Урок изучение нового материала "Железо и его соединения"
план-конспект урока по химии (9 класс)

Урок «Железо и его соединения»

9 класс

Цель: дать общую характеристику железу как химическому элементу побочной подгруппы и как простому веществу; сравнить свойства важнейших соединений железа (II) и (III);

 раскрыть значение железа в природе и жизни человека

ХОД УРОКА

Учитель химии: Прежде, чем сообщить тему сегодняшнего урока, я загадаю Вам загадку, а Вы должны угадать, о чем пойдет речь на уроке.

Загадка:

Очень древний я металл,

 Счёт столетьям потерял;

 Наблюдатель египтянин,

 Имя дал – «небесный камень»

Был нескромным я не в меру,

 Тысячи лет до нашей эры.

 А за блеск, мерцавший холодом,

 Люди там платили золотом!

Я давно в названии века,

 В организме человека.

 Называют мной характер,

 Из меня почти весь трактор.

 Очень в яблоке полезно,

 И зовут меня … (Железо).

 История открытия железа

В таблице д. И. Менделеева трудно найти какой-либо иной элемент, с которым так неразрывно связывалась бы жизнь всего человечества. Нет в таблице другого такого элемента, при участии которого проливалось бы столько крови, терялось бы столько жизней, происходило бы столько несчастий. Железо известно людям примерно 5 тысяч лет. Первое железо, попавшее еще в глубокой древности в руки человека, было не земного, а космического происхождения: оно входило в состав метеоритов, попавших на нашу планету. Не случайно на некоторых древних языках оно именуется «небесный камень». Это было самородное железо, оно всегда содержит примеси Ni, поэтому оно не поддается ковке в обычных условиях. Его следует обрабатывать, как это не странно, только в холодном виде, а не разогретым, как обычное железо. Согласно легенде, оружейники, которые не знали этого секрета и не сумели отковать из «небесного камня» меч для бухарского эмира, были безжалостно казнены. Только много столетий спустя загадка металла с неба была разгадана. В XVII оружие из никелистого железа появилось у индийского раджи. Были сабли из уникального металла у латиноамериканского героя – легендарного Боливара и у российского царя Александра I. Получение железа из руды с помощью сыродутного процесса было изобретено в Западной Азии во 2-м тысячелетии до нашей эры. Период с IX–VII века до нашей эры, когда у многих племен Европы и Азии развилась металлургия железа, получил название железного века, пришедшего на смену бронзовому веку. У древних египтян железо ценилось так же высоко, как золото, и даже дороже. Недаром железные лезвия, кинжалы, бусы находили в гробницах фараонов вместе с золотыми украшениями. Один восточный деспот даже издал закон, под страхом смертной казни запрещающий, кроме него, носить сделанные из этого металла украшения. Древнегреческий географ и историк Страбон писал, что в глубине Африки жили племена, которые за слиток этого металла давали 10 слитков золота. В народе о железе говорят: «Металл – и плуг в поле, и гвоздь в доме».

 Нахождение железа в природе.

Самородное железо земного происхождения – это редчайший каприз природы (его еще называют «теллурическим», от латинского слова «теллус» – земля). Такое железо получается в уникальных геологических условиях – там, где потоки расплавленной лавы, богатой оксидом железа, на пути своего извержения из земных глубин пересекали пласты каменного угля. И уголь восстанавливал железо до очень чистого металла, так же, как это происходит в доменных печах.

 Железо – один из самых распространенных на земле элементов: на его долю приходится около 4,2% массы земной коры (4-е место среди всех элементов, 2-е среди металлов)  . Это очень много: оно весит ученые подсчитали 755000000 миллиардов тонн, но доступно человеку лишь малое его количество. Известно большое число руд и минералов, содержащих железо. Наибольшее практическое значение имеют красные железняки (руда гематит, Fe2O3; содержит до 70% Fe), магнитные железняки (руда магнетит, Fe3О4; содержит 72,4% Fe) , бурые железняки (руда лимонит Fe2O3 · nH2O)

 У гематита имеется синоним – «кровавик»; он напоминает запекшуюся кровь, с характерной чертой красного цвета.

 Бурый железняк называют «болотная руда». Дело в том, что происхождение залежей бурого железняка связано с железобактериями. Железобактерии развиваются, размножаются в прудах, болотах и даже водопроводных трубах. Для своего существования они усваивают энергию окисления соединений железа, растворимых в воде. Когда бактерии отмирают, гидроксид железа(III), который содержится в них, оседает на дно водоемов. Через некоторое время это приводит к образованию «болотных руд» (именно так возникло Керченское месторождение железных руд).

 В природе встречаются также большие месторождения пирита FeS2(другие названия — серный колчедан, железный колчедан, дисульфид железа и другие), но руды с высоким содержанием серы пока практического значения не имеют. По запасам железных руд Россия занимает первое место в мире. В морской воде 1 · 10–5 — 1 · 10–8% железа и очень много его в рассеянном состоянии. Железноводск – это минеральный источник, содержащий соли железа.

Учитель: В нашей стране железные руды находятся на Урале. Магнитогорск – магнетит, Уральские горы, горы Южной Сибири, западной и восточной Сибири, на Дальнем востоке, Европейский север, Центральное Черноземье, Халиловское месторождение.

Уникальное месторождение железных руд (магнетита) – это Курская магнитная аномалия. Железа здесь по крайней мере вдвое больше, чем во всех месторождениях мира, вместе взятых. Его запасов может хватить на многие столетия. Многие месторождения КМА расположены глубоко и их нужно осваивать. У КМА огромное будущее.

 Вывод: железо в природе находится в виде соединений: руд и минералов, а самородное железо встречается очень редко. Наша страна занимает 1 место по запасам железных руд.

Краткий вывод по положению в ПСХЭ и строения атома железа: железо – d-элемент, и наиболее устойчивые его соединения со степенью окисления +3, т. к. данный ион Fe3+ имеет наиболее устойчивый d-подуровень (5e–), а соединения Fe+2 устойчивы в кислой среде

Железо как простое вещество. Физические свойства железа

Справка (учитель): Чистое железо – мягкий металл, ножом, сделанным из него не обстругаешь деревянную палочку. Железо, с которым имеет дело техника – это, как правило, не химически чистый металл. Оно содержит примеси и поэтому отличается по свойствам от чистого железа. Главная примесь – это углерод.

Вывод: Химический элемент железо существует в виде 3-х аллотропных модификаций: ; по физическим свойствам чистое железо – очень мягкий металл, химически активное, при взаимодействии с сильными окислителями образуются соединения Fe+3, а более слабыми +2.

Получение железа в промышленности и его применение

– Каковы способы получения железа в промышленности? Каков химизм этих процессов?

 – Каким способом получают очень чистое железо? (Карбонильным – 99,999%)

Учитель: Чистое железо способно быстро намагничиваться и размагничиваться, поэтому его применяют для изготовления сердечников трансформаторов электромоторов, электромагнитов и мембран микрофонов. Больше всего на практике используются сплавы железа – чугун и сталь. 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 прочих металлах. Сплавы на основе железа универсальны, технологичны, доступны, дёшевы. Железу еще долго быть фундаментом цивилизации.

 – Обратимся к справочной таблице «Сплавы». Чем отличается чугун от стали?

 – Какие бывают виды чугунов, сталей? (Демонстрация коллекции сплавов на основе железа)

Вывод: Способы получения железа: прямое восстановление, карбонильный метод, доменный процесс, кричный способ, мартеновский способ, конверторный способ, электротермический и термитный способы. Очень чистое железо получают прямым восстановлением и карбонильным способом. На НЛМК чугун и сталь получают доменным и электрохимическим способом.

 Соединения железа(II), (III): оксиды, гидроксиды, соли приведите формулы

Значение железа в природе и жизни человека

1. Соединения железа жизненно важны для всех живых организмов. Биохимики открыли важную роль железа в жизни растений. Оно входит в состав цитоплазмы, участвует в процессе фотосинтеза. Растения, выращенные на субстрате, не содержащем железа, имеют белые листья, т. е у них не происходит фотосинтеза и они заболевают хлорозом (хлорофилл не образуется). Так от одной и той же причины — наличия железа в соках и тканях — весело зеленеют листья растений и ярко румянятся щеки человека.

2. Без железа была бы невозможна жизнь животного мира планеты, т. к. гемоглобин – железосодержащий красный пигмент (белок крови) – осуществляет транспорт кислорода от органов дыхания к тканям, и углекислого газа от тканей к органам дыхания. (Слайд № 12 (Приложение 1).

 В организме взрослого человека содержится 4–7 г железа, 75% которого входит в состав гемоглобина (в 1 л крови — около 450 мг железа). Кроме гемоглобина, железо также содержится в мышечном белке — миоглобине и во многих ферментах. Какая-то часть железа (около 1%) постоянно циркулирует в плазме—жидкой части крови. Главное «депо» железа — печень: здесь у взрослого мужчины может быть запасено до 1 г железа, а также костный мозг и селезенка. Небольшая доля железа расходуется на рост покровных тканей организма—кожи, ногтей. Оно входит в состав пигмента, окрашивающего волосы.

3. Суточная потребность человека в железе (6–20 мг) в зависимости от при интенсивной мышечной деятельности. В организм железо поступает с пищей. Железом богаты мясо, печень, яйца, хлеб, шпинат, свекла и другие. Организм усваивает только 10—20% железа от суточной потребности. Зато сахар и аскорбиновая кислота повышают усвоение железа.

 При недостатке железа в организме развивается железистая анемия (малокровие), характеризующаяся снижением содержания гемоглобина в крови. Кроме того, нарушается и функция пищеварительных желез, нервной системы, мышечного аппарата. Нехватку железа устраняют приемом специальных лекарственных препаратов, а также увеличением в пищевом рационе, например, гречихи и яблок. Препараты железа применяются и как общеукрепляющие средства.

Вопрос: Какие продукты богаты железом?

Задача: Ежедневный прием железа с пищей составляет в среднем 23 мг. Сколько надо съесть яблок, чтобы пополнить суточную норму железа?

Токсичность железа

Избыточная доза железа (200 мг и выше) может оказывать токсичное действие, т. е отравление. У человека появляются рвота, боли в животе, ощущение жара, снижение артериального давления, цианоз (синюшность), резкое снижение свертываемости крови, поражение печени. При вскрытии обнаруживаются кровоизлияния и диффузный некроз (омертвление) слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта, массивные некрозы (омертвление ткани) печени. В связи с высоким содержанием железа в пищевом рационе отмечают сидероз печени, селезенки и связанные с ними случаи остеопороза (разрежение костного вещества) позвонков.

 При отравлениях соединениями железа необходимо выпить “яичное молоко” (белок 3—4 сырых яиц взбить в 0,25 л молока) и через несколько минут вызвать рвоту. Промыть желудок водой с добавлением активированного угля, соды, крепкого чая.

 Железо занимает пятое место по уровню токсичности после ртути, свинца, кадмия и мышьяка в окружающей среде. Соединения железа(II) токсичнее соединений железа (III). Вдыхание пыли, содержащей железо приводит к заболеваниям легких, сердечно-сосудистой дистонии, к снижению секреции желудка, изменению состава крови, возникновению стоматита, гастрита. Ионы тяжелых металлов, содержащиеся в водоемах, растениях, не только причиняют вред здоровью человека, но и разрушают его генофонд.

В заключение загадки:

А) Я известен с давних пор и имею спрос,

 Опусти меня в раствор – медный купорос.

 Изменить хочу я соль, ну-ка, выйди, соизволь!

 Удивительный момент: стал другим раствор!

 Вытесняю элемент, не вступая в спор.

 На меня взгляни, ответь. Начинаю я ржаветь.

– Какой это металл? (Железо)

Б) От дождя я не ржавею

 Не ломаюсь, не темнею.

 Как алмаз, в бою крепка,

 Как лозиночка, гибка.

 Если крепко закалюсь —

 Никогда не отступлюсь.

 Буду дерево пилить,

 Резать ткань, металл сверлить,

 Научусь всему свободно!

 Все могу, на все пригодна —

 На педаль и на пищаль,

 На скрижаль и на медаль.

 Такова моя мораль!

 Дальше — мой автограф: …. (Сталь)

В) Он идет на сковородки да узорные решетки,

 Он совсем-совсем неловок, невоспитан и нековок ...

 Он ломается, как лед и тяжел, как бегемот.

 Но не врун и не болтун работяга наш – …. (Чугун)

 Индивидуальное задание: Составить кроссворд о металлах.