Урок по химии для 9-10 классов по теме «Применение железа и его соединений. Сплавы железа: сталь, чугун и их применение»

Тема урока: Применение железа и его соединений. Сплавы железа: сталь, чугун и их применение.

Учитель: Вам более месяца назад нужно было сделать информационный лист по определенному разделу этой темы. Послушаем, что вы узнали интересного, посмотрим, как вы поработали с дополнительной литературой.

Много лет до нашей эры

Были странные манеры

Из железа украшенья

Отдавать как подношенья.

Слово «железо» произошло от санскритских слов «джальжа» (метал, руда) или «жель» (блестеть, пылать).

1 ученик. Люди стали применять железо уже в IV-III тысячелетии до н.э., подбирая упавшие с неба камни, железные метеориты, превращая их в украшения, орудия труда и охоты. Имеются доказательства того, что было время, когда железо ценилось дороже золота. Лишь знатные люди могли украшать себя изделиями из железа, оправой для которого нередко служило золото.

Железо наряду с золотом и серебром входило в состав дани, которую платили коренные народы Ассирии в IX веке до н.э . Жены богатых людей несли на себе иногда чуть - ли не целый пуд таких железодрагоценных украшений

Было время, когда гвоздь

Был свинье эквивалентен

Кук бранился, довелось,

Хоть и был интеллигентен.

2ученик. Туземцы почти до середины XIX века считали железо дороже всех металлов. За десяток железных костылей моряки на островах Полинезии получали 10 свиней. Джеймс Кук писал: « Ничего не манило к себе посетителей наших судов, как этот металл. Железо было для них самым желанным товаром». Однажды матросам Кука удалось выменять ржавый гвоздь на свинью. Из- за этого на корабле начали твориться невообразимые вещи. Матросы тянули гвозди отовсюду и даже хотели перековать якорь на гвозди, поэтому Кук вынужден был издать приказ о суровом наказании за кражу железа.

А один из вождей острова Таити имел два гвоздя и получал значительный доход, ссужая их для пробивания отверстий. А в средние века вся экипировка рыцаря и его коня, доспехи тоже делали из железа.

Время шло, железо смело

Стало в технику входить

Лошадь многим надоела

Конь железный начал жить.

3 ученик. Применение железа насчитывает много столетий, но настоящее вторжение железа произошло на рубеже 18 и 19 веков. В 1779 через реку Северн (Англия) был построен первый мост из чугуна. В 1818 было спущено на воду первое железное судно. Первая железная дорога была введена в действие в Англии в 1825 году.

На долю железа и его сплавов приходится около 90 % всех производимых в мире металлов. Машиностроение, приборостроение, транспорт, энергетика, строительство, оборонная промышленность немыслимы без железа.

Демонстрируется опыт: Кровь без раны.

(Для опыта используют 3% раствор хлорида железа FeCl₃, которым протирают ладонь, а бесцветным KCNS смачивают меч)

Мечом проводят по ладони, на бумагу обильно течет «кровь».

FeCl₃ + 3KCNS = Fe (CNS) ₃ + 3KCl

Кровь с ладони смывают ватой, смоченной раствором NaF.

Есть железо в человеке

И в животном тоже есть.

Есть в растениях, в аптеке

Без него не встать, не сесть.

Этот опыт демонстрирует одну из областей применения железа.

4 ученик. Не будь железа на земле, не могли бы существовать живые организмы, т.к. Fe входит в состав крови почти всех представителей животного мира. Оно входит в гемоглобин, обеспечивает дыхание тканей. При недостатке его у человека быстро начинается утомление, возникает головная боль. Рецепты различных «железных» лекарств были известны в старину и применяются в современной медицине.

В 1707г Луи Лемери обнаружил Fe в составе золы растений, выяснилось, что оно входит в состав растений, необходимо для образования хлорофилла и содержится в дыхательных ферментах.

Морской планктон потребляет в год полмиллиарда тонн Fe , почти столько производят металлургические заводы планеты.

Учитель проводит викторину:

1. Сколько Fe содержит организм человека?

3-5 г; в эритроцитах до 2,45г.

2. Какой орган в организме запасает Fe

печень (у мужчин до 1 г)

3. Какой планете, дню недели и алхимическому символу, по мнению химиков древности, соответствует Fe?

Марс, вторник, ♂

4. Как разрезать стальную плиту, не дотрагиваясь до нее твердым предметом?

Газовая горелка.

Учитель: Еще одна из областей применения Fe,ферромагнетики, вещества, усиливающие магнитное поле. Они работают в телевизорах, радиоприемниках, электромоторах.

В радиотехнике при изготовлении печатных плат проводят травление медных пластин хлоридом железа(III) FeCl₃.

Уравнение этого процесса:

Cu⁰+ 2Fe⁺³Cl^-1₃ → 2Fe⁺²Cl^-1₂ + Cu⁺²Cl^-1₂

Рассмотрим эту реакцию с точки зрения окисления - восстановления.

Cu + 2FeCl₃ → 2FeCl₂ + CuCl₂

Восстановитель Cu⁰ - 2е → Cu⁺²│ 1 окисление

Окислитель Fe⁺³ + 1е → Fe⁺²│ 2 восстановление

Проводим опыт

Моментальная фотография. Рисуем рисунок № 1 раствором FeCl₂ , № 2- FeCl₃ , высушиваем. Раствором K₃[Fe(CN)₆] - красной кровяной соли, проявляем рисунок на 1-м листе, раствором K₄[Fe(CN)₆] - желтой кровяной соли на 2-м листе, брызгая их из пульверизатора. Появится изображение. Объясняется это явление тем, что эти соли используются в аналитической химии для определения солей железа. K₃ [Fe (CN) ₆] - гексоцианоферрат (III) калия красная кровяная соль - двухвалентного, а K₄[Fe(CN)₆] - гексоцианоферрат (II) калия желтая кровяная соль - трехвалентного.

Опыт № 2

1-я ионов Fe ²⁺ (добавим к FeCl₂ + K₃[Fe(CN)₆])→ турнбулевая синь

2-я ионов Fe³⁺ (добавим FeCl₃ + K₄[Fe(CN)₆])→ берлинская лазурь

А суть реакций изучим в 11 классе.

Учитель: Ребята подведем итог:

«Железо не только основа мира, самый главный материал окружающей нас природы, оно орудие войны и мирного труда. И трудно во всей таблице Менделеева найти другой такой элемент, который был бы так связан с прошлыми настоящими и будущими судьбами человечества» Ферсман.

Но еще большое применение имеют сплавы железа.

К железу углерод немного добавляя

Его родные свойства можно изменять.

Чугун и сталь, при этом получая

Границы применения мы можем расширять

Какие сплавы Fe вам известны?

Чугун, сталь.

Запись: Чугун - это сплав железа, содержащий более 1,7% углерода, а так же кремний, марганец и небольшое кол- во S и P.

Сталь: сплав железа, содержащий до 2% углерода и небольшое количество Si, Mn, P, S.

Лабораторный опыт. Рассмотрим образцы чугуна, а затем стали. В чугуне содержится больше углерода, чем может удержать его железо при затвердевании в виде твердого раствора. На изломе чугуна виден серый цвет графита. Именно большая массовая доля углерода объясняет его хрупкость по сравнению со сталью. Чугун бывает:

а) белый (с небольшим содержанием Si). Он идет на переработку в сталь.

б) серый (с высоким содержанием Si). Из него изготавливают литые детали: шестерни, маховые колеса, станины, плиты, трубы.

Сталь - сплав, где массовая доля углерода < 2%. Ее можно ковать, прокатывать, штамповать.

Промышленность производит, стали легкие, средней твердости (твердые они получаются под действием термической обработки - закалки и отпуска).

Опрос

Работа у доски.

Задание №1. Написать уравнения следующих превращений и объяснить:

(Слайд цепочки превращений на интерактивной доске).

→ FeCl₂ → Fe

Fe

→ FeCl₃ → Fe (OH) ₃

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ (Fe стоит до H₂ и вытесняет его из состава к - т)

2)2 Fe + Cl₂ → FeCl₃ (с сильными окислителями Cl₂, H₂SO₄ концентрированной, степень окисления Fe «+3».

3) FeCl₃ + 3 NaOH →Fe(OH)₃ + 3NaCl (нерастворимые в воде основания, а именно таким является Fe (OH) ₃ (смотрим таблицу растворимости) получают действием на соль соответствующего металла щелочью (NaOH, KOH)

4) Из хлорида железа (II) железо можно получить электролизом расплава.

FeCl₂ → Fe⁺²→ 2Cl

К(-) Fe ⁺² +2е → Fe⁰ восстановление

А(+)Cl ^-1 - 1е → Cl⁰ окисление

FeCl₂ → Fe + Cl₂

Эксперимент. Ученик выполняет практическое задание у доски (текст задания написан на интерактивной доске).

В четырех пробирках даны вещества:

а) карбонат калия Fe₂CО₃

б) хлорид натрия NaCl

в) нитрат бария (Ва(NО₃)₂

г) сульфат натрия Na₂SО₄

При помощи качественных реакций определите, в какой пробирке находится каждое из этих веществ.

Проводятся соответствующие реакции, уравнения которых записываются в молекулярном, полном и сокращенном ионом виде.