Конспект и презентация по химии на тему 'Родившийся на небе (железо) ' (9 класс)

Тема открытого урока: Родившийся на небе (железо).

Цель: на основе уже имеющихся общих знаний о металлах дать представление о физических и химических свойствах железа как химическому элементу побочной подгруппы. Рассмотреть важнейшие соединения железа (II) и (III), качественные реакции на ионы железа.

Задачи:

1.Образовательная: продолжить формировать умения характеризовать элемент по его положению в периодической системе химических элементов, на основе строения атома объяснять физические и химические свойства металла, совершенствовать умения школьников при составлении химических уравнений,

2.Развивающая: продолжить развивать критическое мышление, навыков самостоятельности и способности к рефлексии, коммуникативные умения в ходе коллективной и парной работы, умения работать с химическими веществами, с текстом учебника, умения делать выводы.

3.Воспитательная: продолжить воспитание положительной мотивации учения, правильной самооценки, чувства ответственности, убедить в необходимости привлечения средств химии к пониманию процессов, происходящих в окружающем мире. Оборудование: компьютер, проектор, периодическая таблица Д. И. Менделеева, таблица растворимости веществ, ряд активности металлов, тесты, пробирки,

Вещества: на каждый стол: минералы (магнитный железняк Fe₃O₄, гематит, красный железняк Fe₂O₃, лимонит, бурый железняк Fe₂O₃ · 3Н₂О, железный колчедан FeS₂), Fe металлическое, растворы HCI, CuSO₄, FeCI₂, FeCI₃, на стеле учителя: красная кровяная соль, желтая кровяная соль, роданид натрия.

Тип урока: изучение нового материала.

I. Актуализация знаний учащихся. (1 мин)

Ребята! Сегодня мы с вами отправимся в виртуальное путешествие, чтобы познакомиться с Пришельцем из космоса. А какой металл считается Пришельцем? Почему его так назвали? Во время путешествия нам предстоит сделать несколько остановок по требованию.

Древние египтяне называли его «вааепере», что означает «родившийся на небе», шумеры называли его «небесной медью», а древние копты - «небесным камнем». Его название происходит от санскритского слова "жалжа", что означало "металл, руда". Научное название элемента произошло от латинского слова "феррум".

Сегодня мы познакомимся с небесным металлом - железом. Вам в этом поможет маршрутный лист, во время урока вы его будете заполнять.

Характеристика железа по положению в ПСХЭ. (4 мин)

Учитель: Работая с Периодической таблицей химических элементов, составьте визитную карточку для железа по алгоритму в маршрутном листе:

Порядковый номер: 26

Период: 4

Группа: VIII

Подгруппа: побочная

Электронная формула: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁶

Степень окисления:

Учитель. В атоме железа заполняется не последний энергетический уровень, а предпоследний - это особенность элементов побочных подгрупп. Подобно всем металлам. Атомы железа при химических взаимодействиях отдают электроны, проявляя при этом восстановительные свойства. Степени окисления железа +2 и+3. Железо образует два генетических ряда. Железо образует простое вещество - металл. Тип кристаллической решетки - металлическая ( кубическая гранецентрированная или кубическая объемоцентрированная). Вид химической связи - металлическая. Обусловливают характерные физические свойства металлов.

История железа (4 мин)

Нам известно, что в истории человеческого общества выделяют четыре эпохи: каменный век, медный век, бронзовый век и железный век, который длится и по сей день. 9/10 всех металлов используемых человеком металлов и сплавов - это сплавы на основе железа.

Железо - это знак воина. Этот металл оказался не только созидателем. С ним связаны многие кровавые страницы человечества. Миллиардами снарядов и бомб обрушился этот металл на людей в годы первой и второй мировых войн. В древности людям было известно семь металлов. Считалось, сто их не может быть больше, потому что столько же небесных тел хорошо видно с Земли. Каждому металлу посвящалось не только небесное тело, но и день недели.

Железо - один из первых элементов человечества. Этот химический элемент хорошо изучен. Тем не менее, ученые не знают, кем и когда было открыто железо: слишком давно это было. Использовать железные изделия человек начал еще в начале 1 тысячелетия до н.э. У древних греков и египтян железо называли «небесным металлом». На Землю падают метеориты, состоящие в основном из железа. Самым крупным железным метеоритом является метеорит, найденный в 1920 году на юго-западе Африки весом 60 т. Метеоритное железо самородное. Железо обнаружено также на Марсе и на Луне. Самородное железо на Земле - редкость. Ядро Земли состоит из железа и никеля, но они не доступны для человека.

В гробницах фараонов были найдены железные предметы. Оружие из уникального «металла с неба» было у индийских властителей 17 века, у российского царя Александра 1, у латиноамериканского героя Боливара. В древности железо ценилось очень высоко. У африканских народов оно стоило в 10 раз дороже золота. В «Одиссее» Гомера говорится, что победителю игр, устроенных Ахиллесом, была назначена награда: кусок золота и кусок железа.

Давайте послушаем маленькую историю о железе.

Ученик 4 (Коновалова). Несколько столетий назад некоторые народы имели о железе весьма смутное представление. Знаменитый английский мореплаватель 18 века Джеймс Кук рассказывает в своих дневниках, как во время одного из первых путешествий он подарил несколько железных гвоздей жителям тихоокеанских островов. Те долго с недоумением вертели в руках, а затем, посоветовавшись с верховным жрецом, начали закапывать гвозди в землю. Это, в свою очередь, вызвало недоумение у англичан. Тогда туземцы знаками объяснили гостям, что гвозди прорастут и дадут много металлических бананов, с помощью которых их племя победит своих врагов. Правда, уже вскоре островитяне поняли, что железо не следует закапывать в землю, и стали находить ему самое разнообразное применение. Во время последующих путешествий Кук писал об отношении к железу жителей Полинезийских островов: «…Ничто так не манило к себе посетителей наших судов, как этот металл; железо всегда было для них самым желанным , самым драгоценным товаром». Однажды его матросам удалось за ржавый гвоздь получить целую свинью. Из-за этих гвоздей на корабле Кука начали твориться невообразимые вещи: матросы вытаскивали гвозди ото всюду, они даже пытались утащить якорь, чтобы наковать из него новых гвоздей. Кук вынужден был вывесить особый приказ, грозивший самым суровым наказанием каждому, кто решится унести с корабля какой-либо железный предмет.

Дополнительная литература: В.В.Девяткин. «Химия для любознательных» « Джеймс Кук подарил островитянам железные гвозди…» с.58-59.

Нахождение в природе (3 мин)

По запасам в земной коре железо занимает 4 место после O, Si, Al. Его содержание в земной коре около 5 %. Дайте краткий рассказ этим соединениям железа.

Ученик 5 (Косенко). 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.

Ученик 6 (Турсунова) 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.

Ученик 7 ( )Пирит - один из тех минералов, увидев который хочется воскликнуть: «Неужели это так и было?» Трудно поверить, что высший класс огранки и полировки, поражающий нас в рукотворных изделиях, в кристаллах пирита - щедрый дар природы. Пирит получил свое название от греческого слова «пирос» - огонь, что связано с его свойством искрить при ударе стальными предметами. Этот красивый минерал поражает золотистым цветом, ярким блеском на почти всегда четких гранях. Благодаря своим свойствам пирит известен с глубокой древности.

Способы получения железа. (3 мин)

Производство железа из руд началось в конце 1 тысячелетия до н.э. Бронзовый век сменился железным только тогда, когда человечество смогло поднять температуру пламени в печах до 1540 С - температура плавления железа. Металлическое железо выплавляли путем нагревания руды с древесным углем при высокой температуре.

2Fe₂⁺³O₃^-2 + 3C⁰ 4Fe⁰ + 3C⁺⁴O₂^-2 FeO + C Fe + CO

Промышленное получение железа и его сплавов осуществляют в доменных печах.

Физические свойства железа(5 мин): блестящий, серебристо-белый металл, довольно мягкий, пластичный. Его можно обрабатывать: резать, ковать, прокатывать, штамповать. Ему можно придавать большую прочность и твердость путем закалки - метод термического воздействия. Железо обладает хорошими магнитными свойствами. Температура плавления 1540 С - тугоплавкий металл. Температура кипения 3070 С. Плотность 7, 87 г/см³. Обладает магнитными свойствами. Железо высокой чистоты содержит менее 0,01 % примесей. Оно почти инертно, не корродирует. Получают его методом электролиза солей. В качестве конструкционного материала чистое железо не пригодно. Поэтому в него вводят добавки и получают сплавы, важнейшими из которых, являются чугун и сталь. Технически чистое железо содержит 0,02 -0,04 % примесей (C, O, S, N, P) - это низкоуглеродистая сталь. Ее используют для изготовления кнопок, скрепок. Свойства железа и стали сильно различаются: железный шарик при ударе о металлическую плитку расплющивается, а чугунный - раскалывается.

Историческая справка.

В 1834 году в «Горном журнале» появилась статья «Улучшение железа и стали посредством … ржавления в земле». Способ превращения железа в сталь через ржавление в земле известен людям с глубокой древности. Например, черкесы на Кавказе закапывали полосовое железо в землю, а откопав его через 10-15 лет, выковывали из него свои сабли, которые могли перерубить даже ружейный ствол, щит, кости врага. Ученица 9 класса подготовила доклад про дамасскую сталь, давайте послушаем её.

Ученик 8 ( )Много столетий назад в Индии процветало искусство изготовления из стали мечей и кинжалов особой твердости с необычным узором, острых и тонких, как бритва, и гибких, как ветка ивы. С течением времени рецепты изготовления такой булатной стали были забыты. Разгадать секрет производства булатов, объяснить чудесные свойства старинных дамасских клинков пыталось ни одно поколение ученых 18-19 веков. Безуспешно занимался этой проблемой физик М. Фарадей. П. П. Аносову первому удалось открыть тайну булата. В течение 10 лет он осуществил тысячи экспериментов, используя влияние на качество стали кремния, марганца, хрома, углерода, алюминия, титана, алмаза, платины, золота. Эти опыты увенчались успехом, и Аносов получил сталь, не уступающую по качеству прославленной дамасской, сочетающую изумительную твердость и невиданную упругость. На клинках из этой стали были необыкновенные узоры.

Химические свойства железа( 7 мин)

Учитель. Железо-таинственный и незаменимый элемент. Вам ребята предстоит вспомнить свойства металлов и разъяснить некоторые реакции. Железо - металл средней активности, в электрохимическом ряду напряжений металлов он стоит до водорода, поэтому при взаимодействии с большинством разбавленных кислот, вытесняет из них водород.

1. Взаимодействие с простыми веществами - неметаллами.

Fe + S= FeS(при нагревании)

2Fe +3Cl₂ = 2FeCl₃

3Fe +С = Fe₃С-цементит

2Fe +N₂= 2FeN

3Fe +2O₂ = Fe₃O₄ (Fe₂O₃FeO ) -раскаленное железо сгорает в кислороде с образованием железной окалины.

2.На воздухе железо легко окисляется - ржавеет (25% железа гибнет от коррозии)

.4Fe +6H₂O + 3O₂ 4Fe(OH)₃

3.С разбавленными кислотами HCl и H₂SO₄

Fe + 2HCl= FeCl₂ + H₂

Fe +H₂SO₄= FeSO₄+ H₂

Fe + 4HNO₃(p) = Fe(NO₃)₃ + 2H₂O + NO

Концентрированные H₂SO₄ и HNO₃ пассивируют железо на холоде, а при нагревании взаимодействуют с ним ( Fe⁺³). Азотную кислоту можно перевозить в железных цистернах.

2Fe +6H₂SO₄(конц. )= Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

3Fe + 10HNO₃ (конц. )=3Fe(NO₃)₃ + NO + 3H₂O

4.С солями, если металл соли находится в ряду активности правее железа

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu (учащиеся опускают привязанный на нитке гвоздь в водный р-р CuSO₄)

5. С водой 3 Fe + 4H₂O (пары) = Fe₃O₄ + 4H₂при температуре 700-900^оС . Эту реакцию использовал Лавуазье для получения водорода.

Вывод: железо - восстановитель. Образует два ряда соединений: Fe⁺² иFe⁺³.

Качественные реакции на Fe³⁺и Fe⁺²

Качественными называются реакции, с помощью которых можно распознать различные вещества, они сопровождаются яркими эффектами.

С целью обнаружения ионов Fe³⁺ в растворе пользуются желтой кровяной солью К₄[Fe(CN)6], которая в присутствии Fe³⁺ дает синее вещество - берлинскую лазурь.

4FeCl₃+3K₄ (Fe(CN)₆)= Fe₄ (Fe(CN)₆)₃+12KCl, в сокращенном ионном виде:

4Fe³⁺+3(Fe(CN)₆)^4- = Fe₄ (Fe(CN)₆)₃

Другая реакция обнаружения ионов Fe³⁺ в растворе - это взаимодействие с KNCS раствор окрашен в интенсивно-красный цвет FeCl₃+ 3KNCS --- Fe(NCS)₃+3KCl, в сокращенном ионном виде:

Fe³⁺+ 3NCSFe(NCS)₃

Качественная реакция на Fe⁺² - реакция с красной кровяной солью, при этом получается турнбулева синь. 3FeCl₂+ 2K₃(Fe(CN)₆)= Fe₃ (Fe(CN)₆)₂ +6KCl, в сокращенном ионном виде:

3Fe²⁺ + 2(Fe(CN)₆)^2-= Fe₃ (Fe(CN)₆)₂

Роль железа в жизни человека и растений (3 мин)

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. Основная роль гемоглобина - перенос кислорода из легких к тканям, а в обратном направлении - CO₂. Железо есть и миоглобине - белке, запасающем кислород в мыщцах. Железо необходимо и растениям. Оно входит в состав цитоплазмы, участвует в процессе фотосинтеза. Растения, выращенные на субстрате, не содержащем железа, имеют белые листья. 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. При недостатке замедляется развитие растений. 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. Присутствие 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 (железодефицитная анемия).

Ежедневно нужно съедать одно яблоко натощак. Ионы железа (11) всасываются в кровь в тонком кишечнике, ровно столько, сколько необходимо организму. Тереть яблоко на терке нельзя Fe²⁺ Fe³⁺.

Применение железа и его сплавов. (1 мин)

В настоящее время железо - это основа современной техники, с/х машиностроения, транспорта. Назовите предметы изготовленные из железа (швейные иглы, скрепки, батареи, гвозди, инструменты, ножницы (хранить в сухом помещении). Соединения железа: железный купорос, хлорное железо, оксиды железа используют для приготовления красителей, лекарств, катализаторов, магнитных материалов, составов, защищающих древесину от гниения. Термит используется для сварки стальных изделий, например, железнодорожных рельсов встык). Железный купорос используется при крашении тканей, для борьбы с вредителями. Железный сурик Fe₂O₃ , охра - применяется как пигмент для приготовления красок

Закрепление изученного материала

1.Выберите правильные ответы (6 мин)

1. Железо - это активный щелочной металл.

2. Железо легко куется.

3. Железо взаимодействует с разбавленными кислотами.

4. Железо не подвергается коррозии.

5. Температура плавления железа - 1539⁰С.

6. Железо взаимодействует с концентрированными кислотами H₂SO₄ и HNO₃ при нагревании.

7. Атомы железа проявляют окислительные свойства.

8. Железо не обладает способностью намагничиваться.

9. Близ г. Дели в Индии стоит железная колонна без малейшего пятнышка ржавчины, хотя ее возраст почти 2800 лет.

10. Чистое железо не подвергается коррозии.

Задачи для закрепления полученных знаний. ( 2 мин)

Великий Гете сказал: «Просто знать, еще не все, знания надо уметь использовать».

1. Близ города Дели в Индии стоит железная колонна без малейшего пятнышка ржавчины, хотя ее возраст 2800 лет. Это знаменитая Кутубская колонна высотой 7 м и массой 6,5 т. Надпись на колонне говорит о том, что она была поставлена в 9 веке до н.э. Чем объяснить ее долговечность и коррозионную стойкость? (Колонна была изготовлена из чистого металла: железа в колонне оказалось 99,72 %. Как удалось получить такой чистый металл в то время до сих пор загадка).

2. Чтобы обнаружить примеси железа в платиновой посуде, например, чашке, ее нагревают до температуры красного каления. Тогда ее поверхность покрывается красным налетом. С чем связано появление налета? Как удалить этот налет не повредив изделие?

(4Fe+ 3O₂=2Fe₂O₃ ; Fe₂O₃ + 6HCl =2FeCl₃ + 3H₂O )

Заключение. (3 мин)

Напишите вывод урока по образцу, закончив предложения:

• Сегодня я узнал (а) ……………..

• Я удивился (ась) ……………………….

• Теперь я умею ……………………

• Я хотел (а) бы ………………………..

1. Подведение итогов. обращаясь к эпиграфу нашего урока, хотелось бы вам пожелать следующее: пусть ваш мозг истирается от работы мысли, а не пожирается ржавчиной от лени.

Домашнее задание: §41, 42; кроссворд по теме «Железо».