Урок по химии по теме: Железо, строение атома, свойства, применение .

Урок по химии по теме: Железо, строение атома, свойства, применение .

Задачи урока:

Образовательные задачи: Рассмотреть особенности строения атома железа на основе положения элемента в ПСХЭ. Способствовать усвоению знаний о свойствах железа как простого вещества. Познакомить учащихся с соединениями железа, качественные реакции  на ионы железа (II, III) и нахождением их в природе. Рассмотреть способы получения железа и применение железа.

Развивающие задачи: Способствовать умению писать электронную конфигурацию атома формировать интерес учащихся, расширять  кругозор, практические навыки, умение сравнивать, анализировать, умение находить ответы на поставленные вопросы.

Воспитательные задачи: Формировать умение осуществлять само и взаимоконтроль, формировать культуру речи, умение поддерживать сознательную дисциплину.

Оборудование и реактивы: коллекция минералов, ПСХЭ, стаканы,  растворы FeCl_3, FeCl_2, NaOH_, К SCN, Na SCN .

 NH₄ SCN (роданид аммония).

  Литература: Занимательная химия, Л. Ю. Аликберова, М.АСТ-ПРЕСС,1999,учебник химии 9 класс автор О.С.Габриелян Дрофа, М.2008, журнал «Химия в школе №2,3 2002.

План урока:

1. История открытия железа
2. Положение железа в ПСХЭ, строение атома
3. Физические свойства железа.
4. Химические свойства железа.
5. Применение железа и его соединений

1.Беседа  с учащимися по вопросам:

1)Какие свойства элементов называются  металлическими, почему?

2)Каковы общие физические свойства металлов и с чем это связано?

3)Какие металлы находятся в природе в свободном виде и почему?

4)Где располагаются металлы в ПСХЭ?

История открытия железа.

Fe (лат. ferrum, от греко-лат  fars.-быть твердым).Железо известно с древнейших времен. В древнем Египте Fe называли “ бе- нипет”  что означало в буквальном смысле небесный металл или упавший с неба-метеоритным. Ежегодно на землю падает больше тысячи метеоритов, часть их- железные, состоящие в основном из никелистого железа. Считается также, что в глубинах нашей планеты находится, расплавленное ядро Земли, состоящее из сплава железа с никелем. Самый большой из обнаруженных метеоритов весит приблизительно 60 т, он найден в 1920 г в юго-западной части Африки. Fe обнаружено также на Луне, причем в лунном грунте оно присутствует в самородном, не окисленном состоянии. Метеоритное железо всегда самородное. С ним видимо и познакомились древние наши предки, когда на смену бронзовому веку пришел век железный. Правда небесный металл содержащий никель не поддается ковке в обычных условиях, его следует обрабатывать как ни странно в холодном виде, а не в разогретом. Согласно легенде, оружейники, которые не знали этого секрета и не умели отковать из небесного камня меч для бухарского эмира, были безжалостно казнены. Поэтому Fe так неразрывно связано с жизнью человечества. При участии железа проливалось столько крови, терялось столько жизней, происходило столько несчастий.

Век девятнадцатый, железный,

Воистину жестокий век!

Тобою в мрак ночной, беззвездный,

Беспечный брошен человек!

Однако железо не только омрачало жизнь людей  но и приносило также радость людям. Ведь в гробницах фараонов находили не только лезвия, кинжалы, но и бусы, амулеты из железа. Амулет Тутанхамона-это скромная находка, одна из ценных с точки зрения истории культуры ценность.  Также до сих пор радует глаз знаменитая  Кутубская  колонна высотой около 7 метров и массой 6,5т ( близ г. Дели в Индии). Надпись на колонне говорит о том, что она была поставлена в 9 в.до н. э и оказалась  что была изготовлена из чистого металла железа. Массовая доля железа в колонне 99,7%.Одной из объяснения ее долговечности и коррозионной устойчивости считается чистота металла, а другим объяснением - благоприятные климатические условия.

Строение атома железа.

Fe р=е=26 Аr (55,84).  На валентном слое у атома железа, помимо двух электронов четвертого 4s² подуровня  имеются шесть электронов3d подуровня. Из этих 3d ⁶ электронов  активны 4 неспаренных электрона. В образовании валентных связей участвуют3d ⁶ 4s² электрона. Электронную конфигурацию атома железа-

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d ⁶ 4s² .Характерные степени окисления железа:+2,+3.

Задание  для учащихся:

Определите степени окисления элементов в соединениях:

Fe₃ (PO ₄)_{2 ,} K₂ Fe O_4, Fe(OH)SO₄ , FePO _4, Fe₃O _4, Fe(O H) _2, Fe(O H) _3.

                    Феррит

Качественные реакции на ионы Fe²⁺, Fe ³⁺.

Лабораторные опыты:

В пробирке№1 находится раствор хлорида железа(II) ,в пробирке№2 находится раствор хлорида железа(III).В обе пробирки добавьте раствор роданида калия. Какие изменения происходят в растворах? Сделайте  соответствующий вывод об обнаружении  ионов железа: Fe ³⁺ и Fe²⁺ роданидом калия. Напишите качественную реакцию   в молекулярно-ионном видах.

Ответ:

FeCl₃ +3 К SCN      Fe (SCN)₃ +3KCI      Fe³⁺ +3 SCN ^-     Fe (SCN)₃ ↓

            Роданид калия    темно-красный

FeCl ₂ + К SCN   бесцветный раствор.

В пробирке№3 находится раствор хлорида железа(II) ,в пробирке№4 находится раствор хлорида железа(III).В обе пробирки добавьте раствор гидроксида натрия. Какие изменения происходят в растворах? Сделайте  соответствующий вывод об обнаружении  ионов железа: Fe ³⁺ и Fe²⁺ щелочью. Напишите качественные  реакции  в молекулярно-ионном видах.

Ответ:

FeCl₃ + 3 NaOH = Fe(OH)₃ ↓+ 3 NaCl       Fe³⁺ + 3 OH^- = Fe(OH)₃ ↓
FeCl ₂ +2 NaOH = Fe(OH)₂ ↓ +  2NaCl     Fe²⁺ + 2 OH^- = Fe(OH)₂ ↓
Реакция со щелочью – один из способов обнаружения ионов железа. Гидроксид железа (II) Fe(OH)₂ - осадок серо-зеленого цвета, гидроксид железа (III) Fe(OH)₃ - осадок бурый.

Демонстрационный опыт:

Для обнаружения  Fe ³⁺ в составе ржавчины на образце ткани, необходимо нанести несколько капель подкисленного раствора тиоцианата   натрия  (NaSCN ) .Появившийся розовый  цвет можно удалить водой.

Fe(O H) _3. +3НCI  +3Na SCN  Fe (SCN)₃+3 NaCI+ 3 H₂ O

Физические свойства железа.

Блестящий серебристо- белый металл, плотность 7,87г/cм³ (тяжелый),

tпл.=1539⁰ С(тугоплавкий),с хорошей пластичностью, легко намагничивается и размагничивается.

Нахождение в природе.

Железо состоит из 4 стабильных изотопов с массовыми числами 54,56,(основной),57,58.Радиоактивные изотопы-55,59.

Название минерала	Формула	Содержание железа в %
Ильменит (триоксид титана, железа)	(Fe, Ti)O3	36,8
Бурый железняк (лимонит)	Fe2O 3*n H2O,если2 Fe2O.* 3H2O	55-30
Гематит (красный железняк)	Fe2O3	65
Магнетит (магнитный железняк)	Fe3O 4	72
Шпатовые железняки (сидеритовые)	FeСO3	48,3
Пирит(железный колчедан)	Fe S2	47

В организме человека содержится около 3граммов  чистого железа,75% которого входит в состав гемоглобина. Основная роль железа гемоглобина - перенос кислорода из легких к тканям, а в обратном направлении-СО₂. Железо необходимо и растениям. Оно входит в состав цитоплазмы, участвует в процессе фотосинтеза. Без железа у растений листья белеют. Так от одной и той же причины- наличия железа в соках и тканях -весело зеленеют листья и ярко румянятся щеки человека.(Рассказ о влюбленном человеке –пытавшемся изготовить  кольцо для своей возлюбленной из собственной крови и умершем от малокровия).

Задания  для учащихся:

1. Какое соединение богаче железом ильменит (триоксид титана, железа) или сидерит?

(Ответ : Mr (FeСO₃ )< Mr((Fe, Ti)O₃ )

2. В подвале дома обнаружен ящик с гвоздями, многие из которых от неправильного хранения заржавели. Что представляет собой ржавчина с химической точки зрения?

(Ответ: ржавчина- это сложная смесь оксидов, гидроксидов железа со степенью окисления +3).

2)Как  можно убрать пятно ржавчины с ткани?

(Ответ: убрать с ткани ржавчину можно раствором лимонной кислоты или  щавелевой кислоты)

Способы получения Fe (работа по таблице).

1.Восстановление более активными металлами (металлотермия)	Fe2O 3 + 2AI2 Fe+ 2AI2О3
2.Обжиг сульфидов	Fe S2  Fe2O 3 Fe 4 Fe S2 +11О22 Fe2O 3+8SO2
3.Восстановление Н2	Fe2O 3 +3H 22 Fe+3H 2O
4. .Восстановление оксидом углерода (II)	Fe2O 3 +3CO2 Fe+3CO 2
5. .Восстановление углем	Fe2O 3 +3C2 Fe+3CO 2

В1905г у острова Русский на Дальнем Востоке обнаружен самородный чугун с содержанием в железе 3,2% С.Это железо образовалось в универсальных условиях, там, где расплавленные потоки лавы, богатые оксидом железа Fe O и низким содержанием SiO₂ на пути извержения из земных глубин пересекали пласты каменного угля 

Fe O +C Fe+CO ₂

Производство железа началось в конце 1 тысячелетия до н.э. Сначала люди научились получать «железо кричное» представляющее собой губчатую массу, образующуюся при нагревании железной руды гематита или сидерита с углем при t =700⁰ С.А еще ранее в 600-400г.до н. э. африканцы изобрели плавку железа.

На Нижней Каме на городище Чегадо ( на правом берегу Камы, напротив впадения в нее р. Белой) открыты древнейшие на Урале домницы (предки современных домен) для варки железа. Каждая из них давала за одну плавку крицу весом 2-3кг. Железо здесь варили чегандинцы- одно из ответвлений ананьинцев. Ананьинцы (в 8-9 в.до н. э.) положили начало железному веку в нижнем  Прикамье.

Применение железа.

Работа с учебником ( стр.76-77).

Закрепление.

1.Дописать уравнения по схеме, проставить степени окисления над каждым элементом:

Fe₂O ₃ + Mg Fe+ ?

FeO + ? Fe+ CO ₂

? +3H ₂2 Fe+3H ₂O

2.Какие природные соединения железа вам известны?

Домашнее задание : прочитать§14 стр82 №1,3,7 письменно.