в столице Индии Дели. Почему?

УЧЕНИКИ: Там сухой воздух.

УЧИТЕЛЬ: Предлагаю учащимся провести опыт: реакцию обмена между сульфатом железа (II) и гидроксидом натрия, записать уравнение химической реакции в молекулярном и ионном виде (на экране появляется слайд № 4) (запись в тетради).

FeSО₄ + 2NaОН = Na₂SО₄ + Fe(ОН)₂

Fe²⁺ + SО₄^2- + 2Na⁺ + 2ОН^- = 2Na⁺ + SО₄^2- + Fe(ОН)₂

Fe²⁺ + 2ОН^- = Fe(ОН)₂

Учитель предлагает учащимся вновь вернуться к полученному осадку и посмотреть на изменение цвета.

ВОПРОС: Как изменился цвет осадка? Что произошло?

УЧЕНИКИ. Отмечают изменение цвета осадка из зеленоватого до бурого .

УЧИТЕЛЬ. Соединение железа двухвалентного неустойчиво и окисляется, превращаясь в соединение железа трехвалентного бурого цвета (слайд № 5) (запись в тетради).

4 Fe(ОН)₂ + О₂ + 2Н₂О = 4Fe(ОН)₃

Fe⁺² - 1ē = Fe⁺³ 4 восстановитель, процесс окисления

О₂⁰ + 4ē = 2О^-2 1 окислитель, процесс восстановления

ВОПРОС: Может вытеснять железо водород из воды?

УЧЕНИК. Да, может, но только при сильном нагревании (запись на доске и в тетради).

Fe + H₂O = FeO +H₂

Fe⁰ - 2e = Fe⁺² - восстановитель - окисление

2H⁺ + 2е = Н_{2 -} окислитель - восстановление

ВОПРОС: Какие два оксида образует химический элемент железо?

УЧЕНИКИ. FeO – оксид железа (II) и Fe₂O₃– оксид железа (III).

ВОПРОС: Какими свойствами они обладают?

УЧЕНИКИ. FeO (оксид железа (II)) – основными; Fe₂O₃ (оксид железа (III)) – амфотерными (запись в тетради).

УЧИТЕЛЬ. При окислении железа в высокотемпературном режиме образуется железная окалина: 3 Fe +2O₂ = Fе ₃O ₄ (запись в тетради)

6) Лабораторный опыт 13.

КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ НА ДВУХ- И ТРЕХЗАРЯДНЫЕ ИОНЫ ЖЕЛЕЗА

Опыт 1. В одну пробирку налейте 2—3 см³ свежеприготовленно­го раствора соли железа (II), а в другую — столько же соли железа (III). 3 обе пробирки прилейте по 2—3 см³ раствора щелочи.

Объясните наблюдаемое. Для реакций обмена составьте сокращенные ионно-молекулярные уравнения, а для окислительно-восстановительной реакции — схему электронного баланса. Объясни­те, почему для соли железа (II) нужно брать свежеприготовленный раствор.

Опыт 2. К раствору соли железа (III) прилейте раствор роданида калия KSCN или роданида аммония NH₄SCN.

Как изменилась окраска раствора? Напишите сокращенное ионно-молекулярное уравнение этой реакции, имея в виду образование слабодиссоциирующего роданида железа (III) Fe(SCN)₃. Вспомните, в каком виде записывают слабодиссоциирующие вещества в ионно-молекулярных уравнениях.

7) Получение железа.

УЧИТЕЛЬ. Получение железа. Чистое железо по­лучают в сравнительно небольших количествах элект­ролизом водных растворов его солей или восстановлени­ем водородом его оксидов. В стадии научной разработки находится способ непосредственного получения железа из руд путем электролиза расплавов (подобно алюми­нию). Получает развитие производство достаточно чистого железа прямым восстановлением его из рудных концентратов водородом, природным газом или углем при относительно низких температурах.

Целые страницы, посвященные химии и химической технологии, находим мы в произведениях Ж.Верна. Бла­годаря химическим знаниям инженера Сайруса Смита («Таинственный остров») было изготовлено много полез­ных вещей. Первое и главное, что стали делать люди, оказавшиеся на необитаемом острове, — это «добывать» металл. Для получения чистого металла Смит нагревал при высокой температуре железную руду (магнитный же­лезняк) с углем.

Несколько слов об авторе романа. Французский пи­сатель Жюль Верн (1829—1908) в 1849 г. получает дип­лом доктора права. Его не прельщает деятельность юри­ста, т. к. он хочет стать писателем.

Первый приключенческий роман Жюль Верн написал в 35лет. Чем для нас, химиков, интересны его романы? В них в увлекательной форме описаны многие химические процессы. У писателя была картотека с описанием хи­мических явлений и в личной библиотеке — книга Д.И.Мен­делеева * Основы химии». Самостоятельное изучение за­кономерностей химических явлений помогло писателю создать интересные научно-фантастические романы. Он жил во времена расцвета химии и деятельности таких великих ученых, как Д.И.Менделеев, А.М.Бутлеров. Его другом был французский химик П.-Э.Лекок де Буобод­ран, открывший галлий, предсказанный Менделеевым.

II. Закрепление материала Самостоятельная работа

Осуществить превращения:

Fe⁺³ → Fe⁰ → Fe⁺², Fe⁰ → Fe⁺³ → Fe⁰.

III. Подведение итогов урока. Рефлексия.

УЧИТЕЛЬ. В завершении урока поделитесь своими впечатлениями. Для этого допишите предложения, посвященные сегодняшнему уроку:

Сегодня я узнал (а)_________ Я удивился (лась)__________

Теперь я умею ____________ Я хотел (а) бы _____________

IV. Домашнее задание: § 49, задания в конце параграфа № 3,4,5.

Используемая литература

1. Новошинский И.Н., Новошинская Н.С. Химия 9 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. – М.: ООО «ТИД Русское слово - РС», 2007.

2. Новошинский И.И., Новошинская Н.С. Сборник самостоятельных работ по химии (к учебнику «Химия. 9 класс»). – М.: ООО «ТИД Русское слово - РС», 2007

3. Новошинский И.И., Новошинская Н.С. Тетрадь для практических работ и лабораторных опытов (к учебнику 9 кл). – М.: ООО «ТИД Русское слово - РС», 2007

4. Я иду на урок Химии. Книга для учителя. – М.: “Первое сентября”, 2001.