Урок химии по теме "Железо и его соединения"

Тема урока: «Железо и его соединения»

Цель урока: продолжить формирование представлений о железе как химическом элементе и простом веществе, нахождении его в природе; физических и химических свойствах, получении в промышленности. Изучить процесс коррозии железа. Формировать умение объяснять сущность химической и электрохимической коррозии. Сформировать представления о методах защиты металлов от коррозии. Сформировать представление о значении металлов В-групп и их соединений

Задачи:

·                    Образовательные: охарактеризовать железо по его положению в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева; познакомить с физическими и химическими свойствами железа как простого вещества, рассмотреть свойства соединений железа.

·                    Развивающие: продолжить формирование умений устанавливать взаимосвязь между составом, строением и свойствами веществ.

·                    Воспитательные: способствовать формированию интернациональных чувств, представив учащимся сведения об истории использования железа раз­ными народами мира.

Тип урока: комбинированный.

Формы работы обучающихся: фронтальная, групповая, индивидуальная.

Необходимое техническое оборудование: ПК, презентация, лабораторное оборудование (Д.25 и 26), учебное пособие  Химия-11.

План урока:

I.                   Организационный момент

II.                Мотивация и целеполагание

III.             Актуализация опорных знаний и умений

IV.             Изучение нового материала

V.                Закрепление знаний

VI.            Домашнее задание

VII.         Подведение итогов урока

Ход урока

1.             Организационный момент (проверка отсутствующих, проверка готовности к уроку, организация внимания лицеистов)

2.     Мотивация и целеполагание

Здравствуйте ребята, садитесь, приготовьтесь к уроку. Сегодня очень насыщенный урок, нужно много успеть сделать, поэтому слушаем меня внимательно и стараемся всё выполнить, что намечено.

Сегодня на уроке мы познакомимся с металлом, который занимает 4-е место по распространённости в земной коре (после кислорода, кремния и алюминия). Считается, что в глубинах нашей планеты находится расплавленное «ядро» Земли, состоящее из сплава этого металла с никелем. Серый, мягкий, ковкий металл, медленно окисляется во влажном воздухе, не реагирует с водой, гидратом аммиака, пассивируется в концентрированных серной и азотной кислотах, разбавленных щелочах. «Земное» оно – практически всегда связанное в виде соединений, минералов магнетита Fe₃O₄ (магнитного железняка), гематита Fe₂O₃ (красного железняка), лимонита Fe₂O₃∙ nH₂O (бурого железняка), пирита FeS₂ (железного или серного колчедана) и других. О каком элементе идёт речь?

Fe – железо (от лат. «феррус» – твердый, крепкий) известно с древнейших времен.

Цель урока: охарактеризовать железо по его положению в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева; познакомить с физическими и химическими свойствами железа как простого вещества, рассмотреть свойства соединений железа.

Чрезвычайно важное место занимает этот металл в жизни человека. Поэтому задача сегодняшнего урока – составить полное представление об элементе и о простом веществе – железе, изучить физические и химические свойства железа и его соединений, рассмотреть применение и получение этого металла, а также биологическую роль, рассмотреть свойства соединений железа. Записываем тему урока в тетради.

3.             Актуализация опорных знаний и умений

Герою знаменитого романа Даниэля Дефо повезло. Корабль, с которого он спасся, сидел на мели совсем недалеко от острова. Робинзон сумел погрузить на плот все необходимое и благополучно переправился на остров. Ему повезло еще раз – цитируем роман: «После долгих поисков я нашел ящик нашего плотника, и это была для меня поистине драгоценная находка, которой я не отдал бы тогда за целый корабль с золотом…»

Что же было в плотницком ящике? Да обыкновенные железные инструменты: топор, пила, молоток, гвозди.

Через два столетия на другой необитаемой остров попали герои другого известного романа – пятеро американцев. Они сумели не только выжить на острове, но и создать себе более или менее нормальные условия жизни, что никогда не удалось бы, если бы всеведущий инженер Сайрес Смит (заметим, что по-английски «Смит» означает «кузнец») не сумел найти на таинственном острове железную руду и изготовить железные инструменты. Иначе опять пришлось бы Жюлю Верну выручать своих героев с помощью знаменитого капитана Немо… Как видим, без железа не может обойтись даже приключенческая литература.

Напомните мне алгоритм изучения химического элемента, а значит – план работы на уроке:

- Положение железа в периодической системе химических элементов и строение его атома

- Нахождение железа в природе

- Основные руды

- Физические свойства железа

- Химические свойства железа

- Свойства соединений железа

- Получение и применение железа

4.                  Изучение нового материала

Положение железа в периодической системе химических элементов и строение его атома

Железо - это d- элемент VIII группы; порядковый номер – 26; атомная масса Ar(Fe) = 56; состав атома: 26-протонов; 30 – нейтронов; 26 – электронов.

 Схема строения атома:

 

Электронная формула: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²

Металл средней активности, восстановитель:

Fe⁰-2e-→Fe⁺², окисляется восстановитель

Fe⁰-3e-→Fe⁺³, окисляется восстановитель

Основные степени окисления: +2, +3

Нахождение железа в природе

Железо – один из самых распространенных элементов в природе. В земной коре его массовая доля составляет 5,1%, по этому показателю оно уступает только кислороду, кремнию и алюминию.

Железо входит в состав большинства горных пород. Для получения железа используют железные руды с содержанием железа 30-70% и более.

Основными железными рудами являются:

Магнетит (магнитный железняк) – Fe₃O₄ содержит 72% железа, месторождения встречаются на Южном Урале, Курской магнитной аномалии.

Гематит (железный блеск, кровавик) – Fe₂O₃ содержит до 65% железа, такие месторождения встречаются в Криворожском районе.

Лимонит (бурый железняк) – Fe₂O₃*nH₂O содержит до 60% железа, месторождения встречаются в Крыму.

Пирит (серный колчедан, железный колчедан, кошачье золото) – FeS₂ содержит примерно 47% железа, месторождения встречаются на Урале.

В Республике Беларусь открыто два месторождения железных руд — Новосёлковское (Кореличский район Гродненской области) и Околовское (Столбцовский район Минской области). Они рассматриваются в качестве возможной сырьевой базы для металлургической промышленности нашей страны. Главный рудный минерал этих месторождений — магнетит.

Железо входит в состав различных живых организмов. Массовая доля железа в животных организмах составляет около одной сотой процента. В организме человека содержится около 5 г железа, главным образом в составе гемоглобина, фермента каталазы. Соединения железа применяют при лечении малокровия, истощении, упадке сил. Суточная потребность человека в железе составляет около пятнадцать тысячных грамма. Железо содержится в шпинате, салате, капусте, чёрной смородине, мясе, сливовом соке, кураге, изюме, семечках тыквы и подсолнуха, чёрном хлебе и других продуктах.

Физические свойства железа

Задача. Сколько атомов железа содержится в выданном вам образце железа массой 5,6 г? (учащийся решает у доски)

Железо – это серебристо-белый металл с температурой плавления 1539^оС. Очень пластичный, поэтому легко обрабатывается, куется, прокатывается, штампуется.

При красном калении (выше 600 °С) железо размягчается и хорошо поддаётся сварке, ковке и прокатке. Отличительной особенностью железа являются его ярко выраженные магнитные свойства — ферромагнетизм.

Различают химически чистое и технически чистое железо. Технически чистое железо,  содержит 0,02 -0,04% углерода, а кислорода, серы, азота и фосфора – еще меньше. Химически чистое железо содержит менее 0,01% примесей. Химически чистое железо – серебристо-серый, блестящий, по внешнему виду очень похожий на платину металл.

Получение железа

Восстановлением из оксидов углём или оксидом углерода (II), а также водородом: FeO + C = Fe + CO;              Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂;

Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂O

Химические свойства железа

1.     На воздухе железо легко окисляется в присутствии влаги (ржавление):

4Fe + 3O₂ + 6H₂O = 4Fe(OH)₃

2.       При высокой температуре (700–900°C) железо реагирует с парами воды:  3Fe + 4H₂O  ^t˚C→  Fe₃O₄ + 4H₂

3.      Железо реагирует с неметаллами при нагревании:

2Fe + 3Br₂  ^t˚C→  2FeBr₃              Fe + S  _t˚C→  FeS

4.      Железо легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах при обычных условиях:

             Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂                                          Fe + H₂SO₄(разб.) = FeSO₄ + H₂

5.     В концентрированных кислотах – окислителях железо растворяется только при нагревании:

2Fe + 6H₂SO₄(конц.)  ^t˚C→  Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

Fe + 6HNO₃(конц.)  ^t˚C→  Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

6.     Железо вытесняет металлы, стоящие правее его в ряду напряжений из растворов их солей: Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

7.     Качественные реакции на Fe²⁺ и Fe³⁺

Качественная реакция на ион железа (II) – реакция с красной кровяной солью: 2 К3[Fe(CN)6 ] +3 FeSO4 = KFe[Fe(CN)6])↓ + 3K2SO4

турнбуллева синь - KFe[Fe(CN)6])

Качественная реакция на ион железа (II) – реакция со щелочью:

FeSO4 +2 NaOH = Fe(OH)2 ↓ + Na2SO4

Качественная реакция на ион железа (III) – реакция со щелочью:

FeCl3 + 3 NaOH = Fe(OH)3 ↓+ 3 NaCl

Оксид и гидроксид железа в степени окисления +2 обладают основными свойствами — они взаимодействуют с кислотами:

FeO + 2НСl = FeCl₂ + H₂O,

Fe(OH)₂ + 2НСl = FeCl₂ + 2H₂O.

С другой стороны, соединения железа (II) участвуют в окислительно- восстановительных реакциях, проявляя, как правило, восстановительные свойства. Без окисления соединения Fe(II) могут сохраняться только в инертной среде. На воздухе под действием кислорода или в водном растворе под действием окислителей, например О₂, H₂О₂, железо в гидроксиде железа (II) окисляется до степени окисления +3. При этом окраска суспензии гидроксида железа (II) меняется от белой с серо-зелёным оттенком до бурой.

Оксид железа (II, III) Fe₃O₄ — магнетит — кристаллическое вещество, в котором железо находится в двух степенях окисления +2 и +3, обладает магнитными свойствами. При его взаимодействии с кислотами образуется две соли:

Fe₃O₄ + НСl = FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4Н₂О.

Оксид и гидроксид железа (III). Оксид и гидроксид железа в степени окисления +3 нерастворимы в воде и обладают слабо выраженными амфотерными свойствами. Они легко взаимодействуют с кислотами и кислотными оксидами, проявляя основные свойства:

2Fe(OH)₃ + 3H₂SО₄ = Fe₂(SО₄)₃ + 6Н₂О,

а со щелочами и основными оксидами реагируют лишь при спекании, образуя ферриты:

Fe(OH)₃ + NaOH = t  NaFeО₂ + 2Н₂О;

Fe₂О₃ + СaО = t  Ca(FeО₂)₂.

Гидроксид железа(III) получают из растворов солей осаждением раствором щёлочи:

FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓ + 3NаCl.

Применение железа

Важнейшими сплавами железа являются сталь и чугун. Сталь содержит от 0,3 до 2% углерода, чугун — более 2 % углерода.

Железную руду восстанавливают коксом в доменных печах и получают чугун. При выплавке часть кокса сгорает, превращаясь в угарный газ, который с углеродом восстанавливает железо. Для получения стали лишний углерод выжигают, пропуская над расплавленным чугуном воздух, обогащенный кислородом, в результате чего содержащийся в чугуне углерод в виде графита или цементита окисляется кислородом до угарного газа.

Заполните в тетради таблицу:

Применение	На каких свойствах основано применение

5.Закрепление знаний

1. Составьте уравнения реакций получения железа из его оксидов Fe₂O₃ и Fe₃O₄, используя в качестве восстановителя: а) водород; б) алюминий; в) оксид углерода (II). Для каждой реакции составьте электронный баланс.

2. Не так давно в Моравском музее г. Брно появился новый экспонат – небольшой топор, найденный археологами при раскопках древнего поселения Мстенице, относящегося к раннему средневековью. Масса топора – 6 кг. Оказалось, что в отличие от других железных изделий, найденных при раскопках, топор изготовлен из природно-легированного железа, содержащего 2,8% никеля и 0,6% кобальта. Такой состав свидетельствует о небесном происхождении материала, которым воспользовался средневековый мастер из Мстенице. Сколько килограммов железа в этом топоре?

Р е ш е н и е:

l) m(Ni) = 0,028•6 = 0,168 кг;

2) m(Со) = 0,006•6 = 0,036 кг;

3) m(Fe) = 6 – (0,168 + 0,036) = 6 – 0,204 = 5,796 (кг).

Ответ. Железа в топоре 5,796 кг.

3. Железную пластинку массой 10 г выдержали в растворе медного купороса, содержащего cульфат меди(II) массой 2,4 г. Определите массу пластинки по окончании реакции.

4. Из каждой тонны железной руды, в которой массовая доля Fe₃O₄ равна 82 %, получен чугун массой 575 кг с массовой долей железа 95,5 %. Определите выход железа.

5. задание 6, стр.274 учебного пособия

6. задание 7, стр.274

7. задание 8, стр.274

8. задание 3, стр.277

9. задание 4, стр.277

6.Домашнее задание

§ 49, 50 чит; стр. 277 №5-8 , подг.к практической работе №4 (стр.278) и к.р.4

7.Подведение итогов урока

Примерно 90 % всех используемых человечеством металлов – это сплавы на основе железа. Железо выплавляется в мире очень много, примерно в 50 раз больше, чем алюминия, не говоря уже о других металлах. Железу еще долго быть фундаментом нашей цивилизации.