Железо

Железо
Цели урока:
1. Сформировать общее представление об элементе железо. Рассмотреть
положение железа в ПСХЭ и строение его атома.
2. Изучить основные физические и химические свойства железа.
3. Познакомиться с основными минералами, содержащими железо.
4. Развивать навыки работы с реактивами, развивать понятийное
мышление таких операций, как анализ, сравнение, обобщение,
реализация принципа экологизации
Тип урока: изучение нового материала.
Реактивы и оборудование:






железо (порошок, кнопки), сера, сульфат меди(II),
физическая карта России,
магнит,
минералы, содержащие железо (магнетит, лимонит, гематит, сидерит,
пирит)
пробирки, спиртовка, спички, ложка для сжигания горючих веществ,
растворы KNCS, FeCl3, K3(Fe(CN)6), K4(Fe(CN)6), CuSO4, HCl, Fe, FeCl2
Ход урока
Учитель. Нам известно, что в истории человеческого общества выделяют
три эпохи: век каменный, медный и железный. Появление железа в
человеческой цивилизации положило начало железному веку. В настоящее
время железо – это основа современной техники, машиностроения, средств
связи, космических кораблей и вообще всей современной промышленности и
цивилизации. Большинство изделий, начиная от швейной иголки и кончая
космическими аппаратами, не может быть изготовлено без применения
железа. Чугун и сталь – сплавы, основу которых составляет железо.
Откуда же древние люди брали железо в то время, когда еще не умели
добывать его из руды? Для этого давайте обратимся к исторической справке.
1. Из истории железа. Сообщение подготовила:
Ученик: Вначале люди узнали метеоритное железо. В переводе с многих
языков древнего мира оно означало “небесный металл”. Метеоритное железо
всегда самородное. Оно сверхчистое и не поддается ковке в разогретом виде
из-за небольшого количества примесей никеля, его можно ковать холодным.
Чистое железо не ржавеет, примером этого служит колонна в Индии, которая
стоит 1,5 тыс. лет, несмотря на влажный и жаркий климат. Самым крупным
железным метеоритом является метеорит, найденный в 1920 году на юго1
западе Африки весом 60т. Ученые предполагают, что страны Малой Азии
были местом возникновения черной металлургии уже в I тыс. до н. э., так как
в гробницах фараонов были найдены железные предметы. Самородное
железо обнаружено на Марсе и на Луне. Алхимики обозначали железо
символом планеты Марс кружком со стрелкой. Из Малой Азии железо
пришло в Европу. Знаменитую булатную сталь делали на Востоке (IV в. до н.
э.). Почему же век железный наступил после медного? Наверное, железные
руды не так заметны как медные. Второй причиной была высокая
температура, необходимая для восстановления железа из руд. Век железный
пришел на смену медному во втором тысячелетии до нашей эры и длится по
сегодняшний день.
Учитель: А теперь, используя знания географии, давайте вспомним
минералы железа, их состав и местонахождение (Учащиеся называют). В
ходе беседы заполняйте таблицу и знакомьтесь с коллекциями.
Учитель. (Используется физическая карта России). Железо – второй по
распространённости в земной коре металл, после алюминия. В природе
железо встречается, в виде оксидов, сульфидов и карбонатов.
(Демонстрируется коллекция). Таблица 1
Название
минералов
Химическая
формула
Содержание
Fe(%)
Важнейшие месторождения
Магнетит
(магнитный
железняк)
Fe3O4
до 72
Южный
Урал
(Магнитогорск,
Курская
магнитная аномалия)
Гематит
(красный
железняк)
Fe2O3
до 65
Криворожский
(Украина)
Лимонит
(бурый
железняк)
2Fe2O3. 3H2O
до 60
Крым
(Керченские
месторождения)
Сидерит
(железный
шпат)
FeCO3
до 10
Г. Братск
Пирит
(железный
колчедан)
FeS2
до 47
Урал
район
Знайте, что до революции железоплавильный завод был недалеко от нас,
примерно в 50 км. В Кировской области – г. Шурма.
2
Пока вы заполняете,
одноклассники познакомят вас с основными
минералами. (Пожалуйста, с места)
Гематит, или красный железняк – основная руда главного металла
современности – железа. Содержание железа достигает в нем 70%. Гематит
известен с давних пор. В Вавилоне и Древнем Египте он использовался в
украшениях, для изготовления печатей, наряду с халцедоном служил
излюбленным материалом в качестве резного камня. У Александра
Македонского был перстень с вставкой из гематита, который, как он полагал,
делал его неуязвимым в бою. В древности и в Средние века гематит слыл
лекарством, останавливающим кровь.
Магнетит, или магнитный железняк – минерал, содержащий 72% железа.
Это самая богатая железная руда. Замечательное в этом минерале его
природный магнетизм – свойство, благодаря которому он был открыт. Как
сообщал римский ученый Плиний, магнетит назван в честь греческого
пастуха Магнеса. Магнес пас стадо возле холма над р. Хинду в Фессалии.
Неожиданно посох с железным наконечником и подбитые гвоздями сандалии
притянула к себе гора, сложенная сплошным серым камнем. Минерал
магнетит дал в свою очередь название магниту.
Вывод: Все рассмотренные минералы используются в чёрной металлургии.
Переходим к следующему пункту урока: Физические свойства.
Учитель. Рассмотрим, каковы физические свойства железа?
Работа с учебником с 63.
Ученик. Железо – серебристо-серый металл, температура плавления -15390С,
плотность – 7,9 г/см3 пластичный, поэтому легко обрабатывается, куется,
прокатывается,
штампуется.
Железо
обладает
способностью
намагничиваться и размагничиваться, поэтому применяется в качестве
сердечников электромагнитов в различных электрических машинах и
аппаратах. Ему можно придать большую прочность и твердость методами
термического и механического воздействия, например, с помощью закалки и
прокатки.
Учитель. Различают химически чистое и технически чистое железо.
Технически чистое железо, по сути, представляет собой низкоуглеродистую
сталь, оно 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. Химически чистое железо
устойчиво к коррозии.
Учитель. Вспомните, что называется коррозией? Каковы ее последствия?
3
Ученик. Коррозия – это разрушение металла под действием окружающей
среды. Во влажном воздухе и воде железо разрушается – коррозирует,
образуя ржавчину. Коррозия – это окислительно-восстановительный процесс,
при котором металл окисляется. Наиболее интенсивно он идет при
одновременном присутствии воды и кислорода. В сухом воздухе или в воде,
не содержащей кислорода, железо не ржавеет. Образование ржавчины можно
представить в следующем виде:
4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe (OH)3, (Демонстрация коррозионного гвоздя).
В настоящее время с коррозией борются нанесением защитных покрытий,
легированием, применением ингибиторов.
Учитель. Следующий пункт нашего урока. Положение железа в ПСХЭ,
строение атома.
Положение железа в таблице Менделеева кто расскажет?
Ученик. Железо- элемент VIII группы побочной подгруппы, порядковый №
26, 3 период, 3 ряд. Электронная формула атома железа следующая 26Fe
1s22s22p63s23p63d64s2.
Вывод: желез, как и все элементы побочной
подгруппы d – элемент.
Учитель. В атоме железа в возбужденном состоянии происходит
распаривание s-электронов и один из них переходит на 4-р орбиталь, т. о.
образуются 2 неспаренных электрона. Их число соответствует степени
окисления Fe = +2, но часто электрон с предпоследнего уровня переходит на
свободную р-орбиталь, образуя Fe со степенью окисления +3. Наиболее
устойчивой формой являются соединения со степенью окисления +3. Но
известны соединения железа со степенью окисления +6. Например, феррат
калия К2FeO4. Но этот вопрос не рассматривается в курсе средней школы.
3. Химические свойства железа.
Так как вы сами будете проводить опыты, вспомним основные правила
Техники Безопасности. Отвечаем
Не пробовать вещества на вкус
Опыты проводить только в чистой посуде
С небольшим количеством реактивов (1-2 мл)
По указанию учителя
Выяснение запаха – легким движением руки от пробирки к носу
При нагревании держим пробирку так, чтобы открытый конец был
направлен в сторону.
7. При попадании кислоты или щёлочи промываем большим количеством
воды.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
4
8. Склянки закрываем теми же пробирками, какими они были закрыты.
9. После работы рабочее место приводим в порядок.
Учитель. Вспомним химические свойства металлов.
+ Неметаллы (O2, S, Cl2, N2 …)
+ Вода
Fe
+ Кислоты
+ Соли
Рассмотрим химические свойства на конкретных примерах.
Помните, что в конце вы должны сформулировать вывод, об активности
металла и в каких случаях он будет образовывать соединения со степенью
окисления +2, +3!
Учитель: Взаимодействие с неметаллами.
С кислородом на сухом воздухе образуется защитная оксидная плёнка,
препятствующая ржавлению, во влажном воздухе железо корродирует.
Рассмотрим горение железа в кислороде. Раскалённое железо сгорает,
разбрасывая красивые огненные звёздочки наподобие бенгальского огня. При
этом образуется смешанный оксид.
1. 3Fe + 2О2 = Fe3O4 (FeO * Fe2O3) железная окалина, феррит железа
(презентация)
С галогенами образуются галогениды.
2. 2Fe +3Cl2 = 2FeCl3 (презентация) – заметьте что Cl – сильный
окислитель образуется продукт со степенью окисления +3.
3. Fe + S= FeS (при нагревании) (учащиеся проводят сами)
Учитель. С водой при комнатной температуре железо не реагирует. Однако
реакция бурно протекает при действии перегретого пара на раскалённое
свыше 600 оС железо.
3 Fe + 4H2O (пары) = Fe3O4 + 4H2 при температуре
(700-900оС)
Учитель. Железо легко реагирует с разбавленными кислотами HCl и H2SO4
Fe + 2HCl= FeCl2 + H2
5
Fe +H2SO4= FeSO4+ H2
10Fe + 36HNO3= 10Fe(NO3 )3+ 3N2 + 18H2O
В очень сильных окислителях - концентрированные H2SO4 и HNO3
происходит пассивация железа, однако при нагревании взаимодействие с всё
таки возможно. (Более подробно изучим при изучении темы кислоты)
2Fe +6H2SO4(конц.)= Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
3Fe + 10HNO3 (конц.)=3Fe(NO3)3 + NO + 3H2O
Учитель. С солями, если свободный металл более активнее он вытесняет
менее активный металл из соли.
Ученик. Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu (учащиеся опускают привязанную на
нитке кнопку в водный р-р CuSO4)
Какой вывод вы сделали по химическим свойствам?
Вывод: Большинство реакций с участием железа идут при нагревании.
Следовательно, железо обладает меньшей активностью по сравнению с Щ,
ЩЗМ и Al.
Правильно, хочу добавить что число электронов, которые атом железа
отдаёт при химических взаимодействиях зависит от окислительной
способности металлов.
Обобщение:
+2
S, HCl(разб), H2SO4(разб)
+ 2, +3
O2, H2O
+3
Cl2, HNO3
4. Роль железа в жизни человека и растений
Учитель. – Какова роль железа в жизни человека и растений?
Биохимики открыли важную роль железа в жизни растений, животных и
человека. Железо обусловливает красную окраску гемоглобина, от которого
зависит цвет крови человека и животных. В организме взрослого человека
содержится 3 г чистого железа, 75% которого входит в состав гемоглобина.
6
Основная роль гемоглобина – перенос кислорода из легких к тканям, а в
обратном направлении – CO2. Железо необходимо и растениям. Оно входит в
состав цитоплазмы, участвует в процессе фотосинтеза. Растения,
выращенные на субстрате, не содержащем железа, имеют белые листья.
Хлороз. Маленькая добавка железа к субстрату – и они приобретают зеленый
цвет. Если белый лист смазать раствором соли, содержащей железо, то
вскоре смазанное место зеленеет. Так от одной и той же причины – наличия
железа в соках и тканях – весело зеленеют листья растений и ярко румянятся
щеки человека.
В организм железо поступает вместе с пищей. В пищевых продуктах
содержится трехвалентное железо. А клетки кишечника пропускают только
двухвалентное. Попав в кишечник, Fe+3 восстанавливается в Fe+2. Если
человек плохо пережевывает пищу, Fe+3 не восстанавливается и остается
недоступным. На усвоение влияет и состав пищи. В присутствии витамина С
и фруктозы способствуют растворению и усвоению Fe. Но есть враги железа
– это чай, кофе, яичные желтки. В их присутствии железо образует
труднорастворимые соединения. У человека, страдающего недостатком
железа, развивается малокровие.
Таблица 2
Содержание железа в продуктах питания
Продукт питания Содержание железа мг/100 г
Морская капуста
16
Печень говяжья
8,4
Фасоль
6,4
Петрушка
6,0
Овсянка
4,5
Изюм
2,7
Земляника
2,6
Яблоки
2,2
Макароны
1,5
Телятина
1,1
7
Свекла
1,0
Kурица
0,7
Рыба
0,5
Сообщая учащимся информацию о биологической роли железа для
организма человека – реализуется принцип экологизации.
Учитель. Рассмотрим качественные реакции на железо. Вспомним, что
означают качественные реакции? – это реакции, с помощью которых
распознают различные вещества.
Качественные реакции на Fe3+
1. Реактив – желтая кровяная соль K4 [Fe(CN)6]
Результат воздействия – синий осадок (берлинской глазури)
2. Реактив – роданид калия (аммония) KNCS
Результат воздействия – интенсивно-красный цвет
3. Щёлочь – осадок зелёного цвета
1. FeCl3+K4 (Fe(CN)6)= KFe[Fe(CN)6] +3KCl, в полном и сокращенном
ионном виде рассмотрим на следующем уроке
FeCl3+ 3KNCS Fe(NCS)3+3KCl
2.
3. FeCl3 + 3KOH  Fe(OH)3 + 3KCl
Качественные реакции на Fe2+
1. Реактив – красная кровяная соль K3[Fe(CN)6]
Результат воздействия – синий осадок (турнбулевой сини)
2. Щёлочь – осадок бурого цвета
Качественная реакция на Fe+2 - реакция с красной кровяной солью, при этом
получается турнбулева синь.
1. FeCl2+ K3(Fe(CN)6)= KFe[Fe(CN)6] +2KCl
2. FeCl2 + 2KOH  Fe(OH)2 + 2KCl
(Демонстрация опытов)
8
5. Закрепление изученного материала
Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить
следующие превращения:
Fe
FeCl2
Fe(OH)2
FeO
Fe
FeCl3
Fe(OH)3
Fe2O3
6. Итоги урока
Комментирование ответов, выставление оценок за урок.
7. Домашнее задание.
 Составьте кроссворд по теме “Железо и его соединения”.
 Учебник §14 О. С. Габриелян.
 Упражнение 5 с 82
9