Железо. Физические и химические свойства

Тема урока: Железо: строение атома, физические и химические свойства.

Цель: развитие информационных и коммуникативных компетенций при изучении особенностей свойств железа, на основе уже имеющихся общих знаний о металлах дать представление о физических и химических свойствах железа как химическому элементу побочной подгруппы.

Задачи:

1 Учебно-организационные:

• Формирование деятельности на уроке,

• Организация развивающего пространства,

• Использование нетрадиционных форм урока.

2. Учебно-коммуникативные:

• Организация равноправного партнерства общения в ходе учебного взаимодействия,

• Создание взаимной заинтересованности в работе друг друга, сотрудничества,

• Развитие внимания, умения составлять конспект урока, выявлять главное.

3. Учебно-интеллектуальные:

• Развивать логическое мышление.

Тип урока: изучение нового материала.

Форма обучения: индивидуальная, групповая и коллективная.

Методы и приемы обучения:

Урок построен в соответствии с требованиями педтехнологии РКМ: включает три стадии - вызова, осмысления, рефлексии; объяснительно - иллюстративный, частично - поисковый.

Ход урока

1. Стадия вызова:

Учитель: 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.
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).

Объявление темы, постановка цели.

• Как вы думаете как будет звучать тема сегодняшнего урока?

• Какие цели мы можем выдвинуть к нашей сегодняшней теме?

Учитель: Ребята, на сегодняшнем уроке Вы познакомитесь с элементом побочной подгруппы – железом: его строением атома, физическими и химическими свойствами, нахождением в природе.

Составление кластера

Физические

свойства

Положение

в ПСХЭ

Д .И. Менделеева

П рименение

Fe

Р оль в жизни

ч еловека и

р астений

Нахождение в

природе

Химические

свойства железа

Сейчас мы отправляемся в путешествие, чтобы познакомиться с удивительным химическим элементом – железом – и образованным им простым веществом. Для этого вам понадобится маршрутная карта. Внимательно рассмотрите её и чётко следуйте инструкциям. Поскольку нам придётся проводить химическое исследование, давайте вспомним правила техники безопасности при работе с растворами кислот (повторение правил).

Маршрутная карта

Дата_____________Тема_____________________________________________________________________________________________________________________________________

Цель: «Изучить положение железа в Периодической системе, строение атома эле­мента, физические и химические свойства простого вещества, рассмотреть основные соединения железа»

Станция 1. «Визитная карточка химического эле­мента»

Время стоянки 5 мин. Работая в паре, определите местоположение элемента в Пе­риодической системе, составьте электрон­ную формулу атома. Сделайте записи в тет­ради.

Порядковый номер:

Период:

Группа:

Подгруппа:

Электронная формула атома:

Тип кристаллической решетки:

Вид химической связи:

Станция 2. «Геологическая»

Время стоянки 5 мин.

Задание: 1. Назвать важнейшие руды и минералы, содержащие железо.

2. Показать важнейшие месторождения на карте.

3. Заполнить таблицу.

Название минерала	Формула	Важнейшие месторождения

Станция 3. «Физические свойства про­стого вещества»

Время стоянки 5 мин.

Задание: определить и доказать физические свойства железа:

Оборудование: гвоздь с ниткой, стакан на 100 мл. с водой, железная стружка, сера, магнит, два листа бумаги, солнечный луч, провод (ксочек).

Проведя опыты заполнить таблицу.

Цвет:
Запах:
Металлический блеск:
Твердость:
Пластичность:
Теплопроводность:
Электропроводность:
Плотность:
Температура плавления:

Станция 4. «Химические свойства про­стого вещества»

Время стоянки 5 мин.

Задание: Изучить химические свойства железа. Проделайте опыты, составьте уравнения химических реакций железа с соляной кислотами. Сделайте выводы. Результаты запишите в таблицу. Если затрудняетесь в написании уравнений, обратитесь к учебнику.

Правила безопасности. Соблюдайте осто­рожность при работе с растворами кислот и щелочей. При нагревании прогревайте сна­чала всю пробирку. Направляйте ее отвер­стие в сторону от себя и соседей.

Опыт 1. Взаимодействие железа с раствором медного купороса.

В пробирку поместите железный гвоздь на нитке. Добавьте 1мл. медного купороса.

Объясните наблюдаемое. Составьте урав­нение химической реакции.

Опыт 2. Взаимодействие железа с соляной кислотой.

В пробирку поместите стружку железа. Добавьте 1 мл соляной кислоты.

Объясните наблюдаемое. Составьте урав­нение химической реакции.

Опыт 3. Взаимодействие железа с кислородом.

Видеопыт.

Опыт 4. Взаимодействие железа с хлором.

Видеопыт

Станция 5. « Биологическая»

Время стоянки 5 мин.

Задание: Какова роль железа в жизни человека и растений.

Для человека	Для растений

Станция 6. «Практическая»

Время стоянки 5 мин.

Задание: Укажите, области применения железа и его сплавов.

Fe

Станция 6. «Конечная – «Попс-формула»

Задание: Написать вывод урока по образцу, закончив предложения:

• Сегодня я понял (а), что……….

• Главным на уроке для меня было………

• Больше всего мне запомнилось………….

2. Стадия осмысления:

Итак, мы с вами начинаем наше путешествие.

Запишите в маршрутной карте дату наше­го путешествия и тему урока.

Станция 1. «Визитная карточка химического эле­мента»

Время стоянки 5 мин. Работая в паре, определите местоположение элемента в Пе­риодической системе, составьте электрон­ную формулу атома. Сделайте записи в тет­ради.

Порядковый номер:

Период:

Группа:

Подгруппа:

Электронная формула атома: (у доски)

Тип кристаллической решетки:

Вид химической связи:

Станция 2. «Геологическая»

По запасам в земной коре железо занимает 4 место после O, Si, Al. Его содержание в земной коре около 5 %

А теперь, используя знания географии, давайте вспомним минералы железа и их местонахождение (Учащиеся называют) (используется физическая карта России). Самое крупное скопление самородного железа было найдено на берегу острова Диско у берегов Гренландии. В отличие от метеоритного оно содержит не более 2% никеля, до 0,3% кобальта, около 0,4% меди и до 0,1% платины. В природе железо встречается виде минералов (демонстрируется коллекция). По распространенности среди металлов железо занимает второе место, после алюминия. Состав, местонахождение и общая характеристика важнейших минералов железа представлены в таблице1 (таблица на доске).

Таблица 1. Важнейшие руды и минералы, содержащие железо.

Название минералов	Химическая формула	Важнейшие месторождения
Магнетит ( магнитный железняк)	Fe3O4	Южный Урал (Магнитогорск, Курская магнитная аномалия)
Гематит (красный железняк)	Fe2O3	Криворожский район (Украина)
Лимонит (бурый железняк)	2Fe2O3. 3H2O	Крым (Керченские месторождения)
Сидерит ( железный шпат)	FeCO3	г. Братск
Пирит (железный колчедан)	FeS2	Урал

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.

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.

Станция 3. «Физические свойства железа». 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.

Станция 4. « Химическая». Химические свойства железа

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.

На столах учащихся находятся реактивы и оборудование: пробирки, Fe(порошок), S , CuSO₄, HCl,_, железный гвоздь. Исходя из знаний о химических свойствах металлов, как вы думаете, какими химическими свойствами будет обладать железо +2, +3 ? Проводится эксперимент.

1. Взаимодействие с простыми веществами - неметаллами.

Fe + S= FeS (при нагревании)

2Fe +3Cl₂ = 2FeCl₃

3Fe +2O₂ = Fe₃O₄ (Fe₂O₃ FeO ) –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

Fe + 2HCl= FeCl₂ + H₂

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 + 4H₂ при температуре 700-900^оС . Эту реакцию использовал Лавуазье для получения водорода.

Слайд.

Fe

+2 +3

S, Cu²⁺, p-рHCI, p-рH₂SO₄ CI₂, HNO₃

+2, +3

O₂, H₂O

Вывод: железо – восстановитель. Образует два ряда соединений: Fe⁺² и Fe⁺³.

Станция 5. « Биологическая». 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. 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).

Станция 6. « Практическая» Применение железа и его сплавов.

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.

Физминутка:

«Клоуны»

Учитель предлагает учащимся поиграть в клоунов.

Для этого они должны выполнить следующие задания:

• Брови свести и развести;

• Глаза сильно прищурить и широко открыть;

• Губы максимально растянуть в улыбке, а затем поджать их;

• Шею максимально вытянуть, а затем опустить её;

• Плечи максимально свести и развести;

• Руками обнять себя, погладить и пожелать себе успехов, улбнуться.

Защита работ.

5. Подведение итогов занятия. Рефлексия

Вернемся к теме сегодняшнего урока.

? Какую проблему мы поставили в начале его?

? Удалось ли нам ее решить?

? К какому выводу вы пришли?

Проблемные вопросы.

• Если Fe – металл, какая у него кристаллическая решетка?

• Какой тип связи?

• Какие свойства должны быть у металла Fe? (пластичность)

• Почему гвоздь не гнется? (так как гвоздь состоит из сплава, чистое железо не применяется в быту и технике именно из-за пластичности и мягкости

Домашнее задание: §

Выставление оценок за работу на уроке активным ученикам.

Литература:

1. Новошинский И.И. Химия 9 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений,Русское слово, 2008.

2. Габриелян О. С. Химия 9 класс: Настольная книга учителя. О. О. Габриелян, И.Г. Остроумов. М.: Дрофа, 2003.