Информационные технологии на уроке химии при изучении темы "Железо и его соединения"

Разделы: Химия

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, используя мультимедийное приложение к уроку.

Оборудование: компьютеры, СD-диски «ХИМИЯ общая и неорганическая 10–11 класс», проектор, периодическая таблица Д. И. Менделеева, таблица растворимости веществ, ряд активности металлов, географическая карта полезных ископаемых России, путевые листы для учащихся, дифференцированные тесты; 2 чистые пробирки, магнит.

Вещества: на каждый стол: минералы (магнетит, магнитный железняк Fe3O3, гематит, красный железняк Fe2O3, лимонит, бурый железняк Fe2O3 · Н2О, мрамор, корунд, яшма), Fe металлическое, Fe порошок, коллекция сплавов на основе железа, кокс, растворы: 10%-ные FeCl3, FeSO4 в пробирках № 1, 2, 10%-ный NaOH.

План урока:

  1. Что такое мультимедиа-технологии и как их можно использовать на уроке?
  2. История открытия железа.
  3. Нахождение железа в природе.
  4. Железо как химический элемент:
    1. Особенности строения атома.
    2. Степени окисления.
  5. Железо как простое вещество.
    1. Аллотропия железа.
    2. Физические свойства. Сплавы на основе железа.
    3. Химические свойства железа.
    4. Получение железа в промышленности и его применение.
  6. Соединения железа(II), (III): оксиды, гидроксиды, соли.
  7. Значение железа в природе и жизни человека.
  8. Закрепление:
      1. Дифференцированное тестирование.
      2. Интеллектуальная викторина.
  9. Итог урока.
  10. Домашнее задание.

ХОД УРОКА

I. Сообщение учителя информатики. Что такое мультимедиа-технологии и как их можно использовать на уроке?  (Приложение 7)

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).

II. Объявление темы, постановка цели. Знакомство с планом изучения темы

Учитель: Ребята, на сегодняшнем уроке Вы познакомитесь с элементом побочной подгруппы – железом: его строением атома, физическими и химическими свойствами, нахождением в природе, получением, а также значением железа в природе и жизни человека. План урока у каждого на столе. По ходу изучения Вы будете заполнять путевые листы (Приложение 2), указывающие Вам путь. Нам будет помогать мультимедийное приложение к уроку «СD: Химия общая и неорганическая».

III. История открытия железа (cообщение учащегося)

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».

Учитель химии: Существует ли самородное железо земного происхождения и в каком виде железо находится в природе? Есть ли залежи железа в нашей местности (Черноземье)?

IV. Нахождение железа в природе. (Работа картой полезных ископаемых России. Использование наглядного материала – минералов)

Сообщение учащегося.

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) (Слайд №3., Приложение 1). . 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) (Слайд № 4, Приложение 1) .
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: Покажите на карте, где находятся железные руды у нас в стране? (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. (Слайд 5. Приложение 1). 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.
– Заполните пункт «Железо в природе» в путевом листе (Приложение 2).

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.

V. Работа с мультимедийным приложением. Беседа

Железо как химический элемент

– Каково положение железа в периодической системе, и в чем особенности строения его атома?
– Найдите железо в периодической таблице и определите его местожительство: «улица, переулок, № дома, № квартиры»?
– Заполните в путевом листе колонку «Положение в периодической системе». (Приложение 2)
– В чем особенности строения атома железа? (Это d-элемент, поэтому у него заполняется d-орбиталь предпоследнего энергетического уровня).
– Посмотрите строение атома железа с помощью мультимедийного приложения «Химия» (видеофрагмент с диска по теме «Железо и его свойства).
– Зарисуйте энергетическую диаграмму (расположение электронов по орбиталям) атома Fe и запишите электронную формулу в путевых листах. Сравните со слайдом 6 (Приложение 1).
– Какова степень окисления железа?
– Запишите электронную формулу валентного энергетического уровня атома железа, ионов Fe2+, Fe3+. Сравните со слайдом № 7 (Приложение 1)

Краткий вывод: 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

– Присутствует ли у элемента железа явление «аллотропия»? (Просмотр видеофрагмента с СD-диска).
– Отметьте аллотропные модификации железа в путевых листах. (Приложение 2).
– Что значит изучить физические свойства железа? Познакомьтесь с металлом – железом, находящимся на Ваших столах в пробирках и опишите его свойства. Дополнительные свойства узнайте с видеоклипа о физических свойствах железа. (Слайды 8, 9, 10 (Приложение 1).

Демонстрация магнитных свойств 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. (Заполнение путевого листа. Приложение 2).

Химические свойства железа

– Что значит изучить химические свойства железа? (Просмотр видеофрагмента «Химические свойства железа c демонстрацией эксперимента», заполнение путевых листов).

Краткий 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

Просмотр видеоклипа «Как получают железо в промышленности» и заполнение путевого листа) (Приложение 2).

– 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)
– Есть ли в нашей местности поблизости металлургические комбинаты, где получают чугун и сталь? (Новолипецкий металлургический комбинат – НЛМК г. Липецк)
– Какими способами там получают чугун и сталь?

Слайд № 11 (Приложение 1).

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.

VI. Соединения железа(II), (III): оксиды, гидроксиды, соли

1. Самостоятельная работа с компьютером, дополнительной литературой (по группам: Вариант 1 – соединения железа (II); Вариант 2 – соединений железа (III)).

(Заполнение таблицы. Приложение 3)

2. Самопроверка самостоятельной работы (друг у друга)

Блиц-опрос:

– Перечислите формулы соединений железа (II) –1-я группа, железа (III) – 2-я группа.
– Каков характер химических свойств соединений железа (II), (III)?
– Какие соединения железа амфотерны?
– Какие соединения железа являются окислителями, а какие восстановителями?
– Назовите формулу железного купороса?
– Какую формулу имеет ржавчина?
– Назовите качественные реакции на соединения железа (II), (III).

3. Экспериментальное задание: (Приложение 4)

Краткий вывод: соединения железа (II) проявляют основные свойства, а соединения железа (III) – амфотерные, в качестве реактива на ионы железа можно использовать желтую и красную кровяную соль или щелочь.

VII. Сообщения учащихся.

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.
Знакомство с содержанием железа в различных продуктах по справочнику. (Слайд № 13. Приложение 1.)

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.

VIII. Закрепление

1. Дифференцированное тестирование (на компьютере и по карточкам) (Приложение 5)

2. Интеллектуальная викторина.

  1. Назовите пословицы, связанные со словом железо.
  2. Назовите выражения, связанные со словом железо.
  3. Назовите планету, связанную с железом.
  4. Назовите спутник Земли, в грунте которого обнаружено самородное железо.
  5. Назовите краску, содержащую оксид железа.
  6. Назовите заболевания, возникающие при недостатке железа в организме человека, растений.
  7. Назовите заболевания, возникающие при избытке железа в организме человека.

3. А теперь 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)

*Напишите все реакции, о которых идет речь в загадке. (Для сильных учащихся) (Слайд 14. Приложение 1)

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)

IX. Итог урока. Объявление оценок.

X. Домашнее задание

1) §14, учебник 9 класса, Автор: О. С. Габриелян, стр. 71, № 2, 3 и стр. 73 № 2 в рабочей тетради к учебнику О.С.Габриеляна «ХИМИЯ. 9». Для сильных учащихся дополнительно №8 стр. 72.

2) Путевой лист. 3) Индивидуальное задание: Составить кроссворд о металлах. (Слайд 15. Приложение 1)