Тема. Железо и его соединения.
Цель:
· познакомить с некоторыми химическими свойствами соединений железа в различных степенях окисления.
Реактивы: железные опилки Fe, соль Мора (NH4)2SO4·FeSO4·6H2O, раствор хлорида железа (III) FeCl3, раствор гексационоферрата (III) калия K3[Fe(CN)6], раствор гексационоферрата (II) калия K4[Fe(CN)6], раствор роданида калия KCNS, раствор соляной кислоты HCl (концентрированный и разбавленный), раствор серной кислоты H2SO4 (концентрированный и разбавленный), раствор азотной кислоты HNO3 (концентрированный и разбавленный), раствор гидроксида натрия NaOH (концентрированный и разбавленный).
Посуда и оборудование: спиртовка, держатель для пробирок, штатив для пробирок, шпатель, пробирки, стеклянная палочка.
Ход работы
Опыт 1. Свойства металлического железа
Испытайте действие на железо концентрированных и разбавленных кислот при обычных условиях и при нагревании.
Для этого поместите железные опилки в пробирку и прилейте несколько капель разбавленной соляной кислоты, запишите наблюдаемые явления и дайте им объяснения. Опыт повторите с разбавленными растворами серной и азотной кислот. Осторожно нагрейте те пробирки, в которых не происходит взаимодействие железа с кислотой. Отметьте наблюдения.
Повторите опыт с концентрированными растворами кислот. Запишите наблюдаемые явления, обратите внимание на цвет и запах выделяющихся газов и на цвет растворов.
№ эксп. | Порядок выполнения | Наблюдения | Уравнение реакции | Выводы | |
1 | 1. В пробирку поместили железные опилки и прилили несколько капель разбавленной соляной кислоты. 2. … | Наблюдается выделение бесцветного газа, раствор окрашивает-ся в бледно-зеленый цвет | Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 Fe0 - 2e Fe2+ восстановитель 2H+ + 2e H2 окислитель | Железо взаимодействует с соляной кислотой, проявляя восстановитель-ные свойства, в результате реакции образуется соль - хлорид железа (II)и выделяется бесцветный газ - водород |
Опыт 2. Гидроксид железа (II), получение и свойства
Вскипятите немного воды, охладите ее и добавьте несколько кристаллов соли Мора (NH4)2SO4·FeSO4·6H2O. В пробирку со свежеприготовленным раствором соли Мора прилейте раствор гидроксида натрия до выпадения осадка. Отметьте цвет осадка. Оставьте осадок на воздухе и наблюдайте за быстрым изменением окраски.
Запишите уравнение реакции получения гидроксида железа (II) (в уравнении учитывайте только FeSO4) в молекулярной и ионной форме и уравнение окисления гидроксида железа (II) кислородом воздуха. Сделайте вывод об устойчивости ионов двухвалентного железа.
Опыт 3. Гидроксид железа (III), получение и свойства
В пробирку поместите несколько капель раствора хлорида железа (III) и прибавьте по каплям раствор гидроксида натрия до выпадения осадка. Отметьте цвет осадка. Полученный осадок разделите на две части. К первой прилейте по каплям раствор соляной кислоты, ко второй - концентрированный раствор гидроксида натрия. Запишите наблюдаемые явления.
Запишите уравнения получения гидроксида железа (III). Приведите уравнения растворения гидроксида железа (III) в кислоте и в щелочи, сделайте вывод о кислотно-основных свойствах гидроксида железа (III).
Опыт 4. Качественные реакции на ионы Fe (II) и Fe (III)
Взаимодействие соли железа (II) с гексационоферратом (III) калия (качественная реакция на ионы Fe2+)
В пробирку с раствором соли Мора (NH4)2SO4·FeSO4·6H2O прилейте несколько капель раствора гексационоферрата (III) калия (красной кровяной соли). Отметьте цвет осадка. Запишите уравнение реакции, дайте название образовавшемуся соединению KFe+2[Fe+3(CN)6] (используйте справочную литературу).
Взаимодействие соли железа (III) с гексационоферратом (II) калия (качественная реакция на ионы Fe3+)
В пробирку с раствором хлорида железа (III) прилейте несколько капель раствора гексационоферрата (II) калия (желтой кровяной соли). Отметьте цвет осадка. Запишите уравнение реакции, дайте название образовавшемуся соединению KFe+3[Fe+2(CN)6] (используйте справочную литературу).
Взаимодействие соли железа (III) с роданидом калия (качественная реакция на ионы Fe3+)
В пробирку с раствором хлорида железа (III) прилейте несколько капель раствора роданида калия. Отметьте цвет раствора. Запишите уравнение реакции.
Сделайте общий вывод по работе.
Урок 2 "Пришелец из космоса". "Железо и его соединения"
Цели урока:
· в процессе исследования изучить физические и химические свойства железа и его соединений;
· развивать дальнейшие умения составлять молекулярные и ионные уравнения химических реакций;
· учить сравнивать, обобщать, анализировать и делать выводы;
· развивать познавательную деятельность через эксперимент и посредством заданий развивающего характера;
· развивать коммуникативные качества личности.
Метод обучения: проблемно-поисковый
Организационные формы: беседа, самостоятельная и практическая работа, сообщения учащихся
Средства обучения: таблицы, химическое оборудование и реактивы, медиапроектор.
Программное обеспечение: компьютерная презентация к уроку (Приложение №1)
Эпиграф к уроку:
Другого ничего в природе нет
Ни здесь, ни там, в космических глубинах:
Все от песчинок малых до планет -
Из элементов состоит единых.
С. Щипачев
I. Введение в тему. Вступительное слово учителя.
Ребята! Сегодня мы с вами отправимся в далёкое 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.
II. Первая остановка “Космическая” (появление железа на Земле). Сообщение ученика.
Знакомство человека с железом произошло в давние времена. Есть основания полагать, что образцы железа, которые держали в руках первобытные люди, были неземного происхождения. Входя в состав некоторых метеоритов - вечных странников океана Вселенной, случайно нашедших приют на нашей планете, - метеоритное железо было тем материалом, из которого человек изготовил впервые железные изделия. Железо в самородном состоянии встречается на земле главным образом в виде метеоритного, “космического” железа.
- 18 октября 1916 года вблизи с. Богуславки Дальневосточного края наблюдали падение метеорита, два его осколка весили по 256 кг.
- 1920 год - Юго-Западная Африка, метеорит “Гоба” весом около 60 тонн.
- 30 июня 1908 г. упал знаменитый Тунгусский метеорит весом 50 тыс. тонн.
III. Вторая остановка. “Составление визитки для железа как химического элемента” (работа в парах).
Учитель: Работая с Периодической таблицей химических элементов, составьте визитную карточку для железа по алгоритму:
Порядковый номер:
Период:
Группа:
Подгруппа:
Электронная формула:
(После работы в парах на экране появляется слайд № 1 “Визитная карточка”), учитель выслушивает ответы учащихся.
? Исходя из строения атома железа, определить его валентные электроны.
Учитель. Железо имеет 8 валентных электронов (два из них на 4s- и шесть на 3d-АО). Однако валентность 8 для железа не характерна; неустойчивы и соединения с шестивалентным железом, например производные железной кислоты H2FeO4, являющиеся сильнейшими окислителями. Обычно железо проявляет валентности равные двум и трем и соответствующие степени окисления.
? Какими свойствами обладает железо как простое вещество?
(Учитель предлагает совершить следующую остановку).
IV. Третья остановка “Физические свойства”( работа в парах). Учащиеся работают с учебником, справочной литературой и записывают в тетрадь характерные физические свойства:
Цвет:
Металлический блеск:
Твердость:
Пластичность:
Теплопроводность:
Электропроводность:
Плотность:
Температура плавления:
Железо - серебристо-белый или серый металл, твердый, с высокой пластичностью, теплопроводностью и электропроводностью, плотность его равна 7,87 г/см3, тугоплавкий-1540?С. Это самый распространенный химических элементов в природе. В земной коре его массовая доля составляет 5,1%.
Учитель проверяет выполненную работу в виде беседы с классом.
? Какими ещё свойствами обладает железо?
Учитель. Да, в отличие от других металлов, железо способно намагничиваться, оно обладает ферромагнетизмом.
Демонстрация опыта: намагничивание железных опилок.
? Какова активность железа?
Учитель обращает внимание учащихся на электрохимический ряд напряжения металлов. Для того, чтобы узнать активность железа по отношению к другим веществам, мы совершаем с вами очередную остановку.
V. Четвёртая остановка. Экспериментальная. “Химические свойства железа”.
Учитель. Железо взаимодействует как с простыми, так и сложными веществами. Предлагаю вам провести эксперименты с серой, соляной кислотой, сульфатом меди, объяснить свои наблюдения и составить уравнения химических реакций.
? Чем является железо в данных уравнениях реакций? (На экране появляется второй слайд).
1. Fe + S = FeS
2. Fe + 2HCI = FeCI2 + H2
3. Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu
Fe0 - 2e = Fe+2 (восстановитель)
? Что вы наблюдали при проведении третьей реакции? (Железо вытеснило медь из раствора сульфата меди).
? Действует ли вода и кислород на железо?
Учитель. При обычных условиях вода не действует на железо, однако, в присутствии кислорода протекает следующая реакция: (на экране появляется слайд №3)
Fe(OH)3 - гидроксид железа (III) - основная часть ржавчины. Для протекания данной реакции необходимо одновременно присутствие воды и кислорода, в противном случае коррозия так и не наступит. Известно, что в течение многих столетий стоит знаменитая железная колонна в столице Индии Дели. Почему? (Там сухой воздух).
Учитель. Предлагаю учащимся провести опыт: реакцию обмена между сульфатом железа (II) и гидроксидом меди, записать уравнение химической реакции в молекулярном и ионном виде (на экране появляется слайд № 4).
Учитель предлагает учащимся вновь вернуться к полученному осадку и посмотреть на изменение цвета.
? Как изменился цвет осадка? Что произошло?
Учитель. Соединение железа двухвалентного неустойчиво и окисляется, превращаясь в соединение железа трехвалентного бурого цвета (слайд № 5).
? Может вытеснять железо водород из воды?
Да, может, но только при сильном нагревании (запись на доске).
Fe + H2O = FeO +H2
Fe0 - 2e = Fe+2 - восстановитель - окисление
2H+ + 2е = Н2 - окислитель - восстановление
? Какие два оксида образует химический элемент железо? (FeO и Fe2O3)
? Какими свойствами они обладают? (Основными).
При окислении железа в высокотемпературном режиме образуется железная окалина:
3 Fe +2O2 = Fе 3O 4
Учитель. Что вы узнали во время данной остановки? Какими свойствами обладает железо как простое вещество? Сделайте вывод.
VI. Остановка № 5. “ Подумай!” (слайд № 6).
(Письменная работа, в результате которой учащиеся должны написать возможно протекающие реакции).
VII. Остановка № 6. “Значение железа” (сообщение ученика)
Биохимики раскрывают огромную роль железа в жизни растений, животных и человека. Входя в состав гемоглобина, железо обуславливает красный цвет этого вещества, от которого, в свою очередь, зависит цвет крови. В организме взрослого человека содержится 3 г железа, из них 75% входят в состав гемоглобина, благодаря которому осуществляется важнейший биологический процесс - дыхание. Железо необходимо и для растений. Оно участвует в окислительных процессах протоплазмы, при дыхании растений и в построении хлорофилла, хотя само и не входит в его состав.
Железо издавна применяется в медицине для лечения малокровия, при истощении, упадке сил.
Железо - основа всей металлургии, машиностроения, железнодорожного транспорта, судостроения, грандиозных инженерных сооружений - от башни Эйфеля до ажура железнодорожных мостов. Все, все - начиная от швейной иглы, гвоздя, топора и кончая паутиной железных дорог, плавающими крепостями - авианосцами и линкорами - и огнедышащими домнами, где рождается само железо, - состоит из железа. Железо - это металл созидания!
YIII. Подведение итогов урока. Рефлексия.
Учитель. В завершении путешествия поделитесь своими впечатлениями. Для этого допишите предложения, посвященные сегодняшнему уроку:
Сегодня я узнал (а)______________________________________
Я удивился (лась)_______________________________________
Теперь я умею _________________________________________
Я хотел (а) бы __________________________________________
Домашнее задание
3.2 ЗадачиВажную роль в процессе подготовки к экзамену по химии играют задачи. Их решение способствует неформальному усвоению теоретического курса. Они включаются в экзаменационные билеты. При этом мы будем рассматривать некоторые наиболее типовые задачи с решениями [5, 11, 12].1.Почему применение чистого железа ограничено?Ответ Чистое железо достаточно легко корродирует, поэтому его надо каким-то образом защищать от коррозии- либо покрывать защитным покрытием, либо применять в виде сплавов.2. Составьте уравнения реакций железа с простыми и сложными веществами. Покажите переход электронов и поясните, что окисляется и что восстанавливается3. Требуется скрепить железные детали. Какими заклепками следует пользоваться -- медными или цинковыми, чтобы замедлить коррозию деталей? Ответ обоснуйте.Ответ: Если скрепить железные детали медными заклепками, то процесс электрохимической коррозии железа усилится, поскольку медь -- менее активный металл, чем железо. Поэтому надо пользоваться цинковыми заклепками, которые замедляют коррозию железа. При этом сами заклепки буду корродировать быстрее, чем в отсутствие железа.4. Вычислите массовые доли железа в соединениях: , , . В каком из этих соединений массовая доля железа наибольшая?5. Минерал содержит 72, 36% железа и 27, 64% кислорода. Определите формулу минерала.6. Сколько граммов сульфата железа (II) можно получить при растворении 140г железа в разбавленной серной кислоте?7. Сколько граммов гидроксида железа (III) можно получить при взаимодействии 120г гидроксида натрия с избытком хлорида железа (III)?3.3 Тесты1.Хлорид железа (II) получают реакцией:а) б) +в)г) 2.Какова электронная конфигурация атома железаа) б)в) +г)3. С какими из указанных веществ реагирует железоа) +б)в) +г)4. Взаимодействие соляной кислоты с оксидом железа (II) относится к реакции:а) разложенияб) соединенияв) замещенияг) обмена +5. О простом веществе железо идет речь в выраженииа) железо входит в состав сталиб) железо входит в состав ржавчиныв) железо входит в состав железного купоросаг) железо притягивается магнитом +6. Химическое равновесие в системе сместится в сторону продукта реакции приа) повышении давленияб) повышении температурыв) понижении давленияг) использовании катализатора7.Сумма коэффициентов перед формулами неэлектролитов в уравнении реакции равноа)2 +б) 3в) 4г)58. Концентрированную азотную кислоту можно транспортировать в стальных цистернах так как :а) железо не растворяется в кислотахб) азотная кислота не действует на металлыв) концетрированная азотная кислота не реагирует с железом +г) азотная кислота является сильным электролитом9. Коэффициент перед формулой восстановителя в уравнении реакции алюминия с оксидом железа (II) равена) 1б)2 +в)3г)410. Химическое равновесие в системе не смещается приа) повышении давления +б) повышении температурыв) понижении температурыг) добавлении водорода11. Осадок образуется при взаимодействии растворов хлорида железа (III) иа) гидроксида натрия +б) сульфата натрияв) соляной кислотыг) нитрата меди (II)12. Формула вещества, обозначенного «Х» в схеме превращенийа) б) в) +г)13. Суммы всех коэффициентов в полном и сокращенном ионных уравнениях реакции между растворами сульфата железа (II) с гидроксидом бария равныа) 9 и 5б) 9 и 7в) 7 и 5г) 7 и 7 +14. При нагревании 28г железа с 32г серы образуется сульфид железа (Mr=88) массой:а) 32гб)38гв)44г +г)60г15. Растворение желез в соляной кислоте будет замедляться при:а) увеличении концентрации кислотыб) раздроблении железав) разбавлении кислоты +г)повышении температуры16. Химическое равновесие в системе сместится в сторону исходных веществ приа) повышении давленияб) повышении температурыв) понижении давленияг) понижении температуры +17. При взаимодействии с хлором железо проявляет свойстваа) окислительныеб) кислотныев) восстановительные +г) основные18. Сокращенное ионное уравнение соответствует взаимодействию:а) раствора соли железа (II) с раствором щелочи +б) раствора соли железа (II) со щелочьюв) раствора соли железа (II) с нерастворимым основаниемг) нерастворимой соли железа (II) с нерастворимым основанием19. В уравнении реакции железа с хлором с образованием хлорида железа (III) коэффициент перед формулой соли равен:а) 1б) 2 +в) 3г) 420. Соляная кислота может взаимодействовать со всеми веществами группыа) железо, оксид железа (III), гидроксид меди (II) +б) цинк, оксид кремния (IV), гидроксид меди (II)в) медь, оксид меди (II), гидроксид меди (II)г) сера, оксид серы (IV), оксид серы (VI)21. При пропускании водорода над раскаленным оксидом железа (III) водород играет роль:а) восстановителя +б) катализаторав) окислителяг) и восстановителя, и окислителя22. В уравнении реакции, схема которой коэффициент перед формулой восстановителя равен:а)1б) 2в) 3г) 4 +23. В химических реакциях Fe2+выполняет роль:а) окислителя;б) восстановителя; +в) окислителя или восстановителя в зависимости от условий.24. FeCl3+NaOHа) Fe3+ +3OH- Fe(OH)3 +б) Fe2+ +2OH- Fe(OH)2в) Fe3+ + OH- Fe(OH)325.Fe(NO3)2+K3PO4а) 2Fe3+ + 3PO42- Fe2(PO4)3б) 3Fe2+ +2 PO43- Fe3(PO4)2 +в) Fe2+ + PO42- Fe PO4 26. Fe2O3+HClа) Fe2O3+6H+ 2Fe3+ +3H2O +б) 2Fe3+ + O32+ +6 H+ Fe3+ + 3Н2Ов) Fe2O3+6H+2Fe2+ + 3Н2О27. LiOH+FeCl2а) Fe2+ +2OH- Fe(OH)2 б) Fe3+ + 3OH- Fe(OH)3в) Fe2+ +OH- Fe(OH)2 +28.№ | Дана схема реакции | № ответа | Полуреакция в электронном балансе | |
1.2.3.4. 5. | Fe+Cl2 FeCl3Li+H2 LiHFe+HCl FeCl2 + H2Li+H2O LiOH+ H2 FeO+HCl FeCl2 + H2O | А)Б)Г)Д) E) | H20 +2e- 2H-Cl20+2e- 2Cl-2H++2e- H202Cl- - 2e- 2Cl0Fe0 -2e- Fe2+ Fe0 -3e- Fe3- |