Тема: Железо.
Цель:
Дать
знания о свойствах железа и его соединений, их нахождении и роли в природе, о
способах получения и применения этих веществ, способах их распознавания.
Реактивы и
оборудование: сульфат железа (II), гидроксид натрия, хлорид железа
(III).
Содержание и ход
урока:
Оргмомент
Д/з §40-42
Новая тема:
Положение
в ПС и строение атома. Железо – элемент побочной (Б) подгруппы VIII группы.
Как и
все элементы побочных подгрупп, относится к d- элементам. У него происходит
заполнение предпоследнего энергетического уровня d- электронами, на
внешнем энергетическом уровне при этом находятся два s-электрона:
Fe +26
)2 )8 ) (8+6) )2
Электронная
формула
1s22s22p63s23p63d64s2
Графическая
формула:
IV
III
II
I
s p
d
Валентными у
железа являются наружные s- и d-электроны
предпоследнего уровня, поэтому его атомы имеют переменные степени окисления.
В химических
реакциях железо может отдавать 2 или 3 электрона, проявляя степени окисления +2
и +3 в своих устойчивых соединениях:
Fe0 -2e
→ Fe2+
Fe0 -3e
→ Fe3+
Известны менее
устойчивые соединения, в которых железо имеет степени окисления +6 (K2FeO4 – феррат
калия).
Нахождение в
природе.
Железо – второй по распространенности в природе металл. На его долю в земной
коре приходится 4,7%. Некоторые метеориты состоят из железа, поэтому в
древности его называли «небесный», или «звездный» камень.
Сообщение «Железо» (с.115
Книга для чтения)
В земной коре
железо образует много минералов. Важнейшие промышленные руды железа: красный
железняк (Fe2O3),
магнитный железняк (Fe3O4), пирит (FeS2).
В Казахстане
имеются большие запасы железных руд (в Торгайском железнорудном бассейне и в
Центральном Казахстане). В настоящее время в нашей стране известно несколько
сотен месторождений и рудопроявлений железа, на многих из которых небольшая глубина
залегания руды позволяет добывать ее дешевым открытым способом.
Железо входит в
состав минеральных вод в виде сульфата (FeSO4) и гидрокарбоната
(Fe(HCO3)2.
Получение в
промышленности. Получают железо восстановлением его оксидов водородом,
алюминием или оксидом углерода (II):
FeO + H2
= Fe + H2O
Fe2O3
+ 2Al = 2Fe + Al2O3
Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4
CO2
Физические
свойства.
Железо – блестящий серебристо-белый пластичный металл, плотность 7,87г/см3.
Тплав15400С, обладает хорошей тепло- и
электропроводностью, легко намагничивается и размагничивается. Легко подвергается
прокатке, ковке и другим видам обработки.
Химические
свойства.
Железо, как и большинство металлов побочных подгрупп, является металлом средней
активности.
Активные неметаллы
окисляют железо:
2Fe0 + 3Cl02
= 2Fe3+Cl-13
Fe0 + S0
= Fe+2S-2
Раскаленные опилки
или тонкая стружка сгорают в кислороде с образованием железной окалины (смесь
оксидов железа со степенью окисления +2 и +3 - FeO·Fe2O3):
3Fe + 2O2
= Fe3O4 (FeO·Fe2O3)
В сухой атмосфере
оно покрывается ржавчиной – смесью продуктов окисления (оксидов и гидроксидов).
Упрощенно этот процесс можно записать так:
4Fe0 + 6H2O = 4Fe+3(OH)3
Fe0 – 3e → Fe+3
3 4
O02
+ 4e → 2O-2 4 3
Железо
восстанавливает водород из кислот, а само окисляется при этом до степени окисления
+2:
Fe0 +
2H+ = Fe+3 + H02
В
концентрированных азотной и серной кислотах железо пассивируется, т.к.
покрывается защитной пленкой нерастворимых соединений.
Железо
восстанавливает менее активные металлы из их солей:
Fe0 +
Cu+2Cl2 = Fe+2Cl2 + Cu0
Важнейшие
соединения железа. Для железа характерны два ряда соединений со
степенью окисления +2 и +3:
Оксид железа (II) FeO –
кристаллическое вещество черного цвета проявляет слабые амфотерные свойства с
преобладанием основных, не растворяется в воде, проявляет свойства слабого
восстановителя:
FeO + H2SO4(разб) → FeSO4
+ H2O
3 FeO + 10HNO3(разб) → 3Fe(NO3)3
+ NO↑ + 5H2O
FeO + H2S →FeS + H2O
(5000C)
FeO + H2 → Fe + H2O
(3500C)
FeO + C → Fe + CO (10000C)
6FeO + O2 → 2 Fe3O4
(4000C)
Гидроксид железа (II) Fe(OН)2 –
вещество голубовато-белого цвета, имеет выраженный основной характер,
образуется при взаимодействии соли железа (II) с раствором щелочи.
На воздухе осадок
быстро темнеет за счет перехода Fe+2 в Fe+3:
FeSO4 +
NaOH → Fe(OН)2↓ + Na2SO4
4 Fe(OН)2 + O2
+ 2 H2O → 4 Fe(OН)3
В кислой среде
железо (II)
окисляется значительно медленнее.
Оксид железа (III) Fe2O3 – твердое
вещество красно-бурого цвета, не реагирует с водой, обладает слабо выраженными
амфотерными свойствами, восстанавливается до свободного металла:
Fe2O3 + 6HCl → 2 FeCl3
+ 3 H2O
Fe2O3 + 6 HNO3
→ 2Fe(NO3)3 + 3H2O
Fe2O3 + CO → 2FeO +
CO2(5000C)
Fe2O3 + 3CO → 2Fe +
2 CO2 (6000C)
Fe2O3 + 2NaOH →
2NaFeO2 + H2O(6000C)
Феррит
натрия
Соли железа (III) являются
слабыми окислителями.
2FeCl3 + H2S → 2
FeCl2 + 2HCl + S↓
2FeCl3 + NaI → 2FeCl2
+ 2NaCl + I2
2FeCl3 + Fe → 3FeCl2
Гидроксид железа (III) выпадает
в виде красно-бурого осадка при действии щелочей на соли Fe+3,
проявляет амфотерные свойства с преобладанием основных.
Fe2(SO4)3
+ 6NaOH → Fe(OH)3↓ + 3Na2SO4
Fe(OH)3 + 3HCl → FeCl3
+ 3 H2O
Качественное
обнаружение Fe+2, Fe+3
Для качественного
определения ионов Fe+2
используют красную кровяную соль (гексацианоферрат (III) калия),
которая в растворе дает синий осадок – турнбуллеву синь.
FeCl2 + K3[Fe(CN)6]
→ KFe[Fe(CN)6]↓ + 2KCl
Желтая кровяная
соль (гексацианоферрат (II) калия)
используется для обнаружения в растворе ионов Fe+3 и дает в
растворах синий осадок – берлинскую лазурь.
FeCl3 + K4[Fe(CN)6]
→ KFe[Fe(CN)6]↓ + 2KCl
При добавлении
роданида аммония к раствору соли Fe+3 жидкость
окрашивается в кроваво-красный цвет из-за образования роданида железа (III).
FeCl3+ 3NH4SCN ↔
Fe(SCN)3 + 3NH4Cl
Сталь и чугун. Сплавы
железа с углеродом называют сталями и чугунами. Если содержание углерода в
сплаве более 2,14%, то его называют чугуном, если менее 2,14% - сталью. Чугун
содержит углерод в виде твердого раствора – белый чугун или в виде фазы графита
– серый чугун. Сталь содержит столько углерода, сколько его может растворить γ-железо.
Кроме того, в сталях содержится цементит – карбид железа Fe3C.
особенность чугуна в том, что при затвердевании он расширяется. Сталь при
затвердевании - сжимается.
Биологическая роль
железа.
Железо содержится в живых организмах. В теле взрослого человека имеется 4-5г
железа, 65% которого находится в гемоглобине крови. Гемоглобин придает крови
красную окраску и осуществляет транспортировку кислорода от органов дыхания к
различным тканям. Ионы железа необходимы для нормальной деятельности многих
ферментов, для процесса кроветворения и для протекания обмена веществ в организме.
Недостаток железа
в крови негативно отражается на здоровье человека, вызывая малокровие.
Связанное железо содержится во многих пищевых продуктах: ржаном хлебе, картофеле,
яблоках, абрикосах, гречневой крупе. необходимо вводить эти продукты в свой рацион
питания для профилактики малокровия.
Применение. Чистое
железо применяется для изготовления деталей электромагнитного оборудования, где
требуется способность быстро намагничиваться и размагничиваться (в
трансформаторах, электромоторах и т.д.). Железо используется для изготовления
гвоздей. Чаще, однако, используются сплавы железа – чугун и сталь. Это главные
конструкционные материалы современной техники.
Во всем мире
железа и его сплавов производят в 20 раз больше, чем всех остальных металлов.
Демонстрационные
эксперименты
(Ознакомление с образцами железа и его сплавов, обнаружение ионов Fe+3 Fe+2.
Закрепление.
Проверочная работа № 4 «Железо» (дм с.51-52), тест № 9 с.62-66
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.