Урок по химии на тему "Железо и его соединения" (9 класс)

Открытый урок химии в 9 классе

Тема « Железо и его соединения»

Учитель МКОУ   Екатеринкинская ООШ Кадыйского  района  Костромской  области:  Виноградова  З.Н.

Цель:

1.     обеспечить усвоение  знаний  о железе и его важнейших соединениях: железа +2 и +3; 

2.     изучить качественные  реакции  на  ионы   железа +2 и +3, практически закрепить  полученные знания  путём  химического  эксперимента;

3.     выяснить биологическую  роль  железа, используя  основные  химические  понятия;

4.     закрепить и обобщить знания учащихся о железе и его соединениях при выполнении тестов, упражнений и решении задач.

Оборудование: сера, железо (порошок), соляная кислота, сульфат меди, хлорид железа (III), сульфат железа (II), гидроксид натрия, роданит калия, красная и желтая кровяная соль; пробирки

Ход урока

I.      Организационный момент.

       II. Проверка домашнего задания.

II.    Изучение нового материала.

III.   Закрепление (тест)

IV.   Итог урока

       IV. Домашнее задание

1. Историческая справка о  железе и  актуализация урока

Наш век называют по-разному: и атомным, и нейлоновым, и веком полупроводников  и  пластмасс. Тем не менее, существует традиция, по которой век называют именем материала, из которого делают самые нужные и сложные орудия труда. Если следовать этой традиции, то мы живем во времени  пластических  материалов, которому  предшествовал  век железа. Одна из версий связывает это слово с «жальжа», что означает «металл, руда». Другая версия усматривает в слове   железо   славянский корень «лез», тот же, что и в слове «лезвие».

Почему люди называют этот век железным?  Какими  свойствами обладает  это  вещество?

Поиски ответа на этот вопрос начнем со строения атома железа. А затем будем рассматривать его соединения.

Тема урока. Железо, его соединения и их значение.

Определим   задачи  урока:

• ознакомиться с соединениями железа и качественными реакциями на ионы железа Fе²⁺ и Fе³⁺
• научиться   определять  ионы  железа Fе²⁺ и Fе³⁺ путём проведения  опытов
•  развивать способности  эффективно использовать знаковые системы, наблюдения, сравнения;  делать выводы;  совершенствовать  навыки  выполнения  химического  эксперимента.

2.  Положение железа в П. С.Х.Э. Д. И. Менделеева и строение атома

Железо - элемент VIII группы побочной подгруппы, 4 периода П.С.Х.Э. Д.И.Менделеева

Запишите  схему  строения  атома  железа.  А  также  его  графическую  формулу. Строение атома Fe:   ₂₆  Fe +26  ))))  2 е, 8 е, 14 е, 2 е  (  все выполняют самостоятельно,  1  уч-ся  у доски)

↓↑

↓↑

↓↑

↓↑

↓↑

↓↑

↓↑

↓↑

↓↑

↓↑

↑

↑

↑

↑

↑↓

Вопрос:  какая  особенность  строения  атома  железа  отличает его  от  металлов,  расположенных  в  главных  подгруппах?

Ответ: У него на внешнем уровне 2е, и  14 е  на  предвнешнем  уровне,  т.е. оба  являются  незавершенными. Поэтому   в соединениях железо чаще всего проявляет степени окисления (+2)   при  отдаче 2-х электронов  с  внешнего  уровня и (+3),  если  используется еще и  электрон  предпоследнего  уровня.

Дополнительная  информация. С сильными окислителями железо образует соединения со степенью окисления (+3), со слабыми - (+2). Иногда образуется смесь соединений железа (+2) и (+3) например,  в  железной  окалине:  Fe ₃O₄  (FeO•Fe ₂O ₃) – магнитный железняк или магнит

3.  Нахождение в природе.  (Сообщение  учащегося о  распространенности железа и  его  соединений 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 Fe3O4 – содержит 72% железа, месторождения магнетита встречаются на Южном Урале, Курской магнитной аномалии;

– гематит Fe2O3 – содержит до 65% железа, такие месторождения - железа встречаются в Криворожском районе;

– лимонит Fe2O3•nH2O – содержит до 60% железа, месторождения лимонита встречаются в Крыму, например керченское месторождение;

– пирит FeS2 – содержит примерно 47% железа, месторождения пирита встречаются на Урале.

Редчайший каприз природы – самородное железо земного происхождения (его еще называют “теллурическим”, от латинского “теллурс” - земля). Такое железо получается в уникальных геологических условиях – там, где потоки расплавленной лавы, богатой оксидом железа, на пути своего извержения из земных глубин пересекали пласты каменного угля. Химически чистое железо в природе встречается в составе метеоритов. Метеоритное железо – всегда самородное. Правда, “небесный металл” всегда содержит примесь никеля, поэтому он почти не поддается ковке в обычных условиях. Его следует обрабатывать только в холодном виде, а не разогретом, как обычное железо. (Демонстрация  коллекции «Минералы и горные  породы -  образцы  железняков: бурого,  красного,  магнитного)

4.  Физические свойства железа  (самостоятельная  работа)

Железо - сравнительно мягкий, ковкий, серебристо-серый металл, образующий  сплавы:  чугун и  сталь. Температура плавления – 1535 ⁰С. Температура кипения около 2800 ⁰С. При температуре ниже 770 ⁰С железо обладает ферромагнитными свойствами (оно легко намагничивается, и из него можно изготовить магнит). Выше этой температуры ферромагнитные свойства железа исчезают, железо «размагничивается».

5.  Химические свойства железа 

1. Взаимодействие с неметаллами.

А)  Железо реагирует с неметаллами:   Fe + S = FeS

Б)  При нагревании до 200-250⁰С реагирует с хлором:  Fe+Cl ₂=FeCl₃ 

 (1  уч-ся  у доски  расставляет  коэффициенты  методом  электронного  баланса)

 2 Fe⁰ + 3Cl₂ ⁰  =   2 Fe ³⁺ Cl₃ ^{1 -}  

2. Взаимодействие с кислотами. Железо реагирует с растворами кислот.

А)  Fe + H ₂SO ₄ = FeSO₄ + H₂ ↑ 

Б)  Fe + 2HCl =  FeCl₂ + H₂ ↑.

 (2  уч-ся  у доски  расставляет  коэффициенты  методом  электронного  баланса)

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

ü  Задание для  самостоятельной  работы: Прочитайте текст учебника, составьте уравнения реакций:

Fe + H ₂О =

Fe + CuSO₄ =

Fe + O₂ =

3.  Эксперимент1. Получение гидроксида железа Fе(ОН)_{2 ↓}  и  изучение  его  свойств.

Ход эксперимента.

А)    В чистую пробирку прилейте 1-2 мл раствора соли FеSО₄, добавьте щелочь NaOH. Что наблюдаете?

Fе(ОН)_{2 ↓}  - зеленый осадок.   В сухом виде вещество представляет  собой  белый порошок.

FеSО₄ + 2NaOH = Na₂SО₄ +  Fе(ОН)₂↓       Запишите  уравнение  в  ионном  виде:

Fе ²⁺   +   SО₄^2-  +  2Na⁺ + 2OH^-  =  2Na⁺  +   SО₄^2-   +   Fе(ОН)₂ ↓

Fе²⁺  + 2OH^- = Fе(ОН)_{2 ↓}

Б)   Нагрейте  получившийся  осадок.  Что  наблюдаете?   Fе(ОН)₂   ^{нагревание}→  FеО  + Н ₂О

FеО – черное кристаллическое вещество.

4. Эксперимент 2. Получение гидроксида железа Fе(ОН)₃ ↓  и  изучение  его  свойств.

А)  В чистую пробирку прилейте 1-2 мл. раствора соли FеСl₃, добавьте щелочь NaOH. Что наблюдаете?

Fе(ОН)₃ - бурый осадок, обладающий слабо выраженными   амфотерными свойствами.

FеСl ₃ ↓ +  3NaOH   =   3NaСl +   Fе(ОН)_{3 ↓}               Запишите  уравнение  в  ионном  виде:

Fе ³⁺ + 3Сl^- + 3Na⁺  +  3OH^-   =  3Na⁺  + 3Сl^-  + Fе(ОН)₃↓

Fе ³⁺  + 3OH^- =  Fе(ОН)₃↓

Б)  2Fе(ОН)₃   ^{нагревание} →  Fе ₂О₃  +  3 Н₂О

5.Качественные реакции на Fe ²⁺; Fe ³    (демонстрация  опытов)

1)   Для  определения  ионов Fe ²⁺  используется   красная кровяная соль  -   K ₃ [Fe(CN)₆]

FeCl₂ +  K ₃ [Fe(CN)₆] →  КСl  +  KFe³⁺ [Fe ²⁺(CN)₆^-]↓  синий осадок

2)   Для  определения  ионов Fe ³⁺  используется   жёлтая кровяная соль  -   K ₄ [Fe(CN)₆]

FeCl₃   + K ₄ [Fe(CN)₆]   →  КСl  +  KFe³⁺ [Fe ²⁺(CN)₆^-]↓  синий осадок

Вывод:  в  обоих  случаях  выпадает  одинаковый  осадок  синего  цвета KFe³⁺ [Fe ²⁺(CN)₆^-]↓  

3)  Для  обнаружения  ионов Fe³⁺   также  используют  взаимодействие  солей  железа  (III)  с  роданитом  калия  KNCS.    

FeCl₃  +  KNCS- →    KCl  +  Fe (NCSCl)₂  -  раствор  интенсивно-красного  цвета.

6.  Практическое значение соединений железа.

Из солей железа наибольшее техническое значение имеют сульфаты и хлориды.

• FеSО₄  х 7 Н₂О – железный купорос (степень окисления Fe -  (+2)). Это  гидратное  соединение применяют для борьбы с вредителями растений, для приготовления минеральных красок, для обработки древесины.
• FеСl₃ – хлорид железа (III),  степень окисления Fe – (+3). Применяют для очистки воды, в качестве протравы при крашении тканей.

Fе₂(SО₄)₃ х 9 Н₂О – сульфат железа (III), степень окисления Fe  - (+3). Применяют при очистке воды, в качестве растворителя в гидрометаллургии.

7.  Применение  железа  и  его  соединений.

Железо – это металл, использование которого в промышленности и быту не имеет пределов. Широко распространена сталь в современной технике. Оксиды и соли железа применяют в производстве красок, магнитных материалов, катализаторов, лекарственных препаратов, удобрений. Железо – основа всех черных сплавов

Где используются сплавы железа?

Чугун и сталь- сплавы на основе железа, материальная основа  технических изделий. Булат – старинная узорчатая твердая сталь для клинков.

8.  Биологическая роль железа  (сообщение  учащегося)

Интересно, что железо используется не только для строительства, не только в производстве, но и входит в состав живых  организмов. Роль химического элемента железа в жизнедеятельности живых организмов очень велика. Оно входит в состав гемоглобина крови, который осуществляет перенос кислорода от органов дыхания к другим органам и тканям. Соединения железа издавна применяют для лечения малокровия, при истощении, упадке сил. Так, тонкий серый порошок восстановленного железа – «Феррум редуктум» – назначается при малокровии довольно большими дозами – по одному грамму 3 раза в день. Это свидетельствует о важной роли железа в жизни человека и высших животных. Организм  взрослого человека содержит в среднем 3,5 грамма железа. Это очень немного по сравнению с содержанием, скажем, кальция или калия. Однако в крови концентрация того же кальция в пять раз меньше, чем железа. Почти все железо нашего организма сосредоточено в красных клетках крови – эритроцитах.

Гемоглобин, который переносит кислород из легких во все органы и ткани, это сложное металлорганическое соединение, в состав которого обязательно входят атомы железа                   со  степенью окисления (+ 2). Молекула гемоглобина состоит из двух частей – чисто белковой (глобина) и элементоорганического комплекса (гемма), в центре которого и находится атом железа. Именно железо придает гемоглобину важнейшее его свойство – способность связывать кислород и отдавать его там, где это нужно организму. Характерно, что масса железа в гемоглобине сравнительно мала: килограмм эритроцитов содержит лишь  один   грамм железа, но это не умаляет его роли.

В человеческом организме железо есть не только в крови. Его содержат мышцы, костный мозг, селезенка, печень. В организм железо попадает с пищей. Много железа в зеленых овощах – салате, шпинате, капусте.  Черешня жёлтая содержит наполовину меньше железа, чем черная. Светло-зеленый капустный лист в 6 раз беднее железом, чем зеленый. В говядине железа больше, чем в телятине. Причем, самый богатый железом пищевой продукт это не яблоки, а курага: в ее составе железа в 5 раз больше. В организме железо претерпевает ряд химических превращений. Главное из них – переход из трехвалентного состояния в двухвалентное  -  Fe ³⁺    в  Fe ²⁺  .

ПРИМЕЧАНИЕ. Сообщение  учащегося можно  заменить заданием: использовать презентацию 

III.  Закрепление (тест)

IV.  Итог урока

V. Домашнее задание