Металл созидатель, металл разрушитель

Урок химии в 9 классе Железо – металл созидатель, металл разрушитель

Кластер

Простое вещество

Химический элемент

Fe

2.Химические свойства

1. Физические

свойства

1.Положение в ПТХЭ

Химический элемент

Простое вещество

Fe

2. Строение атома

3.Нахождение

в природе

4.Применение

3.Получение

Древние изделия из железа.

Самые древние изделия из железа, найденные при раскопках, имеют возраст около 6 000 лет . И , кто бы знал, что именно железом платили дань некоторые плененные народы!

И что вплоть до 14 века из железа делались украшения, и ценились они не ниже золотых!

Железо

Fe (лат. ferrum, от греко-лат fars. – быть твердым).

В древнем Египте Fe называли « бе – нипет »- упавший с неба; древнегреческое sideros – звезда, небесное тело

Интересно, что метеориты бывают практически целиком железные (это каждый 16-тый падающий на Землю метеорит). Они состоят более чем на 90% из железа.

«Лунное» железо.

А знаете ли Вы, что такое «лунное» железо?

Да-да, это железо, которое было обнаружено в доставленном на Землю образце лунного грунта! Лунная пыль, а в ней распыленное железо!

Да, еще какое!

Это металлическое железо совсем не окисляется на воздухе! Ученые предполагают, что «виноват» в этом солнечный ветер, воздействующий на незащищенную атмосферой поверхность Луны. Бомбардировка поверхности Луны ионами и протонами солнечного ветра значительно повышает коррозионную устойчивость железа.

Метеоритное железо

Самый крупный железный метеорит, получивший название «Гоба», был найден в Африке и весил 60 тонн. Метеоритное железо очень прочное и трудно поддается ковке.

Однако, в истории все-таки известны образцы оружия, выкованные из метеоритного железа , таковы, например, шпаги Боливара и русского царя Александра I.

А.Е Ферсман

Железо не только основа всего мира, самый главный металл окружающей нас природы,

оно – основа культуры и промышленности , оно – орудие войны и мирного труда.

И трудно во всей таблице Менделеева найти другой элемент, который был бы так связан с прошлым, настоящим и будущими судьбами человечества.

А. Е. Ферсман .

В бою железо дороже золота

• Более 90% всех металлов, которые использовались в Великой Отечественной Войне, приходиться на железо.
• Колоссальная масса железа истрачена на земном шаре в ходе войн. За первую мировую войну было израсходовано не менее 200 млн. тонн стали . За Вторую Мировую - примерно 800 млн. тонн.

Где кровь, там и железо  

За последние

три года войны

было произведено

660 тыс. орудий ,

1 млн. 350 тыс.

ручных и станковых

пулеметов ,

около 6 млн.

автоматов.

Железо – орудие войны

Чтобы судить о масштабах расхода железа в минувшей войне, назовем одну цифру –

миллион бомб

сброшено фашистской авиацией

на Сталинград!

Алхимический знак

Планета

Атрибуты бога войны Марса

Щит и меч

Символизирует

Марс

война

День недели

тюрьмы

Вторник

Железо – орудие мирного труда

Всего несколько железных изделий было найдено в гробнице фараона Тутанхомона, среди них железный амулет бога Гора, небольшой кинжальчик с железным клинком и золотой рукояткой, маленькая железная скамеечка “Урс”.

В 1813 году во время войны с Наполеоном прусская принцесса Мариана придумала способ пополнения казны. Немецким женщинам предложили обменивать золотые украшения на аналогичные ювелирные предметы из железа, на которых был надпись «Gold gab ich für Eisen» («Золотом отдам я за Железо» ). Ношение таких украшений быстро вошло в моду и подчёркивало патриотизм обладательницы. Похожая идея способствовала созданию в том же 1813 году одной из самых знаменитых немецких наград, орден Железного креста. В отличие от других существующих медалей, Железный крест из драгоценного имел только скромную серебряную оправу.

Кутубская колонна

В Индии недалеко от города Дели под открытым небом стоит огромная железная колонна высотой более 7 метров , весом 6,5 тонн , изготовленная практически из чистого железа (99,7%), которая, несмотря на свой многовековой возраст (установлена в 5 веке н.э .), не ржавеет!

Любопытно: когда ученые из Англии взяли кусочки железа Кутубской колонны на анализ, образцы  по приезду в Лондон,

проржавели…

Кровавый водопад

В Антарктиде из ледника Тейлора временами выходит Кровавый водопад . Вода в нём содержит двухвалентное железо, которое, соединяясь с атмосферным воздухом, окисляется и образует ржавчину. Это и придаёт водопаду кроваво-рыжий цвет. Двухвалентное железо в воде производят бактерии, живущие в глубоко подо льдом. Они перерабатывают остатки органики, а «дышат» трёхвалентным железом из окружающих пород.

Химический элемент железо

Задание 1 : опишите положение железа в периодической

системе по плану:

а) порядковый номер, А r ;

б) номер периода;

в) номер группы, подгруппа.

• а) порядковый номер, А r ; б) номер периода; в) номер группы, подгруппа.

Вспомните: каков физический смысл порядкового

номера элемента, номера периода?

• номера элемента, номера периода?

Задание 2 : охарактеризуйте строение атома железа:

а) заряд ядра атома;

б) общее число электронов в атоме;

в) число энергетических уровней в атоме

• б) общее число электронов в атоме; в) число энергетических уровней в атоме
• б) общее число электронов в атоме; в) число энергетических уровней в атоме
• б) общее число электронов в атоме; в) число энергетических уровней в атоме

Положение Fe в ПТХЭ

Вставьте пропущенные слова:

большом

Химический элемент Fe в периодической таблице расположен в

4

нечетном

в 8

4

побочной

подгруппе. Ar ( Fe ) = 56

периоде,

группе,

ряду,

Порядковый номер

следовательно

26 ,

заряд ядра +26

энергетических уровней.

Находится в

4

периоде, следовательно

4

Число протонов

число электронов

26 ,

30 .

26 ,

число нейтронов

Задание ( взаимоконтроль )

1.Составить электронную формулу атома железа.

2. Составить графическую формулу атома железа.

Запомни!

Особенностью электронного строения элементов побочных подгрупп является заполнение электронами не последнего, а предпоследнего уровня .

Строение атома

Fе

2

14

2

8

s

1 уровень

1s 2

p

1s 2 2s 2 2p 6

2 уровень

d

3 уровень

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6

4 уровень

4s 2

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2

F е – d элемент

Строение атома

0

56

+26

4 s 2

4 s 2

1 4 e

2e

8e

2e

3d 6

3d 6

3p 6

3p 6

3s 2

3s 2

2p 6

2p 6

2s 2

2s 2

1 s 2

1 s 2

III

II,

Валентные возможности -

Краткая электронная формула

Строение атома

Fе – d элемент

4s 2

Fe⃰

4 уровень

ст. ок. +2

3s

3p

3d

Fe⃰

3 уровень

ст. ок. +3

4 уровень

4p 2

4s 1

Fe⃰

3d 6

ст. ок. +6

4d 2

4p 3

4s 2

4s 1

4p 3 4d 2

Строение атома

Задание

Сравнивая атомные радиусы элементов, определите, какой из элементов наиболее ярко проявляет металлические свойства и почему?

Радиус атома, нм Fe Na Mg Al

0.126 0,186 0,160 0,140

Распространенность в природе

Нахождение в природе

FeCO3

Fe 3 O 4

FeS 2

Fe 2 O 3

2Fe 2 O 3 . 3H 2 O

Пирит

(железный колчедан)

Гематит

(красный железняк)

Магнетит

( магнитный железняк)

Лимонит

(бурый железняк)

Сидерит

( железный шпат)

Fe – 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 755 миллиардов тонн, но доступно человеку лишь малое его количество.

Физические свойства

Fe Кристаллическая решетка Физические свойства

• Был нескромным я не в меру,

2. Топор был выкован железный

Тысячи лет до нашей эры.

А за блеск, мерцавший холодом,

Люди там платили золотом!

А. Электропроводность

Б. Ковкость и

пластичность

В. Теплопроводность

Г. Магнетизм

Д. Металлический

блеск

3. Электромагнит с железным сердечником изобрел в 1823 г. самоучка, сын английского сапожника В.Стержен.

4.Знаменитая Эйфелева башня – «железная мадам», как часто называют ее парижане, – летом на 15 см выше, чем зимой.

При нагревании Железа в сухом воздухе выше 200°С оно покрывается тончайшей оксидной пленкой , которая защищает металл от коррозии при обычных температурах; это лежит в основе технического метода защиты Железа - воронения

5.На стыках рельсов электрофицированных железных дорог делают толстые медные перемычки, чтобы цепь не была разомкнута.

Физические свойства

Железо имеет четыре модификации:

При 770° С α-Fе в β-Fе , но кристаллическая структура его не изменяется. При 912° С изменяется структура кристалла: из объемноцентрированной переходит в гранецентрированную кубическую структуру γ-Fе , а металл оста­ется парамагнитным.

При 1394 °С происходит новый полиморфный переход и образуется δ-Fе с кубической решеткой, которое су­ществует вплоть до температуры плавления железа (1539°С).

Полиморфное превращение железа

0,293 нм

0,286 нм

0,356 нм

0,290 нм

770 0 с

1400 0 с

910 0 с

  γ- Fe

  δ- Fe

  α- Fe        β- Fe

Химические свойства

Даны образцы соединений железа: FeCl 2 , FeCL 3 ,FeSO 4 , Fe 3 O 4 .

Гипотеза: если есть такие соединения железа, то их можно получить

химическим путём.

Предложите вещества , которые необходимо взять, для получения соединений железа. Для решения мысленного эксперимента воспользуйтесь опорной схемой:

Fe 0 – 2e = Fe +2 + ( кислоты: соляная, серная, соли, сера )

Fe 0 – 3e = Fe +3 + ( сильные окислители: хлор, азотная кислота конц.,

серная кислота конц.)

Fe 3 O 4

+Cl 2

+?

+S

+ HCl

+CuSO 4

? + ? ? + ?

Взаимодействие с простыми веществами – с неметаллами

1. С кислородом: в отсутствии влаги с сухим воздухом железо

начинает заметно реагировать лишь при температуре выше 150 0

3Fe + 2O 2 Fe 2 O 3

(FeO · Fe 2 O 3 )

железная окалина

2. С серой: железо реагирует при нагревании, образуя сульфид железа ( ІІ )

FeS

Fe + S

восстановитель, окисление

Fe 0 - 2℮ Fe +2

S 0 - 2℮ S -2

1

2

окислитель, восстановление

1

Напишите уравнения происходящих реакций, в примере

• укажите окислитель и восстановитель 2.расставьте коэффициенты методом электронного баланса

Взаимодействие с простыми веществами – с неметаллами

3. При нагревании железо реагирует с галогенами, образуя галогениды железа (ІІІ)

2Fe 0 + 3Cl 2 0 2Fe +3 Cl 3 -1

Электронный баланс

Fe 0 - 3℮ Fe +3

2Cl 0 + 2℮ Cl 2 -1

восстановитель, окисление

2

6

окислитель, восстановление

3

Fe + FeCl 3 → 2FeCl 2

Взаимодействие со сложными веществами

1. С холодной водой железо не взаимодействует, возможна лишь реакция раскаленного железа с водяным паром.

3 Fe + 4 H 2 O Fe 3 O 4 + 4 H 2 (при t = 700 0 - 900 0 )

900 0 C

FeO + H 2

Fe + H 2 O

вакуум

2. При совместном действии кислорода и воды, достаточно интенсивно происходит процесс коррозии.

4 Fe + 6 H 2 O + 3 O 2 4 Fe(OH) 3

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 его годовой добыче. На защиту от коррозии тратятся средства превышающие затраты на производство этого металла.

в) В безводных азотной и серной кислотах железо не растворяется, так как на поверхности металла возникает пленка, препятствующая реакции металла с кислотой ( происходит пассивация металла)

а) Железо растворяется в HCl и разбавленной H ₂ SO ₄

кислота + Fe → cоль Fe (II) + Н₂

б) При взаимодействии железа с разбавленной HNO₃ образуются

N 2 , NO, NH 3 , NH 4 NO 3 в зависимости от концентрации кислоты.

Задание 5:

1. Напишите молекулярное, полное и сокращенное ионное

уравнение реакций (а) .

2 . Расставьте коэффициенты методом электронного баланса (б)

а) Fe + HCl → …..

б) Fe + HNO₃ (разб.) → ….NO + Н₂O

Проверьте себя:

1) Fe + 2 HCl → FeCl₂ + H 2 ↑

Fe ⁰ + 2 H ⁺ + 2 Cl ¯ → Fe ²⁺ + 2 Cl ¯ + H ⁰ 2 ↑

Fe ⁰ + 2 H ⁺ → Fe ²⁺ + H ⁰ 2 ↑

Взаимодействие со сложными веществами

4. Находясь левее водорода в ряду напряжений, железо вытесняет его из разбавленных кислот (кроме азотной): при этом образуются соли железа (ІІ)

Fe + 2 HCl FeCl 2 + H 2

H 2 SO 4 + Fe = FeSO 4 + H 2

Fe 0 + 4 HNO 3 Fe +3 (NO 3 ) 3 + N +2 O + 2 H 2 O

1

восстановитель, окисление

Fe 0 - 3℮ Fe +3

N +5 + 3℮ N +2

3

окислитель, восстановление

1

Взаимодействие со сложными веществами

С концентрированной азотной кислотой железо реагирует с образованием нитрата железа ( III), H 2 O, и NO 2 (бурый газ)

С концентрированной серной кислотой железо реагирует с образованием сульфата железа ( III), H 2 O, и SO 2 (сернистый газ)

Задание 6:

Составить уравнение реакции взаимодействия железа с конц. серной кислотой и расставьте коэффициенты методом электронного баланса

Проверьте себя

+3

+4

+6

0

Fe + H 2 SO 4 ( конц) Fe(SO 4 ) 3 + SO 2 + H 2 O

Fe - 3℮ Fe восстановитель, окисление

S + 2℮ S окислитель, восстановление

+3

0

2

6

+4

+6

3

Взаимодействие со сложными веществами

Вспомните общее правило взаимодействия

металлов с растворами солей.

Задание 6: напишите молекулярное, полное и сокращенное

ионное уравнение реакции

раствор CuSO 4

Fe

5. Железо вытесняет менее активные металлы из водных растворов

их солей

Fe + CuSO 4 FeSO 4 + Cu

Проверьте себя:

а) Fe + CuCl₂ → FeCl₂ + Cu↓

Fe ⁰ + Cu ²⁺ + 2 Cl ⁻ → Fe ²⁺ + 2 Cl ⁻ + Cu ⁰ ↓

Fe ⁰ + Cu ²⁺ → Fe ²⁺ + Cu ⁰ ↓

ПОЛУЧЕНИЕ

1) Основной промышленный способ переработки железных руд

- производство чугуна (сплав железа, содержащий 2,2–4% С, а также

Si, Mn, P, S). Процесс, протекающий в доменной печи, основан на

восстановлении оксидов железа при нагревании:

Fe 2 O 3 + CO → Fe 3 O 4 + CO 2 , FeO + CO → Fe + CO 2 Fe 3 O 4 + CO → FeO + CO 2 FeO + C → Fe + CO

2) Существует и прямой метод получения железа, основанный на

восстановлении окатышей магнитного железняка природным газом,

водородом или алюминием (алюмотермия)

Fe 3 O 4 + CH 4 →3Fe + CO 2 + 2H 2 O (t = 1 000°C)

Fe 2 O 3 + 2 Al = 2Fe + Al 2 O 3

Fe 3 O 4 + 4H 2 = 3Fe + 4H 2 O

3) Очень чистое железо в виде порошка получают разложением карбонила Fe(CO) 5. При температуре около 250° карбонил разлагается, образуя порошок железа: Fе(СО) 5 = Fе + 5СО

Задание 7: расставьте коэффициенты в приведенных выше схемах реакций

Проверьте себя:

1) 3 Fe 2 O 3 + CO = 2 Fe 3 O 4 + CO 2 Fe 3 O 4 + CO = 3 FeO + CO 2 FeO + CO = Fe + CO 2 FeO + C = Fe + CO

3) Fe 2 O 3 + 3 СО = 2 Fe + 3 CO 2

Fe 2 O 3 + 3 H 2 = 2 Fe + 3 H 2 O

Трубопроводы

для воды ,

нефти и газа

Гидроэлектро-

станции и опоры

линий электропередач

Железо сегодня

Автомобили ,

Тракторы ,

Подводные лодки,

Бытовые приборы,

Другие предметы

Применение железа

Биологическая роль железа

В организме здорового человека содержится приблизительно 4-5 граммов железа.

Из них 57% приходится на гемоглобин крови, 7% - на миоглобин мышц,

16% связаны с тканевыми ферментами,

20% - это запас, отложенный в печени, селезенке, костном мозге и почках.

Биологическая роль железа

Основная роль железа в организме – участие в «рождении» красных (эритроцитов) и белых (лимфоцитов) кровяных клеток.

Эритроциты содержат гемоглобин - переносчик кислорода, а лимфоциты ответственны за иммунитет.

Содержание железа в продуктах

Железо

в продуктах животного и растительного

происхождения

Недостаток железа в организме

В случае недостаток железа в организме

наблюдаются следующие симптомы:

Недостаток железа в организме

В народном фольклоре метких изречений о важности и значении железа в человеческом обиходе встречается много

Очень часто употребляемая пословица:

«Куй железо, пока горячо» (делай все вовремя!!!, не пропусти момент!!!)

«Ржавое железо не блестит»

( никчемность и бездеятельность человека портит!!!)

«Без разума сила все равно, что железо гнило»

(главное в человеке - разумные и осмысленные поступки!!!)

Заключение

«Железные рудокопи доставляют человеку превосходнейшее и зловреднейшее орудие. Ибо сим орудием прорезываем мы землю, обрабатываем плодовитые сады и, обрезая дикие лозы с виноградом, понуждаем их каждый год юнеть. Сим орудием выстраиваем домы, разбиваем камни и употребляем железо на все подобные надобности. Но тем же железом производим брани, битвы и грабежи и употребляем оное не только вблизи, но мещем окрыленное вдаль то из бойниц, то из мощных рук, то в виде оперенных стрел. Ибо, чтобы смерть скорее постигла человека, сделали ее крылатою и железу придали перья. Того ради да будет вина приписана человеку, а не природе»

( Плиний Старший)

отрывок из «Поэмы о периодическом

законе» В.Половняк

Железо - труженик, строитель,  Станки, заводы, корабли  Ведь от иголки до машины  Все из железа состоит.  Железо в почве, в селезенке, В любом растении, в крови...  В составе всех эритроцитов Чудеснейший гемоглобин! Таинственны земные недра, Но физики убеждены:  Почти из чистого железа  Ядро земное состоит.  И верим мы, что век железа Не станет веком роковым,  И дело мира неизбежно  Мрак на планете победит

Громоподобные раскаты  И в небе раскаленный след: На землю огненный камень падал  И ужасался человек.  Но редким был подарок с неба  Им  лишь счастливец обладал:  Топор был выкован железный,  Сверкает лезвием кинжал. Вот длинный ряд тысячелетий  Проходит в поисках, в борьбе,  И наступает век железный  Кровавый беспокойный век. Он начинался резким звоном  Жестоко скрещенных мечей Потоком многомиллионным  Обрушил бомбы на людей .