Разработка урока на тему "Железо" (10 класс)

Средняя школа имени Б.Канатбаева

             

    Тема:     Железо и его соединения

                      Класс     10 «В»                                                  

                                           

                            

Провела учитель химии:           Жолмагамбетова Гульшара  Табылдиевна  

2014-2015 уч.год

Тема урока:        Железо и его соединения

Цель урока:   Получить  полное представление о  железе и его соединениях

Ожидаемые результаты:

1.      Опираясь на знания зависимости свойств металлов от строения их атомов, уметь предсказывать характерные физические и химические свойства железа;

2.      Формировать понятия о составе и свойствах оксидов и гидроксидов железа;

3.      Уметь решать задачи

4.      Знать  качественные реакции на катионы железа (двух- и трехзарядные).

Формы работы: фронтальная, индивидуальная

Ресурсы:       мультимедийный проектор, презентация, таблицы, карточки с заданиями, 

химическое оборудование и  реактивы: растворы медного купо­роса, сульфата железа (II) и хлорида железа (III),соляной кислоты, гидроксида натрия,  железный гвоздь на нит­ке,  минералы — маг­нетит, гематит,  лимонит, пирит;

ХОД УРОКА

I.                   Психологическая подготовка (организационный момент- деление класса на 2 группы с помощью «рассчитайтесь на первый, второй»)

II.                «Мозговой штурм» (Опрос домашнего задания)

1)      Положение цинка в ПСХЭ Д.И.Менделеева

2)      Способы получения цинка

3)      В виде каких минералов встречается цинк в природе?

4)      Охарактеризуйте физические свойства цинка.

5)      Перечислите с какими веществами реагирует цинк.

6)      Применение.

III.              Изучение нового материала

УЧИТЕЛЬ. Ребята, 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».

1)                 Положение железа в периодической сис­теме и строение его атома.

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
 

2) Физические свойства железа

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.

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

В земной коре на долю железа приходится около 4,1% массы земной коры (4-е место среди всех элементов, 2-е среди металлов).

Известно большое число руд и минералов, содержащих железо.

Оно бывает в виде различных соединений: оксидов, гидроксидов и солей.

В свободном виде железо находят в метеоритах, изредка встречается самородное железо (феррит) в земной коре как продукт застывания магмы.

 Первое металлическое железо, попавшее в руки человека, имело, явно, метеоритное происхождение.  Руды железа широко распространены и часто встречаются даже на поверхности Земли . Железные изделия из метеоритного железа найдены в захоронениях, относящихся к очень давним временам (IV - V тысячелетиях до н.э.), в Египте и Месопотамии

Задание: работа с учебником. Выписать природные соединения железа и их месторождения.

Проверим на слайде.

бурый железняк  (лимонит  - Fe2О3*пН2О; содержит до 65% Fe)

красный железняк (гематит - Fe₂O₃; содержит до 70 % Fe)

железный шпат  (сидерит – FeCO3  содержит до 48% Fe)

магнитный железняк  (магнетит - Fe₃O₄;  содержит 72,4 % Fe),

Какое соединение богато содержанием железа?

4) Химические свойства железа и его соединений

Прием "Кластер"

Напишите в середине листа ключевое выражение:

«Химические свойства железа» , «Химические свойства гидроксида железа (II)» (1 группа)

«Химические свойства оксидов железа» , «Химические свойства гидроксида железа (III)» (2 гр)

«Получение и применение железа» (1 группа)

«Биологическая роль железа» (2  группа)

Ответы учащихся

Железо сгорает в чистом кислороде при нагревании:4Fe +3O₂=2Fe₂O₃

Реагирует с порошком серы при нагревании:                  Fe +S = FeS

Реагирует с галогенами при нагревании:                         2Fe + 3Cl₂=2FeCl₃

С кислотами: А) с соляной кислотой     2HCl + Fe = FeCl₂ + H₂

 Б) с серной кислотой        H₂SO₄ + Fe = FeSO₄ + H₂

 С солями:                                                     Fe + CuSO₄= Cu + FeSO₄

 С водой(при высокой температуре):        Fe + H₂O=FeO +H₂

Химические свойства FeO

1)       с кислотами:                                    FeO + 2HCl=FeCl₂ + H₂O

2) с более активными металлами:        3FeO + 2Al = 3Fe + Al₂O₃

Химические свойства Fe₂O₃

1)  с кислотами:                                Fe₂O₃ + 3H₂SO₄=Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂O

2)  с более активными металлами Fe₂O₃ + 3Mg=3MgO +2Fe

3) При высоких температурах ведет себя как амфотерный оксид

Fe₂O₃ + CaO=Ca(FeO₂)₂                              Fe₂O₃ + 2NaOH=2NaFeO₂ + H₂O

                                    феррит кальция                                            феррит натрия

Химические свойства Fe(OH)₂ и Fe(OH)₃    

1)Реагируют с кислотами:              Fe(OH)₂ + 2HNO₃= Fe(NO₃)₂ + 2H₂O

Fe(OH)₃ + 3HNO₃= Fe(NO₃)₃ + 3H₂O

Fe(OH)₃ + NaOH= NaFeO₂+2H₂O

2)Разлагаются при нагревании:     Fe(OH)₂=FeO + H₂O

2Fe(OH)₃ = Fe₂O₃+3H₂O

3) Гидроксид железа (II) неустойчив, на воздухе медленно окисляется кислородом:             

4Fe(ОН)₂  +  О₂   + 2Н₂О   =  4Fe(ОН)₃

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

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

Учащиеся  сами самостоятельно объясняют химические свойства железа и его соединений.

Качественная реакция на соли железа (+2) и (+3)

FeCl₂ + 2NaOH=Fe(OH)₂↓+2NaCl   ( Fe(OH)₂↓- осадок зеленого цвета)

FeCl₃+3NaOH=Fe(OH)₃ ↓+3NaCl     (Fe(OH)₃ ↓- осадок бурого цвета)

Какова биологическая роль железа и его соединений?

Примерный ответ: Железо - это биогенный элемент. Он 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. Железо стимулирует функцию кроветворных органов. Красный пигмент крови – гемоглобин – осуществляет перенос кислорода от органов дыхания к тканям и обратный перенос углекислого газа от тканей к легким.

Много железа содержится в коровьем и козьем молоке, яичном желтке. У растений железо в порфиринах, которые отвечают за синтез хлорофилла. При недостатке железа растения не образуют хлорофилла (что разрушает процесс фотосинтеза), теряют возможность ассимилировать углекислый газ и выделять кислород, у животных и человека развивается анемия (малокровие).

Основные источники железа: Зеленные овощи, яичный желток, печень, горошек зеленый, томаты сырые, белая  капуста, яблоки, груши, гречка, орехи, говядина, мясо кур.

             Одной из главных проблем человечества является такой процесс, как ржавчина.

Посмотрите на слайд, каковы последствия ржавчины и запишите реакцию образования ржавчины.

Проблемой защиты от коррозии заинтересовались еще люди древнего мира. В трудах древнегреческого историка Геродота (V в. до н. э.) мы находим упоминание об оловянных покрытиях, предохраняющих железо от ржавчины. В Индии уже полтора тысячелетия существует «общество по борьбе с коррозией». В XIII в. оно принимало участие в постройке на побережье Бенгальского залива Храма Солнца. Сооружение, веками подвергавшееся действию соленых ветров и морской влаги, уже превратилось в руины, но его железная арматура сохранилась в хорошем состоянии. Стало быть, уже в те далекие времена индийские мастера знали, как противостоять коррозии.

            5) 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.

FeO + H₂ = Fe + H₂O

Fe₂O₃ + 2Al = 2Fe + Al₂O₃

Fe₃O₄ + 4CO = 3Fe + 4CO₂

IV.              Обратная связь

Проверь себя (Ответить на вопросы) 

1.      Составьте характеристику простого вещества – железа.

2. Какие вещества применяют для получения железа из его оксидов.
3. Какое место среди металлов занимает железо?
4. Степени окисления железа в соединениях?
5. Наиболее распространенные и добываемые руды и минералы.
6. Перечислите с какими простыми веществами реагирует железо.
7. С какими сложными веществами реагирует железо.
8. Назовите реактив, необходимый для определения солей железа (+2) и (+3)

Кроссворд

1.      Белок крови, переносящий по организму кислород

2.      Тип реакции, в которую вступают гидроксиды железа при нагревании

3.      Минерал – красный железняк

4.      Латинское название железа

5.      Особое свойство железа, отличающее его от многих других металлов

6.      Ковкий сплав железа

Задачи для закрепления

1.      Составьте уравнения реакции, с помощью которых можно осуществить следующие превращения :

Fe →FeCl₂ → Fe(OH)₂ → FeO → Fe

Fe → FeCl₃ → Fe(OH)₃ → Fe(NO₃)₃ → Fe₂(SO₄)₃

2.      Какая масса сульфида железа (II) образуется при взаимодействии 33,6 г железа и 16 г серы?

3.       Какая масса хлорида железа (III) образуется при взаимодействии 50 г железа и 36 г серы?

4.      Расчитайте, какая  масса алюминия потребуется для того, чтобы полностью  восстановить 7,56 кг руды, содержащей 92,1 % магнитного железняка (Fe₃O₄).

5.      Вычислите массу железа, которую можно получить из 5 кг красного желязняка (Fe₂O₃), массовая доля примеси 20% в процессе восстановления руды алюминием.

6.      По кратким ионным уравнениям реакций напишите соответствующие молекулярные уравнения:

Fe³⁺ + 3OH^- = Fe(OH)₃↓                                Fe²⁺ + S^2- = FeS↓

Fe³⁺ + PO₄^3- = FePO₄↓                                   Fe²⁺ + CO₃^2- = FeCO₃↓

7.      Если 18 г смеси, состоящей из железа и меди, может взаимодействовать с 8,415 л Cl₂, то каков состав исходной смеси?

8.      Смесь меди и железа массой 20 гр обработали раствором соляной кислоты, при этом выделилось 4,48 л. водорода при н.у. Определите массовую долю элементов в составе смеси.

9.      Рассчитайте выход железа, если из 1 т магнетита (Fe₃O₄) при восстановлении его оксидом углерода (II) образуется 624 кг железа.

10.  Определите практический выход железа (в %) от теоретически  возможного, если известно, что при алюмотермии из оксида  железа (III) массой 320 г образуется железо массой 200 гр.

11.  Какую массу гидроксида железа (III), которую можно получить из 180 гр 10 % раствора сульфата железа (III).  

12.  Вычислите массу  хлорида железа (II), образующего в результате взаимодействия 145 гр 20% раствора соляной кислоты  с оксидом железа (II).

13.  Уравняйте методом электронного баланса и определите окислитель, восстановитель

Fe + H₂O + O₂ → Fe(OH)₃

Fe(OH)₂ + H₂O + O₂ → Fe(OH)₃

14.  Как исходя из железа, соляной кислоты и гидроксида натрия, получить оксид железа (II)?

15.   Железные гвоздики поместили в пробирки с растворами:  H₂SO₄ CuSO₄  CaCl₂  NaCl.

В каких пробирках произойдут  химические реакции? Составьте уравнения протекающих реакции.

16.  При взаимодействии 2,8 гр двухвалентного металла с кислотой образовалось 1,12 л. водорода (н.у). Определите название металла.

17.  При взаимодействии 11,2 гр двухвалентного металла с серной кислотой образовалось 0,4 гр водорода. Определите название металла.

18.  Сколько грамов H₂SO₄ необходимо для растворения 14,4 гр оксида железа , в котором содержится 77,8% железа.

19.  При сжигании 60 гр пирита (FeS₂) образуется Fe₂O₃ с выходом 90%. Вычислите массу полученного продукта и его количество вещества в молях.

V. 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 _____________

VI. Домашнее задание: § 6.5, задания в конце параграфа  № 5, 6, 7(б).