Урок. Залізо, будова, властивості, біологічна роль.

Тема. Ферум як представник металічних елементів побічних підгруп. Фізичні та хімічні властивості заліза.

 

Мета: вивчити властивості заліза, порівняти із властивостями вивчених металів, звернути увагу на промислове використання заліза та його сплавів.

 

Очікуваний результат:

Учень:

• описує хімічні властивості заліза,
• називає продукти взаємодії,
• складає рівняння реакцій, що характеризують хімічні властивості заліза,
• аналізує утворення продуктів реакцій,
• обґрунтовує матеріал та робить висновки.

 

Тип уроку: комбінований урок.

Форми проведення: індивідуальні завдання, робота з підручником та схемою, групова робота, практичний експеримент, фронтальна бесіда, самостійна робота.

 

Обладнання та реактиви: шматки залізних виробів.

 

І. Організаційний момент.

ІІ. Перевірка домашнього завдання.

ІІІ. Актуалізація опорних знань.

Індивідуальні завдання біля дошки:

1. Напишіть рівняння реакцій, що лежать в основі схеми:

                   AlCl₃ → Al(OH)₃ → Al(NO₃)₃ 

                             ↓

                       NaН₂АІО₃

2. Напишіть рівняння реакцій, що лежать в основі схеми:

алюміній оксид → алюміній хлорид →

→ алюміній гідроксид → алюміній сульфат

                 ↓

      алюміній оксид → натрій алюмінат

3. Невідомий елемент знаходиться в ІІІ групі, відносна молекулярна маса гідроксиду рівна 78. Знайдіть елемент?

ІV. Мотивація навчальної діяльності.

Вчитель. Після усіх вивчених металічних елементів залишився для нас невивченим лише Ферум, який відіграє також важливе значення у природі та життєдіяльності людини. Ферум складає більше 5% складу земної кори. Для добування заліза використовуються в основному такі руди, як гематит (Fe₂O₃) і магнетит (Fe₃O₄). Ці руди містять найбільше Феруму – від 20% до 70%. Важливими домішками таких руд є пісок та глинозем.

Також на основі непрямих доказів можна зробити висновок, що ядро Землі являє собою головним чином сплав заліза. Внутрішнє ядро Землі, очевидно, є у твердому стані і має радіус біля 1200 км. Воно оточене рідким зовнішнім ядром. Турбулентний потік рідини в цій частині ядра створює магнітне поле Землі. Тиск всередині ядра знаходиться у границях від 1,3 до 3,5 млн. атмосфер, а температура – в межах 4000 – 5000⁰С. І хоч встановлено, що ядро Землі більшою частиною складається із Феруму, проте його точний склад невідомий. Є також гіпотези, що від 8 до 10% маси земного ядра становлять сполуки таких елементів як Нікель, Сульфур (у вигляді ферум сульфіду), Оксиген (у вигляді ферум оксиду) і Силіцій (у вигляді ферум силіциду).

Також Ферум входить до складу крові як частина гемоглобіну – залізовмісного білка. Молекула гемоглобіну дуже велика, вона має відносну молекулярну масу приблизно 68000 і досить складну емпіричну формулу:

(Формулу гемоглобіну можна дати для загального розвитку дітей)

(С₇₅₉Н₁₂₀₈N₂₁₀S₂О₂₀₄Fe)₄

Складова частина молекули гемоглобіну, яка містить Ферум, називається гем. Вона являє собою комплекс, який містить атом Феруму (ІІ) з координаційним числом 4 і має хелатну структуру. Цікаво, що аналогічний комплекс з Магнієм замість Феруму називається хлорофілом і міститься у зелених листках. Крім гемоглобіну, Ферум входить до складу м’язового білка міоглобіну та відкладається у печінці.

Тому сьогоднішній урок присвячений Феруму як металічному елементу та простій речовині, яку він утворює – залізу.

V. Сприйняття та усвідомлення нового матеріалу.

Вчитель. Зверніть увагу, що Ферум є представником металічних елементів побічних підгруп. Отже, які властивості проявляє проста речовина залізо та елемент Ферум.

 

                                                     Чисте залізо на повітрі стійке. На практиці

                              26                   використовують залізо з домішками. Це ковкий

                                                     та твердий метал, важкий (густина 7,87 г/см³).

  55, 847       Fe                   Залізо з деякими речовинами реагує при

           3d⁶4s²      Ферум           звичайній температурі, але з багатьма речовинами

                                                             при нагріванні.

 

Записуємо у зошит загальну характеристику Феруму як хімічного елемента, виходячи з однієї клітинки у періодичній системі. Звіряємо з підручником та пояснюємо.

• 8 валентних електронів, але не всі з них беруть участь в утворенні хімічних зв’язків.
• На зовнішньому енергетичному рівні – 2 електрони, атоми Феруму, віддаючи їх, утворюють сполуки, де ступінь окиснення: +2.  ( FeCl₂)
• Третій енергетичний рівень незавершений, один з його електронів в результаті реакцій може займати вищий енергетичний рівень. Тоді ступінь окиснення: +3.  (Fe₂O₃ або FeCl₃), може мати ступінь окиснення: +6 (K₂FeO₄).
• У сполуках проявляє валентність – ІІ і ІІІ.
• Проста речовина залізо, яку утворює Ферум, має магнітні властивості, здатне швидко намагнічуватися і розмагнічуватися.

Вчитель. Переходимо до вивчення хімічних властивостей за схемою:

 

                                             Fe

 

при звичайній температурі                      при нагріванні

 

 

1. з киснем у вологому повітрі:                       1.  з киснем:

Fe + O2  Fe2O3 • nH2O                        2Fe +2O2 →Fe2O3 • FeO

 

          2. з розведеними кислотами:                           2. з хлором:

                                                                                                                  

                Fe +2HCl  FeCl₂ +H₂­                     2Fe +3Cl₂FeCl₃

        3.   з солями у водному розчині:                       3. з сіркою:

               Fe + CuSO₄  FeSO₄ + Cu                 Fe + S  FeS

                                                                                    4. з водяною парою:

                                                                                      3Fe + 4H₂O  Fe₂O₃ • FeO + 4H₂­

                                                                                    5.  з концентрованими кислотами

                                                                                          H₂SO₄  і  HNO₃:

                                                                      2Fe + 6H₂SO₄  Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂­ + 6H₂O

                                                           2Fe + 4HNO₃  Fe(NO₃)₃ + NO­ + 2H₂O

 

 

Вчитель. Варто сказати, що Ферум (ІІІ) більш стійкіший, ніж Ферум (ІІ), тому що має по одному електрону на кожній із п’яти орбіталей. Прошу звернути увагу на випадки, в яких утворюється сіль ІІ-валентного та ІІІ-валентного Феруму. Зараз об'єднаємося у 3 групи для виконання демонстраційних дослідів. Перед цим згадуємо правила техніки безпеки при роботі з хімічними речовинами.

 

Завдання для 1 групи. Експериментально проведіть реакцію взаємодії заліза з хлоридною кислотою (концентрованою та розведеною). Опишіть спостереження та напишіть рівняння реакції.

 

Завдання для 2 групи. Експериментально проведіть реакцію взаємодії заліза з сульфатною кислотою (концентрованою та розведеною). Опишіть спостереження та напишіть рівняння реакції.

 

Завдання для 3 групи. Експериментально проведіть реакцію взаємодії заліза з нітратною кислотою (концентрованою та розведеною). Опишіть спостереження та напишіть рівняння реакції.

 

Звіт груп про проведену роботу, запис на дошці виконаних рівнянь реакції.

VІ. Узагальнення і систематизація.

Фронтальна бесіда:

• Що собою являє Ферум як металічний елемент?
• Яку просту речовину утворює Ферум?
• У яких випадках утворюються сполуки двовалентного Феруму?
• З якими речовинами Ферум утворює лише сполуки, де проявляє валентність ІІІ.
• Напишіть формулу іржі.
• Яку валентність проявляє Ферум у сполуках? Чому?

Самостійна робота:

Завдання 1. Зробіть схему перетворень:

Ферум → ферум(ІІІ) хлорид → ферум(ІІІ) гідроксид → ферум(ІІІ) оксид                                                  

                                                                    ↓

                                           ферум(ІІІ) нітрат

Завдання 2. Допишіть рівняння реакцій:

а) Fe + S →

б) Fe + H₂O →

в) Fe + Cl₂ →

г) Fe + CuSO₄ →

 

VІІ. Домашнє завдання: відповідні параграф у підручнику та сторінка у  друкованому робочому зошиті з хімії (автор М.М.Савчин), скласти самостійно схему перетворень і виконати її.

 

Тема. Сполуки Феруму(ІІ) і Феруму(ІІІ).

 

Мета: вивчити властивості сполук Феруму(ІІ) і Феруму(ІІІ), вдосконалити вміння писати хімічні реакції, проаналізувати властивості цих сполук.

 

Очікуваний результат:

Учень:

• описує склад сполук Феруму(ІІ) і Феруму(ІІІ),
• називає їх,
• складає рівняння реакцій, що характеризують властивості сполук,
• аналізує утворення продуктів реакцій,
• обґрунтовує матеріал та робить висновки.

 

Тип уроку: комбінований урок.

Форми проведення: тестова перевірка домашнього завдання, демонстрація якісних реакцій, самостійна робота на два варіанти.

 

Обладнання та реактиви: наявні у кабінеті сполуки Феруму: хлориди, сульфати тощо.

 

І. Організаційний момент.

ІІ. Актуалізація опорних знань.

Коротка тестова перевірка домашнього завдання:

1. Укажіть період і ряд, в якому знаходиться Ферум:

А) ІІІ період, 3 ряд

Б) ІV період, 5 ряд

В) ІV період, 4 ряд

Г) V період, 4 ряд

2. Укажіть групу та підгрупу, до якої належить Ферум:

А) VІІ група, головна підгрупа

Б) VІІІ група, головна підгрупа

В) VІІ група, побічна підгрупа

Г) VІІІ група, побічна підгрупа

3. Укажіть протонне число Феруму:

А) +26,         Б) + 25,         В) +56,           Г) +13.

4. Позначте атомну масу Феруму:

А) 55,           Б) 56,             В) 26,             Г) 58.

5. Позначте фізичні властивості заліза:

А) легкоплавкий,                        Б) тугоплавкий,                     В) важкий,

Г) легкий,                                    Д) чорного кольору,              Е) намагнічується.

Відповіді (підкреслено): 1. В, 2. Г, 3. А, 4. Б, 5. Б, В, Е.

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності.

Вчитель. Залізо у природі в чистому вигляді не існує. Переважно це сполуки. Найбільш поширені сполуки Феруму із ступенем окиснення +2, +3. На сьогоднішньому уроці ми ознайомимося із складом та способами добування найпоширеніших сполук.

ІV. Сприйняття та усвідомлення нового матеріалу.

Вчитель. Серед сполук Феруму відомий змішаний оксид складу Fe₃О₄ (Fe₂О₃ ∙ FeО). При аналізі властивостей та перетворень на основі сполук заліза слід користуватися певними правилами. Запишіть їх:

• При згорянні заліза в кисні і в повітрі переважно утворюється змішаний оксид феруму Fe₃О₄, тому ферум(ІІ) оксид та ферум(ІІІ) оксид добувають посереднім способом.
• Солі Феруму(ІІ) добувають взаємодією Феруму із розчинами кислот (НСІ, Н₂SО₄).
• Солі Феруму(ІІІ) добувають спалюванням заліза у хлорі і взаємодією заліза з концентрованими сульфатною та нітратною кислотами при нагріванні.
• Оксид та гідроксид ІІІ-валентного Феруму (подібно до сполук алюмінію) мають амфотерні властивості. У цьому випадку проявляється загальна закономірність: із зростанням ступеня окиснення основні властивості послаблюються, а кислотні – посилюються.
• Йон Феруму(ІІ) має здатність швидко окислюватися на повітрі та в присутності окисників до йону Феруму(ІІІ).

Вчитель. Зараз попробуємо виконати ланцюжок перетворень біля дошки:

 

                 FeO     →    Fe(OН)₂     →        FeO   →        FeСl₂           

Fe

                 Fe₂O₃   →    Fe(OН)₃    →        Fe₂O₃   →      FeСl₃

                                                               ↓

                                                     Na₂H₂FeO₃

 

Вчитель. Сполуки заліза можна виявити за допомогою якісних реакцій.

Вчитель обирає асистента для демонстрації якісних реакцій на йони Феруму.

Асистент проводить якісні реакції на йони Феруму.

Асистент. У двох пробірках ми маємо розчини ферум(ІІ) хлориду та ферум(ІІІ) хлориду. Для того, щоб розпізнати ці розчини, додаємо у кожну пробірку по 2 мл розчину лугу. Спостерігаємо утворення осадів з різним забарвленням: зеленуватого та бурого кольорів. Осад зеленуватого кольору – це утворений ферум(ІІ) гідроксид, осад бурого кольору – це утворений ферум(ІІІ) гідроксид.

Рівняння реакцій:

FeСl₂ + 2NaОН → Fe(OН)₂↓ + 2NaСl

                              Зеленкуватий осад

FeСl₃ + 3NaОН → Fe(OН)₃↓ + 3NaСl

                                 Бурий осад

V. Узагальнення та систематизація.

Самостійна робота по варіантах.

І варіант

1. Установіть відповідність між формулами речовин і значеннями їх молекулярних мас:

                  Формули                                              Молекулярні маси

          А) Fe₂O₃;                                                         1. 162,5.

          Б) Fe(OН)₂;                                                      2. 162.

          В) FeSO₄;                                                        3. 90.

          Г) FeСl₃;                                                          4. 160.

                                                                                   5. 152.

Відповідь: А-4,Б-3,В-5,Г-1.

2. Якими парами речовин необхідно скористатися, щоб добути ферум(ІІ) сульфат:

         А) FeO і K₂SO₄;          Б) CuSO₄ і Fe;          В) Fe(OH)₂ і H₂SO₄;        Г) Fe(OH)₃ і H₂SO₄;

3. Допишіть рівняння реакцій. Позначте реакцію, загальне число коефіцієнтів у якій найбільше:

               А) Fe(OН)₂ +  HCl → ;         Б) Fe(OН)₃ + Н₂SO₄;           В) Fe + О₂ →.

 

ІІ варіант

1. Установіть відповідність між формулами речовин та значеннями їх молекулярних мас:

                     Формули                                              Молекулярні маси

         А) FeСl₂;                                                              1. 88.

         Б) Fe(OН)₃;                                                          2. 232.

         В) FeS;                                                                 3. 127.

         Г) Fe₃O₄;                                                              4. 87.

                                                                                      5. 107.

             Відповідь: А-3,Б-5,В-1,Г-2.

2. Якими парами речовин необхідно скористатися, щоб добути ферум(ІІІ) гідроксид:

        А) Fe і CuSO₄;           Б) FeСl₃ і КОН;          В) FeСl₂ і КОН;        Г) Fe₂(SO₄)₃ і  NaОН.

3. Допишіть рівняння реакцій. Позначте реакцію, загальне число коефіцієнтів у якій найменше:

           А) Fe + Cl₂ →;         Б) Fe(OH)₂ + HNO₃ →;             В) Fe + H₂SO₄ (конц.) →.

 

VІ. Домашнє завдання: відповідні параграф у підручнику та сторінка у  друкованому робочому зошиті з хімії (автор М.М.Савчин), скласти самостійно схему перетворень і виконати її.