Урок по теме: «Железо. Положение железа в периодической системе и строение его атома. Нахождение в природе. Физические и химические свойства железа»

Дата_____________ Класс_______________

Тема: Железо. Положение железа в периодической системе и строение его атома. Нахождение в природе. Физические и химические свойства железа.

Цели урока: рассмотреть электронное строение атома железа; изучить его химические и физические свойства.

Ход работы

1. Организационный момент урока.

2. Изучение нового материала.

Железо – химический элемент

1. Положение железа в периодической таблице химических элементов и строение его атома

Железо — это d- элемент VIII группы; порядковый номер – 26; атомная масса Ar(Fe) = 56; состав атома: 26-протонов; 30 – нейтронов; 26 – электронов.

Электронная формула: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²

Металл средней активности, восстановитель:

Fe-2e^—→Fe⁺², окисляется восстановитель

Fe-3e^—→Fe⁺³, окисляется восстановитель

Основные степени окисления: +2, +3

 2. Распространённость железа

Железо – один из самых распространенных элементов в природе. В земной коре его массовая доля составляет 5,1%, по этому показателю оно уступает только кислороду, кремнию и алюминию. Много железа находится и в небесных телах, что установлено по данным спектрального анализа. В образцах лунного грунта, которые доставила автоматическая станция “Луна”, обнаружено железо в неокисленном состоянии.

Железные руды довольно широко распространены на Земле. Названия гор на Урале говорят сами за себя: Высокая, Магнитная, Железная. Агрохимики в почвах находят соединения железа.

Железо входит в состав большинства горных пород. Для получения железа используют железные руды с содержанием железа 30-70% и более.

Основными железными рудами являются:

магнетит (магнитный железняк) – Fe₃O₄ содержит 72% железа, месторождения встречаются на Южном Урале, Курской магнитной аномалии.

гематит (железный блеск, кровавик)– Fe₂O₃ содержит до 65% железа, такие месторождения встречаются в Криворожском районе.

лимонит (бурый железняк) – Fe₂O_3*nH₂O содержит до 60% железа, месторождения встречаются в Крыму.

пирит (серный колчедан, железный колчедан, кошачье золото) – FeS₂ содержит примерно 47% железа, месторождения встречаются на Урале.

3. Роль железа в жизни человека и растений

Биохимики открыли важную роль железа в жизни растений, животных и человека. Входя в состав чрезвычайно сложно построенного органического соединения, называемого гемоглобином, железо обусловливает красную окраску этого вещества, от которого в свою очередь, зависит цвет крови человека и животных. В организме взрослого человека содержится 3 г чистого железа, 75% которого входит в состав гемоглобина. Основная роль гемоглобина – перенос кислорода из легких к тканям, а в обратном направлении – CO₂.

Железо необходимо и растениям. Оно входит в состав цитоплазмы, участвует в процессе фотосинтеза. Растения, выращенные на субстрате, не содержащем железа, имеют белые листья. Маленькая добавка железа к субстрату – и они приобретают зеленый цвет. Больше того, стоит белый лист смазать раствором соли, содержащей железо, и вскоре смазанное место зеленеет.

Так от одной и той же причины – наличия железа в соках и тканях – весело зеленеют листья растений и ярко румянятся щеки человека.

4. Физические свойства железа.

Железо – это серебристо-белый металл с температурой плавления 1539^оС. Очень пластичный, поэтому легко обрабатывается, куется, прокатывается, штампуется. Железо обладает способностью намагничиваться и размагничиваться, поэтому применяется в качестве сердечников электромагнитов в различных электрических машинах и аппаратах. Ему можно придать большую прочность и твердость методами термического и механического воздействия, например, с помощью закалки и прокатки.

Различают химически чистое и технически чистое железо. Технически чистое железо, по сути, представляет собой низкоуглеродистую сталь, оно содержит 0,02 -0,04% углерода, а кислорода, серы, азота и фосфора – еще меньше. Химически чистое железо содержит менее 0,01% примесей. Химически чистое железо –серебристо-серый, блестящий, по внешнему виду очень похожий на платину металл. Химически чистое железо устойчиво к коррозии  и хорошо сопротивляется действию кислот. Однако ничтожные доли примесей лишают его этих драгоценный свойств.

5. Получение железа

Восстановлением из оксидов углём или оксидом углерода (II), а также водородом:

FeO + C = Fe + CO

Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂

Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂O

6. Химические свойства железа

Как элемент побочной подгруппы железо может проявлять несколько степеней окисления. Мы рассмотрим только соединения, в которых железо проявляет степени окисления +2 и +3. Таким образом, можно говорить, что у железа имеется два ряда соединений, в которых оно двух- и трехвалентно.

1) На воздухе железо легко окисляется в присутствии влаги (ржавление):

 4Fe + 3O₂ + 6H₂ O = 4Fe(OH)₃

2) Накалённая железная проволока горит в кислороде, образуя окалину — оксид железа (II,III):

 3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄

C  кислородом во влажном воздухе образуется Fe₂O₃*nH₂O

3)  При высокой температуре (700–900°C) железо реагирует с парами воды:

 3Fe + 4H₂O  ^t˚C→  Fe₃O₄ + 4H₂

4)     Железо реагирует с неметаллами при нагревании:

 2Fe + 3Br₂  ^t˚C→  2FeBr₃

Fe + S  ^t˚C→  FeS

5)     Железо легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах при обычных условиях:

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂

Fe + H₂SO₄(разб.) = FeSO₄ + H₂

6) В концентрированных кислотах – окислителях железо растворяется только при нагревании

 2Fe + 6H₂SO₄(конц.)  ^t˚C→  Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

Fe + 6HNO₃(конц.)  ^t˚C→  Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

На холоде концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют железо!

7)     Железо вытесняет металлы, стоящие правее его в ряду напряжений из растворов их солей.

 Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

7. Применение железа.

Основная часть получаемого в мире железа используется для получения чугуна и стали — сплавов железа с углеродом и другими металлами. Чугуны содержат около 4% углерода. Стали содержат углерода менее 1,4%.

Чугуны необходимы для производства различных отливок — станин тяжелых машин и т.п.

Изделия из чугуна

Стали используются для изготовления машин, различных строительных материалов, балок, листов, проката, рельсов, инструмента и множества других изделий. Для производства различных сортов сталей применяют так называемые легирующие добавки, которыми служат различные металлы: Мn, Сr, Мо и другие, улучшающие качество стали.

3. Закрепление изученного материала

№1. Составьте уравнения реакций получения железа из его оксидов Fe₂O₃ и Fe₃O₄ , используя в качестве восстановителя:
а) водород;
б) алюминий;
в) оксид углерода (II).
Для каждой реакции составьте электронный баланс.

№2. Осуществите превращения по схеме:
Fe₂O₃   ->    Fe    —^{+H2O, t} ->    X    —^{+CO, t}->    Y    —^+HCl->    Z
Назовите продукты X, Y, Z?

4. Домашнее задание.

П.43, упр.1-3, задачи 1, 4 на стр. 136