Тема: Соединения железа. Цели урока: Познакомить учащихся с

Тема:
Соединения железа.
Цели урока: Познакомить учащихся с соединениями железа Fe2+, Fe3+, опираясь на их
знания о генетических рядах соединений железа. Показать значение качественных
реакций;
Развивать у учащихся умения сравнивать, сопоставлять, находить аналогии,
предсказывать практический результат на основании теоретических рассуждений;
Через приёмы создания ситуации успеха способствовать преодолению психологической
инерции учащихся;
Развивать образное мышление, способствовать к эмпатии и рефлексии.
Методы работы: урок-исследование, урок-фантазия.
Оборудование и реактивы: медиапроектор, таблица 1: «Семейки из стакана», Таблица
2:«Семейка» Fe2+, «Семейка» Fe3+, шкала: «Моё отношение к учёбе», для занимательного
опыта: роданид калия КNCS, фторид или карбонат натрия NaF или Na2CO3, вата, 3
пинцета пластмассовый нож, 3 фарфоровые чашки.
Раздаточный материал: таблица 1: «Семейки из стакана», шкала: «Моё отношение к
учёбе», инструкции лабораторных опытов, три карточки красного, жёлтого и белого
цветов; образцы железных руд, растворы: сульфата железа (II) FeSO4; гидроксида натрия
NaOH, серной кислоты H2SO4, хлорида железа (III) FeCl3, жёлтой кровяной соли,
K4[Fe+2(CN)6], красной кровяной соли K3[Fe+3(CN)6]; сплав железа (кнопка или скрепка),
пероксид водорода (H2O2), конц. азотная кислоты (HNO3), тиацианат аммония NH4NCS.
Ход урока.
1. Организационный момент.
Здравствуйте ребята! Сегодня нам предстоит выполнить много интересной работы.
Для успешной работы очень важно, чтобы наше эмоциональное состояние совпадало.
У вас на столах лежат три карточки красного, жёлтого и белого цветов. Выберите для
себя тот цвет, который приятен для вас в данный момент (Дети поднимают карточки).
Красный цвет – настроение радостное, жёлтый – обычное, белый – грустное.
Мне приятна встреча с вами, поэтому своё настроение оцениваю красным цветом.
А вот по этой шкале вы можете определить своё отношение к учёбе.
Определите, какое из изображённых лиц соответствует вашему отношению к учёбе.
Очень хорошо, когда к концу урока вам удастся сместиться хоть на одну клетку влево.
2. Ориентировочно-мотивационный.
Таблица 1: «Семейки из стакана»
Fe
Cl-
OH-
Fe2O3
Fe3+
SO42-
FeO
Fe2+
Задание.
1. В стакане 2 семейки. Определите «фамилии» семеек (т. е. ионы, которые образуют
каждую семейку).
2. Соберите представителей обоих семеек из веществ, предложенных на столе.
3. Назовите всех членов каждой семейки.
4. Укажите класс веществ, к которому принадлежит каждый из членов семейки.
5. Какое вещество является родоначальником обоих семеек?
Чтобы подвести учащихся к цели урока, задаются дополнительные вопросы:
 По каким признакам вы разделили вещества на семейки?
 Как можно сформулировать тему урока?
Записываем на доске тему урока: Соединения железа.
Схемы генетических рядов железа Fe2+, Fe3+ вывешиваются:
Таблица 2.
«Семейка»
Fe2+.
«Семейка» Fe3+.
Fe
Fe
FeSO4
FeCl3
Fe(OH)2
Fe(OH)3
FeO
Fe2O3
2 этап. Операционно-исполнительский.
Сегодня на уроке мы познакомимся с некоторыми веществами генетических рядов Fe2+,
Fe3+.
Оценить свою работу на уроке вы можете сами, выставив на полях тетради «+» за каждое
выполненное или понятое задание. Если «+» наберётся больше половины от общего числа
заданий, то в журнал идёт оценка «5».
А сейчас, немного пофантазируем. У известного писателя Герберта Уэллса есть
замечательный научно-фантастический роман «Машина времени». В этом произведении
писатель рассказывает о том, что один изобретатель создал удивительную машину,
которая могла переносить человека в любую эпоху прошлого или будущего.
Машина времени, конечно, является вымыслом художника, тем не менее, представим себе
на минуту, что мы владеем подобной машиной.
Перенесёмся с её помощью в 1 тысячелетие до нашей эры. (Далее во время рассказа
учителя проецируются слайды через медиапроектор).
Железный век. Тернистым был путь познания железа. Овладение железом составляет одно
из величайших завоеваний древней культуры. Не случайно о нём упоминается в
классическом произведении «Илиада» Гомера, где железо названо «многотрудным»
металлом.
Где же люди находили железо? Железо в самородном виде не встречается, т. к.
соприкасаясь с кислородом, оно окисляется и превращается в руду.
По внешнему виду железная руда – Это бурый или красный камень.
Лабораторный опыт 1: Образцы железных руд находятся у вас на столах. Рассмотрите их
внешний вид. В тетради запишите формулы этих руд и их названия.
Почему же железо названо Гомером «многотрудным» металлом?
В древние времена добывание железа требовало большой затраты труда, т. к. была ещё
очень низкая техника. Кроме того, железо труднее поддаётся плавке, чем медь.
Возвращаясь из мысленного путешествия во времени, хочется вспомнить строки из
«Фауста» Гёте: «Однако есть ли что милей на свете, чем уноситься в дух былых столетий
и умозаключать из их работ, как далеко шагнули мы вперёд».
Наши предки довольствовались тем, что имелось на Земле, да и это ещё надо было найти
и приспособить. Сегодня человек научился превращать природное сырьё в необходимые
ему материалы с заданными свойствами. И делает это химия, которая, в конечном счете,
определяет пути прогресса на Земле.
Но, вернёмся к нашим «семейкам» (Обращаем внимание на генетические ряды
соединений Fe2+, Fe3+).
Железо образует два ряда оксидов и гидроксидов:
• FeO – оксид железа(II), черный неустойчивый кристаллический порошок; Fe(OH)2 — гидроксид
железа(II), образуется в виде хлопьевидного желтовато-белого осадка при обработке растворов
солей железа (II) щелочами без доступа воздуха; проявляют осно?вные свойства; быстро темнеет
вследствие окисления:
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3.
Сульфат железа (II) FeSO4. Токсичные, очень гигроскопичные кристаллы белого цвета.
• Fe2О3 — оксид железа(III), красно-бурый, самое устойчивое природное
кислородсодержащее соединение железа, которое встречается в виде минералов гематита
или красного железняка. Применяется как пигмент для изготовления красок под
названием железный сурик, охра, мумия; Fe(OH)3 – гидроксид железа(III), бурый;
Является слабым основанием почти амфотерного характера. Применяют для очистки
газов от сероводорода, а также в случае отравления соединениями мышьяка
Хлорид железа (III) FeCl3. Гигроскопичные темно-красные с зеленоватым оттенком
кристаллы Обладает кровоостанавливающим действием и применяется для лечения
анемии и получения некоторых органических красителей.
Соли железа (II) и (III). Из солей железа наибольшее применение нашли: 1) гептагидрат
сульфата железа (II) (железный купорос) FeSO4· 7Н2O для борьбы с вредителями растений,
приготовления минеральных красок и т. д., 2) хлорид железа (III) FеСl3 как коагулянт при
очистке воды, а также как протрава при крашении тканей; 3) нонагидрат сульфата железа
(III) Fe2(SO4)3 · 9Н2O как коагулянт, а также для травления металлов; 4) нонагидрат
нитрата железа (III) Fе(NО3)3 · 9Н2O как протрава при крашении хлопчатобумажных
тканей и утяжелитель шелка.
Соли железа – сульфаты и хлориды имеют большое техническое значение.
Например, хлорида железа (III) FeCl3 используют в качестве протравы при крашении
тканей, а кристаллогидрат сульфата железа (II) FeSO4 · H2O (железный купорос)
применяют для борьбы с вредителями растений, для приготовления минеральных красок
и. д.
В практическом плане особый интерес представляет знание химических свойств
гидроксида железа (III). Ведь при ржавлении на воздухе главным образом образуется
красно-коричневый гидроксид железа (III). (Истинная структура ржавчины, конечно же,
сложнее).
4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3
 Как вы считаете, как можно удалить пятно ржавчины с различных поверхностей?
Предполагаемый ответ: т. к. гидроксид железа (III) – нерастворимое основание, он
будет реагировать с кислотами с образованием соли и воды. Необходимо взять
кислоту, при взаимодействии с которой образуется растворимая соль железа (III).
По таблице растворимости определяем такие кислоты.
Докажем свои предположения практическим опытом. Но для получения гидроксида
железа (III) воспользуемся генетической цепочкой (таблица 2).
Лабораторный опыт 2: «Получение гидроксида железа (III) и его взаимодействие с серной
кислотой»
Техника безопасности.
Ход работы:
1.Налейте в пробирку 2-3 мл раствора хлорида железа (III) FeCl3
и добавьте немного раствора гидроксида натрия.
2. К полученному осадку добавьте немного серной кислоты.
Задания. 1. Как получают гидроксид железа (III)? 2. Какого цвета полученный осадок? 3.
Какие вещества образуются при взаимодействии полученного осадка с кислотой? 4.
Напишите уравнения соответствующих реакций в молекулярном, ионном и сокращённом
ионном виде.
А сейчас опять пофантазируем. И я уже не учитель химии, а маг и волшебник, а значит,
могу творить чудеса (надеваю халат мага).
Например, стеклянной палочкой сделать порез на руке.
 Кто желает испытать на себе силу мага?
(Желающий ученик подходит к учителю).
Занимательный опыт. Руку смачивают ватным тампоном, пропитанным раствором
хлорида железа (III) (комментарии учителя: дезинфицирую руку, чтоб не занести
инфекцию). Затем стеклянную палочку смачивают роданидом калия (или аммония) и
легко проводят им по смоченному месту руки. Образуется кровавый след – «рана».
(Учитель: но я добрый маг и вылечу рану). Тампоном ваты, смоченным в растворе
фторида (или карбоната) натрия, проводят по «порезу». «Рана» мгновенно исчезает.
Тютчев говорил: «Чему бы жизнь нас не учила, но сердце верит в чудеса». Давайте же
выясним – это действительно чудо или знание химии.
Для ответа на этот вопрос надо вспомнить понятие о качественных реакциях.
 Какие реакции называют качественными?
(Реакции, с помощью которых распознают определённые химические вещества,
называют качественными)
Показанное «чудо» - это тоже качественная реакция на Fe3+. «Дезинфицирующим»
веществом был раствор хлорида железа(III) на руке, а на стеклянной палочке - роданид
калия. В результате реакции образовался ярко окрашенный ион FeNCS2+ (Уравнение
реакции проецируется через проектор или пишется на доске: Fe3+ + NCS- <=> FeNCS2+).
Для распознавания соединений Fe2+, Fe3+ проводят и другие качественные реакции.
Лабораторный опыт 3:
Техника безопасности
Ход работы:
Качественная реакция на ионы железа (II)
1. Налейте в пробирку 1 мл раствора сульфата железа (II);
2. Добавьте к нему по каплям раствор красной кровяной соли
K3[Fe+3(CN)6] до появления явных признаков реакции.
3. Запишите наблюдения и дайте им объяснение.
Качественная реакция на ионы железа (III).
1. Налейте в пробирку 1 мл раствора хлорида железа (III);
1. Добавьте к нему по каплям раствор жёлтой кровяной соли
K4[Fe+2(CN)6] до появления явных признаков реакции.
2. Запишите наблюдения и дайте им объяснение.
Для записи уравнений реакций воспользуйтесь текстом учебника на стр. 66.
FeSO4 + K3[Fe+3(CN)6]  KFe +3[Fe+2(CN)6]
FeCl3 + K4[Fe+2(CN)6]  KFe +3[Fe+2(CN)6]
Качественные реакции находят практическое применение.
Итак, представьте себе, что вы лаборанты в лаборатории СЭС. В этой лаборатории
исследуют пищевые продукты и воду на наличие в них различных ионов, применяя
качественные реакции. Вам предстоит проверить наличие ионов железа в водопроводной
воде.
Перед вами инструкция, которая поможет вам правильно провести анализ.
Лабораторный опыт 4: Наличие ионов железа в водопроводной воде
Техника безопасности.
К 10 мл пробы воды прибавить 1 каплю конц. азотной кислоты (HNO3), затем 2-3 капли
пероксида водорода (H2O2), чтобы перевести Fe2+ в Fe3+ и вводят 0,5 мл тиацианата
аммония NH4NCS.
При концентрации ионов железа более 2,0 мг/л появляется розовое окрашивание, при
концентрации более 10 мг/л окрашивание становится красным:
Fe3+ + 3NCS <=> Fe(NCS)3.
красный
ПДК ионов железа в пищевых продуктах и среде обитания не должно превышать 0,5
мг/л. ПДК железа в питьевой воде 0,3 мг/л.
Задание. Подумайте, зачем нужно знать количество ионов железа в водопроводной воде и
пищевых продуктах?
Влияние ионов железа на организм человека (рассказ учителя).
Железо имеет огромное значение не только как металл, но и как микроэлемент.
Оно входит в состав дыхательных пигментов, в т.ч. гемоглобина, участвует в процессе
связывания и переноса кислорода к тканям в организме животных и человека;
стимулирует функцию кроветворных органов; применяется в качестве лекарственного
средства при анемических и некоторых других патологических состояниях.
Железо – это биогенный элемент. Оно играет важную роль в жизни практически
всех организмов, за исключением некоторых бактерий. При недостатке железа в
растениях понижается образование хлорофилла, что нарушает процесс фотосинтеза –
возможности ассимилировать углекислый газ и выделять кислород.
Железо входит в состав гемоглобина, миоглобина, различных ферментов и других
сложных белковых комплексов, которые находятся в печени и селезенке. В организме
взрослого человека имеется 4–5 г железа, из них 65 % находятся в крови. Железо
стимулирует функцию кроветворных органов. Kрасный пигмент крови – гемоглобин –
осуществляет перенос кислорода от органов дыхания к тканям, играет также важную роль
в обратном процессе – переносе углекислого газа от тканей к легким. В организм железо
поступает вместе с пищей.
Учитель. Kак вы думаете, в каких продуктах содержится больше всего железа?
Обсуждение и проверка. Правильный ответ с помощью медиапроектора выводится
на доску.
Ученик. В пищевых продуктах содержится железо в более устойчивой степени
окисления +3, а клетки кишечника пропускают только железо в степени окисления +2.
Минуя пищевод и попав в желудок, ионы Fe3+ восстанавливаются в ионы Fe2+ и только
тогда усваиваются (2–20 % железа). Если человек плохо пережевывает пищу, ионы Fe3+ не
успевают восстанавливаться и остаются недоступными. На усвоение влияет и состав
пищи. Ионы Fe3+ в присутствии витамина С и фруктозы легче растворяются и
усваиваются. Но есть и враги железа – чай, кофе, яичные желтки, алкоголь. У человека и
животных при недостатке железа развивается анемия (малокровие). Kак правило,
поступающего с пищей железа вполне достаточно, но в некоторых специальных случаях
(анемия, а также при донорстве крови) необходимо применять железосодержащие
препараты и пищевые добавки (гематоген, ферроплекс).
Распределение железа в организме. В организме железо распределяется
следующим образом:
 Железо гемоглобина 1,5 - 3,0 г (1500-3000 мг)
 Резервное железо (депо) 0,5 - 1,5 г (500-1500 мг)
 Железо миоглобина, ферментов 0,5 г (500 мг)
 Транспортное железо 0,003 - 0,004 г (3-4 мг)
Организм человека очень бережно обращается с железом, но даже у здорового
человека железо понемногу выводится из организма, взрослый мужчина теряет в сутки
около 1 мг железа. У женщин потери гораздо больше, так как главное вместилище железакровь. Много железа уносят кровотечения, особенно менструации. Поэтому потребность в
железе у мужчин 0,9-1,2 мг в сутки, а у женщин 1,3-2,5 мг, во время беременности до 5 мг.
Если человек не получает с пищей достаточное количество железа, в расход идет
резервное железо. У мужчин эти запасы составляют 1г, и за счет его они могут
существовать 2-3 года, если даже в пище не будет ни одного атома железа. У женщин эти
запасы в три раза меньше, поэтому дефицит железа у них возникает намного раньше.
И все же эти резервы могут оказаться недостаточными, если с пищей поступает
слишком мало железа или слишком велики его потери, возникает заболевание –
железодефицитная анемия или малокровие.
И все же эти резервы могут оказаться недостаточными, если с пищей поступает
слишком мало железа или слишком велики его потери, возникает заболевание –
железодефицитная анемия или малокровие.
Еще в прошлом веке врачи обратили внимание на анемию, поражавшую
девушек в закрытых учебных заведениях. Признаки заболевания: зеленовато-бледный
цвет лица, слабость, головокружение, обмороки, плохой аппетит.
Для работы мозга требуется огромное количество кислорода, а при анемии мозг
не получает его в нужном количестве. Чаще анемия развивается в подростковом возрасте,
когда происходит период полового созревания. В этот период особенно нужно следить за
питанием, чтобы оно было богато железом. При сильной степени анемии назначают
лекарственные препараты, содержащие железо (таблица 3). После приема этих препаратов
необходимо тщательно полоскать рот, так как может произойти потемнение эмали зубов.
Препараты железа могут вызывать раздражение слизистой оболочки желудочнокишечного тракта, тошноту, рвоту. Поскольку такие препараты связывают сероводород
кишечника (естественный стимулятор перистальтики), они могут вызывать запоры.
Если же в плазму крови внезапно поступает большое количество железа, то такое
избыточное, ненужное организму железо также откладывается в тканях. В этом случае
образуется соединения трехвалентного железа с белками, но уже в виде нерастворимого в
воде комплекса-гемосидерина. Это соединение уже не может быть использовано
организмом в будущем. Его накопление расстраивает функции тех тканей и органов, где
оно происходит, и приводит к развитию заболевания-гемосидероза.
При приеме внутрь дозы железа 200-250 мг/кг1у человека появляется рвота, боли в
животе, ощущение жара, снижение артериального давления, цианоз, резкое снижение
свертываемости крови, поражение печени. При вскрытии обнаруживаются кровоизлияние
и диффузный некроз слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта, массивные
некрозы печени.
Избыточное железо может поступать в организм с питьевой водой, если в ней
превышена ПДК (предельно допустимая концентрация) железа.
1
200-250 мг/кг- Николаев Л.А. Металлы в живых организмах. Стр.209.
Токсичность соединений железа в воде зависит от pH. В щелочной среде
токсичность возрастает. От избыточного содержания железа в воде могут гибнуть рыбы,
водоросли. Большую опасность представляют сточные воды и шламы производств,
связанных с переработкой железосодержащих продуктов.
Подпороговые концентрации в воде водоемов:
сульфат и нитрат железа (III), гидроксид железа (II) – 0,5 мг/л;
хлорид железа (III) – 0,9 мг/л.
Соединения железа (II) обладают общим токсическим действием. Соединения
железа (III) менее ядовитые, но действуют прижигающе на пищеварительный канал и
вызывают рвоту.
При отравлениях соединениями железа необходимо выпить <<яичное молоко>>
(белок 3-4 сырых яиц взбить в 0,25л молока)2 и через несколько минут вызвать рвоту.
Промыть желудок водой с добавлением активированного угля, соды, таннина, крепкого
чая. Далее лечение симптоматическое.
Во избежание хронического отравления железом, содержащемся в пище,
установлены значения его ПДК, представлены в таблице 3.
Таблица 33.
ПРОДУКТЫ
МАСЛО, МАРГАРИН, ЖИРЫ.
ОВОЩИ СВЕЖИЕ
ВИНО, ПИВО
МЯСО
РЫБА
ХЛЕБ
МОЛОКО
КРУПА, ЗЕРНО
СПЕЦИИ
ПДК, мг/кг.
5.0
5.0
15.0
50.0
30.0
50.0
3.0
3.0
10.0
3 этап. Рефлексивно-оценочный.
Наши знания позволяют нам выполнять более сложные задания. Итак, фантазируем
дальше. Наш класс – это научно-исследовательская лаборатория.
Задание.
Перед вами лежит кнопка. Вам необходимо обнаружить железо в сплаве металла, из
которого состоит эта кнопка. Как это сделать? Обсудить задание можете, работая в парах
или группе, но можно работать и индивидуально. Если же затрудняетесь, можете
воспользоваться помощником, который находится в конверте. Время обсуждения 2 мин.
Помощник.
1. Можно ли в данной ситуации воспользоваться качественной реакцией на ионы железа
Fe2+?
2. Если да, то при помощи какой реакции можно превратить Fe0 в Fe2+ (за справкой
обратись к таблице 2 «Семейка» Fe2+).
Обсуждаются версии учеников.
Понять, верна ли наша гипотеза можно только практически проверив её.
2
3
белок 3-4 сырых яиц взбить в 0,25л молока- Николаев Л.А. Металлы в живых организмах. Стр.210.
Таблица 3- Николаев Л.А. Металлы в живых организмах. Стр.210.
Определение железа в сплавах
В пробирку с 2 мл серной кислоты H2SO4 (1:5) опустите кнопку. Выждав 30 сек. добавьте
по каплям раствор красной кровяной соли K3[Fe+3(CN)6] до появления явных признаков
реакции.
Вопросы: 1. Какие знания помогли выполнить это задание?
2. Что нового узнали сегодня о качественных реакциях?
3. Подведение итогов.
«Химическая»
Учитель. Сильные учащиеся (…) работают индивидуально, выполняя на компьютере тест.
Тест соответствия
Найдите соответствие между исходными реагентами и продуктами.
1) Fe + Cl2
.
2) Fe + O2
.
а) FeSO4 + SO2 + H2O.
б) FeCl2 + H2.
в) Fe3O4 + H2.
3) Fe + HCl (разб.)
.
г) FeSO4 + H2.
4) Fe + H2SO4 (разб.)
.
д) FeCl3.
5) Fe + H2O (пар)
.
е) Fe3O4.
ж) FeCl3 + H2.
з) FeO + H2.
и) FeS + SO2 + H2O.
(О т в е т. 1 – д; 2 – е; 3 – б; 4 – г; 5 – з.)
Учитель. Остальные выполняют задания (на доске доске) по исправлению ошибок и
расстановке коэффициентов в следующих уравнениях реакций:
1) Fe + S = Fe2S3;
2) Fe + O2 = Fe3O4;
3) Fe + H2SO4 (конц.) = FeSO4 + H2;
4) Fe + 4HNO3 (разб.) = Fe (NO3)3 + NO + 2H2O;
5) Fe + CuCl2 = Cu + FeCl3;
6) Fe + H2O (пар) = FeO + H2.
(О т в е т. При реакции железа с серой образуется сульфид железа(II); в концентрированной
серной кислоте железо пассивирует; в водном растворе при замещении меди образуется хлорид
железа(II).)
Учитель. Далее работаем по генетическим связям железа (табл. 2). Пройдите, составив
соответствующую схему и написав уравнения происходящих реакций, от одного указанного в
задании вещества к другому:
а) от оксида железа(II) до железа;
б) от железа до оксида железа(III).
Таблица 2
FeCl2
Fe
FeCl3
Fe(OH) 2
Fe3O4
Fe(OH)3
FeO
FeSO4
Fe2O3
Заканчиваем урок оценочной деятельностью класса. Желательно, чтобы учащиеся
осталось ощущение их интеллектуальной состоятельности, интеллектуального успеха.
4. Домашнее задание.
Используя свои знания, текст учебника, дополнительную литературу, напишите
сочинение на тему: «Художественный образ вещества». В качестве вещества возьмите
любое соединение железа.
Таблица 1:
« Семейки из стакана»
Fe
Cl-
OH-
Fe2O3
Fe
3+
SO42-
FeO
Fe2+
Задание.
1. В стакане 2 семейки. Определите «фамилии» семеек
(т. е. ионы, которые образуют каждую семейку).
2. Соберите представителей обоих семеек из веществ,
предложенных на столе.
3. Назовите всех членов каждой семейки.
4. Укажите класс веществ, к которому принадлежит
каждый из членов семейки.
5. Какое вещество является родоначальником обоих
семеек?
Таблица 2.
Генетические ряды соединений железа.
«Семейка» Fe2+.
«Семейка» Fe3+.
Fe
Fe
FeSO4
FeCl3
Fe(OH)2
Fe(OH)3
FeO
Fe2O3