Урок по химии в 9 классе "Железо"
план-конспект урока по химии (9 класс)

Федеральное государственное казенное образовательное учреждение

Санкт-Петербургское Суворовское военное училище МВД России

Конспект урока по химии на 1 курсе (9 класс)

"Железо»

Работу выполнила преподаватель химии и биологии

Сулина Мария Игоревна

Санкт-Петербург

2018

Конспект урока  9 класс

"Железо"

Цели: обобщить и систематизировать знания учащихся по данной теме.

Задачи урока:

Образовательные: 

• составить полное представление об элементе и простом веществе – железе, о его физических свойствах, опираясь на знания зависимости свойств металлов от строения их атомов;
• предсказать характерные химические свойства железа;
• сформировать понятия о составе и свойствах оксидов и гидроксидов железа;
• познакомить учащихся с качественными реакциями на катионы железа (двух- и трехзарядные).

Развивающие:

• на основе межпредметных связей продолжить формирование умений устанавливать взаимосвязь между составом, строением и свойствами веществ;
• познакомить учащихся с качественными реакциями, способствовать развитию исследовательских навыков;
• развивать у учащихся представления о познаваемости и единстве окружающего нас мира в результате предоставления информации о разных формах существования железа и его нахождении в природе.

Воспитательные:

• воспитывать познавательные интересы учащихся, трудолюбие, усидчивость;
• продолжить формировать нравственные и эстетические представления об окружающем мире.

Тип урока: урок открытия новых знаний.

Методы обучения: словесные; наглядные; проблемно-поисковые; практические; дедуктивные.

Оборудование и реактивы. 

Интерактивная доска, презентация.

На столах учащихся: коллекция «Железо», раздаточный материал: карточки «Физические свойства железа», инструктивные карточки к лабораторной работе «Качественные реакции на ионы железа», карточки для закрепления учебного материала; растворы FeSO4 и FeCl3, гексацианоферрата(III) калия K3[Fe(CN)6] (красная кровяная соль), гексацианоферрата(II) калия K4[Fe(CN)6] (желтая кровяная соль), KSCN, NaOH, HCl, CuSO4, Fe (две пробирки), железная скрепка на нитке, Н2О.

На демонстрационном столе: лабораторный штатив, стеклянная трубка в лапке (диаметр 1 см), спиртовка, спички, воронка, скальпель, стеклянная палочка, вата; Fe (порошкообразный), S, магнит, листок бумаги, растворы FeCl3, KSCN, NaCl, гвозди – нормальный и ржавый, яблоки – целое и разрезанное.

План урока (на доске)

Положение железа в периодической системе химических элементов, строение атома.

Нахождение в природе, получение.

Физические свойства железа.

Химические свойства железа.

Соединения железа.

Применение железа.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

Учитель. Какой раздел химии мы изучаем?

(Металлы.)

II. Повторение и проверка знаний

Викторина «Металлы»

• В каких пищевых продуктах содержится много железа?

(Моллюски, устрицы, отруби пшеницы.)

• Какой металл самый легкий?

(Литий.)

• Какой металл самый тяжелый?

(Осмий.)

• Самый распространенный на Земле металл.

(Алюминий.)

• Какой драгоценный металл является одним из самых лучших катализаторов для различных химических процессов?

(Платина.)

• Какие металлы можно расплавить на ладони?

(Галлий, цезий.)

• Что означает выражение: «Металл, принесенный в жертву “рыжему дьяволу”»?

(Железо.)

• Без какого элемента-металла невозможна фотография?

(Серебро.)

• Какой металл называют «металлом консервной банки»?

(Олово.)

• Назовите металл, который первым стал известен человеку.

(Золото.)

• Какой металл чаще всего подвергается коррозии?

(Железо.)

III. Подготовка к восприятию нового материала

Чрезвычайно важное место занимает этот металл в жизни человека. Поэтому задачи сегодняшнего урока – составить полное представление об элементе и о простом веществе – железе, изучить его физические и химические свойства, познакомиться со свойствами важнейших соединений железа, закрепить качественные реакции на ионы железа и, конечно же, рассмотреть применение этого металла.

Записываем тему урока.

IV. Изучение нового материала

Учитель. Характеристику любого элемента мы начинаем всегда по его положению в периодической таблице. Железо находится в побочной подгруппе VIII группы. Это d-элемент, у которого заполняется электронами предпоследний энергетический уровень:

                     + 26 Fe    2е   8е    14е    2е

Поскольку предпоследний уровень – незаконченный, то в реакциях, кроме двух электронов внешнего уровня, часто участвуют также один электрон предпоследнего уровня, тогда железо проявляет степень окисления +3.

Нахождение в природе

Учитель. А что мы знаем о железе? Где встречается железо в природе?

Заслушиваются сообщения учащихся.

1-й ученик. По современным представлениям в 16-километровой толще земной коры содержится 4,5 % железа. В следующем слое, лежащем под земной корой, железа находится втрое больше. Центр земного шара состоит в основном из железа с примесью никеля и кобальта. В среднем же земной шар состоит на 34,6 % из железа. В составе Земли железо преобладает как по массе, так и по числу атомов. Оно является важнейшей составной частью нашей планеты.

Учитель. Это современные представления о распространении железа, но человек знаком с железом очень давно. Действительно ли это так?

2-й ученик. Однажды  был найден стальной нож, пролежавший в земле несколько тысяч лет. Вряд ли эта находка всерьез заинтересовала бы ученых, если бы не одно обстоятельство: лезвие ножа оказалось настолько острым, что им можно было легко резать даже мягкий хлеб. Столь высокое качество изделий свидетельствует о большом мастерстве древних металлургов и оружейников.

3-й ученик. Проблемой защиты от коррозии заинтересовались еще люди древнего мира. В трудах древнегреческого историка Геродота (V в. до н. э.) мы находим упоминание об оловянных покрытиях, предохраняющих железо от ржавчины. В Индии уже полтора тысячелетия существует «общество по борьбе с коррозией». В XIII в. оно принимало участие в постройке на побережье Бенгальского залива Храма Солнца. Сооружение, веками подвергавшееся действию соленых ветров и морской влаги, уже превратилось в руины, но его железная арматура сохранилась в хорошем состоянии. Стало быть, уже в те далекие времена индийские мастера знали, как противостоять коррозии.

4-й ученик. История цивилизации неразрывно связана с железом. В древности у некоторых народов этот металл ценился дороже золота. Лишь представители знати могли украшать себя изделиями из железа, причем нередко в золотой оправе. В Древнем Риме из железа изготовляли даже обручальные кольца. Постепенно, по мере развития металлургии, этот металл становился доступнее и дешевле. И все же еще сравнительно недавно многие отсталые народы, испытывая острую нужду в железе, готовы были платить за него огромную цену. Известный английский мореплаватель XVIII в. Джеймс Кук рассказывал об отношении к железу туземцев островов Полинезии: «...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. В другой раз за несколько старых ненужных ножей островитяне дали матросам столько рыбы, что ее хватило на много дней для всей судовой команды.

Во время визита на один из островов Кук преподнес местным жителям в качестве подарка горсть железных гвоздей. Видимо, прежде туземцам не приходилось пользоваться этими странными металлическими предметами, и поэтому они с явным недоумением вертели их в руках. Попытки объяснить островитянам назначение гвоздей ни к чему не привели. Помог верховный жрец – крупный специалист по любым вопросам. С важным видом он изрек несколько мудрых мыслей, и туземцы начали закапывать гвозди в землю. Теперь пришел черед удивляться гостям. Видя их замешательство, местные жители знаками разъяснили пришельцам, что из посаженных в землю железных палочек вскоре вырастут деревья, которые, подобно банану, будут увешаны связками гвоздей. Собрав богатый урожай металлических плодов, островитяне с их помощью победят своих врагов.

5-й ученик. Первое железо, попавшее еще в глубокой древности в руки человека, было, по-видимому, не земного, а космического происхождения: железо входило в состав метеоритов, упавших на нашу планету. Не случайно на некоторых древних языках железо именуется «небесным камнем» или «металлом, капнувшим с неба».

На поверхность земного шара ежегодно выпадают тысячи тонн метеоритного вещества, содержащего до 90 % железа. Самый крупный метеорит найден в 1920 г. в юго-западной части Африки. Это метеорит Гоба, весящий около 60 т. В 1891 г. в Аризонской пустыне была обнаружена громадная воронка диаметром более 1200 и глубиной 175 метров. Ее образовал гигантский железный метеорит, упавший в доисторические времена.

Учитель. В таблице Д.И.Менделеева трудно найти какой-либо иной элемент, с которым так неразрывно связывалась бы жизнь всего человечества. Нет в таблице другого элемента, при участии которого проливалось бы столько крови, терялось бы столько жизней, происходило столько несчастий. Вот как написал об этом А.Блок:

Век девятнадцатый, железный.
Воистину железный век.
Тобою в мрак ночной, беззвездный
Беспечный брошен человек.

В виде каких соединений находится железо в природе? Запишите в тетради их формулы пользуясь учебником.

Важнейшие природные соединения железа:

• магнетит – Fe3O4 (Fe2O3•FeO) (Магнитогорск (Южный Урал), Курская магнитная аномалия);

• гематит – Fe2O3 (Украина, Криворожский район);

• пирит – FeS2 (Урал).

Получение железа из его соединений

Учитель. Вспомните способы получения металлов (записывает на доске):

Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O;

Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3;

Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO;

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CО2.

Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель (во всех реакциях железо – окислитель).

Физические свойства железа

• Работа с коллекцией «Железо».

• Карточки «Физические свойства железа».

Учитель. Химически чистое железо – серебристо-серый, блестящий металл, по внешнему виду очень похожий на платину. Химически чистое железо устойчиво к коррозии и хорошо сопротивляется действию кислот. Однако ничтожные примеси лишают его этих драгоценных свойств: на земном шаре ежегодно «болеет» ржавчиной такое количество железа, которое равняется четверти его годовой добычи. Чистое железо в отличие от всех других металлов обладает необычайно высокой склонностью к намагничиванию.

Способность притягиваться магнитом и самому быть магнитом – одно из удивительных свойств железа. Явление магнетизма известно с глубокой древности. Слово «магнетизм» происходит от названия горы Магнезии в Малой Азии. Здесь существовало богатое месторождение магнитного железняка. Практическое применение магнетизм получил значительно раньше, чем началось его научное исследование. Мореходы издавна пользовались компасом с магнитной стрелкой.

В 1755 году швейцарский ювелир Й.Дитрих впервые изготовил подковообразный магнит. Электромагнит с железным сердечником изобрел в 1823 г. самоучка, сын английского сапожника В.Стержен. Его магнит состоял из одного слоя голого медного провода, навитого на лакированный железный сердечник. Американец Дж.Генри усовершенствовал электромагнит, навив на железный сердечник провод в несколько слоев. Генри изолировал сами провода вместо того, чтобы лакировать сердечник. Навивая на каркас все больше слоев проволоки, Генри делал более мощные электромагниты. В 1831 г. он изготовил электромагнит, который мог поднимать 300 килограммов.

Как известно, у металлов довольно высокий коэффициент теплового расширения. По этой причине стальные сооружения в зависимости от времени года, а следовательно, от температуры окружающего воздуха, становятся то длиннее, то короче. Так, знаменитая Эйфелева башня – «железная мадам», как часто называют ее парижане, – летом на 15 см выше, чем зимой.

Плотность железа – 7,87 г/см3, температура плавления – 1536 °С, температура кипения – 2770 °С.

Химические свойства железа

Учитель. Мы с вами изучаем химию, поэтому наиболее широко должны изучить химические свойства железа. Сегодня мы отработаем экспериментальные навыки в результате проведения лабораторной работы.

Для начала вспомним правила техники безопасности при проведении лабораторных работ.

а) Взаимодействие железа с простыми веществами.

Железо – активный металл.

Опыт 1. Взаимодействие железа с хлором.

Для этого опыта потребуется предварительно получить хлор в пробирке с пробкой и газоотводной трубкой в результате взаимодействия KМnО4 и НCl (тяга!):

2KMnО4 + 16НCl = 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8Н2О.

Хлор собирают в колбу и закрывают пробкой.

Берут тонкую стальную проволоку (12–15 см). Конец ее обматывают вокруг небольшого кусочка спички и поджигают. Когда проволока накалится, опускают ее в колбу с хлором. Кусочек спички гаснет, а проволока раскаляется и сгорает, образуя бурый хлорид железа(III):

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3.

Опыт 2. Взаимодействие железа с кислородом.

Предварительно собирают кислород в колбу и закрывают пробкой. Реакцию проводят в пробирке с газоотводной трубкой:

2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2.

Нагрейте до воспламенения железные опилки и опустите в колбу с кислородом:

3Fe + 2О2 = FeO • Fe2O3.

Опыт 3. Взаимодействие железа с серой.

Демонстрация опыта:

Fe + S = FeS.

б) Взаимодействие железа со сложными веществами:

Опыт 4. Взаимодействие железа с солью (медным купоросом).

В каждую из двух пробирок налейте по 4–5 мл сульфата меди(II). Одну поставьте в штатив – она «свидетель». В другую пробирку насыпьте немного железных опилок. Порошок железа лучше не брать, т.к. от него раствор станет мутным. Перемешивайте содержимое пробирки до тех пор, пока не исчезнет синяя окраска раствора:

Fe + CuSO4 = Cu +FeSO4.

Сравните цвет раствора пробирки с раствором пробирки-«свидетеля».

Опыт 5. Взаимодействие железа с кислотами.

При взаимодействии железа с растворами соляной или серной кислот идет реакция с выделением водорода.

Fe + 2НCl = FeCl2 + Н2,

Fe + H2SO4 (разб.) = FeSO4+ H2.

В пробирку кладут 2–3 канцелярские кнопки или маленькие железные гвоздики и наливают по 4–5 мл раствора соляной кислоты (1 : 1). Пробирку нагревают до начала выделения водорода (не до кипения!). Когда реакция закончится (пузырьки водорода начнут выделяться медленно), обратите внимание на окраску раствора хлорида железа(II).

При взаимодействии железа с концентрированными азотной и серной кислотами реакции не идут. Железо пассивируется.

Опыт 6. Взаимодействие железа с водой.

Для проведения этой реакции необходима высокая температура, поэтому учитель предлагает учащимся только записать уравнение реакции:

3Fe + 4Н2О =Fe3O4 + 4Н2.

          «железная окалина»

Учащиеся записывают уравнения реакций в тетрадь и делают вывод: железо взаимодействует с неметаллами, водой, разбавленными кислотами и солями, образованными менее активными металлами.

Соединения железа

Учитель. Железо – активный металл, поэтому встречается в природе в виде соединений. Известны оксиды и гидроксиды железа со степенями окисления +2 и +3: FeO, Fe(OH)2, Fe2O3, Fe(OH)3 и различные соли железа.

Сегодня нам необходимо с помощью качественных реакций научиться распознавать двух- и трехзарядные ионы железа.

Учащиеся выполняют лабораторную работу и оформляют ее в тетради.

Вывод: Реактивом на ионы железа(II) являются щелочи и гексацианоферрат(III) калия (красная кровяная соль), а на ионы железа(III) – щелочи, гексацианоферрат(II) калия (желтая кровяная соль) и тиоцианаты.

Применение железа

Ученики делают сообщение о роли железа в жизни растений, животных, человека.

1-й ученик. Биохимики открыли важную роль железа в жизни растений, животных, человека. Входя в состав гемоглобина, железо обусловливает красную окраску этого вещества и крови. В организме взрослого человека содержится без малого 3 г чистого железа, 75% которого входит в состав гемоглобина. Его основная роль – перенос О2 и СО2. Из отдельных частей организма наиболее богаты железом печень и селезенка.

2-й ученик. 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. Более того, достаточно белый лист смазать раствором соли железа, и 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.

3-й ученик. Интересное использование процесса окисления двухвалентного железа до трехвалентного имеет место в телах особого вида бактерий, так называемых железобактерий. Последние поглощают из окружающей среды соли двухвалентного железа и кислород, причем внутри их организмов протекает реакция, приблизительно отражаемая уравнением:

4Fe(HCO3)2 + 2Н2О + О2 = 4Fe(OH)3 + 8СО2.

Выделяющаяся при этом энергия служит бактериям для поддержания их жизнедеятельности. Окисление железа является, следовательно, актом дыхания железобактерий, в отличие от высших растений, дыхание которых основано на окислении углерода.

Железобактерии размножаются главным образом в водах железистых источников, болотах, прудах и т.п. Нередко наблюдается также массовое развитие их колоний в водопроводных трубах. После отмирания бактерий накопившийся в их организмах гидроксид железа оседает на дно служившего им жизненной средой водоема, что с течением времени приводит к образованию отложений так называемых «болотных» или «озерных» железных руд.

V. Закрепление изученного материала

Учитель. Не так давно в Моравском музее г. Брно появился новый экспонат – небольшой топор, найденный археологами при раскопках древнего поселения Мстенице, относящегося к раннему средневековью. Масса топора – 6 кг. Оказалось, что в отличие от других железных изделий, найденных при раскопках, топор изготовлен из природно-легированного железа, содержащего 2,8% никеля и 0,6% кобальта. Такой состав свидетельствует о небесном происхождении материала, которым воспользовался средневековый мастер из Мстенице. Сколько килограммов железа в этом топоре?

К доске выходит ученик (по желанию) и решает задачу.

Решение

l) m(Ni) = 0,028•6 = 0,168 кг;

2) m(Со) = 0,006•6 = 0,036 кг;

3) m(Fe) = 6 – (0,168 + 0,036) = 6 – 0,204 = 5,796 (кг).

Ответ. Железа в топоре 5,796 кг.

VI. Домашнее задание

Изучить §17 учебника (О.С.Габриелян Химия. 9 класс. М.: Дрофа, 2014).

Письменно выполнить №4,5 стр.124 учебника.

VII. Итог урока. Оценка и учет знаний

Учитель. Примерно 90 % всех используемых человечеством металлов – это сплавы на основе железа. Железа выплавляется в мире очень много, примерно в 50 раз больше, чем алюминия, не говоря уже о других металлах. Сплавы на основе железа универсальны, технологичны, доступны, дешевы. Железу еще долго быть фундаментом цивилизации.

Оценки за урок.