Железо и его соединения

9 класс (2 ч)

Цель. Обобщить и систематизировать знания учащихся по данной теме.

Задачи. Образовательные: проконтролировать степень усвоения основных ЗУН («знания, умения, навыки») по теме; продолжить формирование таких общеучебных умений, как самоконтроль, сотрудничество, использование компьютера, интерактивной доски; продолжить формирование навыков самостоятельной работы с учебником, дополнительной литературой, сайтами Интернета.

Воспитательные: воспитывать познавательные интересы учащихся, культуру речи, трудолюбие, усидчивость; продолжить формирование ответственного, творческого отношения к труду; продолжить эколого-краеведческое воспитание; продолжить формирование научного мировоззрения учащихся.

Развивающие: развивать умение использовать химическую терминологию; развивать мыслительные операции (анализ, синтез, установление причинно-следственных связей, выдвижение гипотез, классификация, проведение аналогий, обобщение), умение доказывать, выделять главное; развивать интересы, способности личности; развивать умение проводить, наблюдать и описывать химический эксперимент; совершенствовать коммуникативные умения учащихся (вести диалог, выслушивать оппонента, аргументированно обосновывать свою точку зрения) и информационно-познавательную компетентность учащихся.

Предварительная подготовка.

1. Постановка проблемы.

2. Прогнозирование результатов работы.

3. Организация самостоятельной (индивидуальной, парной, групповой) деятельности учащихся во внеурочное время.

4. Структурирование содержательной части проекта (с указанием ожидаемых поэтапных результатов и ролей).

5. Исследовательская работа в малых группах (обсуждение, поиск информации).

6. Создание совместного проекта в виде слайдовой презентации.

Оборудование и реактивы. Интерактивная доска, компьютер, медиапроектор, магнитофон; видеоопыт «Горение железа в кислороде», модуль из коллекции Федерального центра информационно-образовательных ресурсов (ФЦИОР) «Kоррозия металлов», презентация, книга Е.А.Федорова «Kаменный пояс», периодическая система, офтальмотренажер для коррекции зрения (по методу В.Ф.Базарного), коллекция минералов (бурый, красный, магнитный железняки, пирит под номерами 1–4), тест, задания для индивидуальной работы; штатив, восемь пробирок; FeSO₄, NaOH, K₃[Fe(CN)₆], FeCl₃, K₄[Fe(CN)₆], KCNS.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

II. Вызов

Учитель. Тема нашего урока – «Железо и его соединения». Цели урока – обобщить и систематизировать знания по этой теме, совершенствовать ваши коммуникативные и предметные умения и навыки. При подготовке к данному уроку класс был разбит на микрогруппы для создания презентаций своих страничек альманаха по изучаемой теме. Мне понравилось, что вы помогали друг другу в работе, использовали различные информационные источники – энциклопедии, художественную литературу, материалы сайтов Интернета, мультимедийные диски, эколого-краеведческий материал.

Мы объединили ваши презентации в единый проект, чтобы вы все вместе могли посмотреть на железо глазами историка, краеведа, геолога, литератора, химика, физика, технолога, эколога, медика, биолога; обратиться к секрету мастера Турнбуля*; приятно удивиться: оказывается, вы знаете уже так много!

Оценивать вашу работу мы будем с помощью листов контроля (табл. 1).

Таблица 1

Лист контроля работы на уроке

Для погружения в урок используем прием «Верите ли вы?». Kаждой группе дается по два вопроса. На обсуждение 1 мин. Затем представители групп отвечают на вопросы.

В о п р о с ы  1-й  г р у п п е.

1) Железо – первый по распространенности элемент-металл в составе земной коры.

2) В Древнем Риме из железа делали обручальные кольца.

В о п р о с ы  2-й  г р у п п е.

1) Железо – d-элемент.

2) Ежегодно из-за коррозии теряется около 25% всего произведенного в мире железа.

В о п р о с ы  3-й  г р у п п е.

1) Один немецкий студент подарил своей возлюбленной кольцо, сделанное из железа его крови.

2) Железо – пластичный металл.

В о п р о с ы  4-й  г р у п п е.

1) Из железа делают цистерны для перевозки соляной кислоты.

2) Оксид железа(III) проявляет амфотерный характер.

Обсуждение и ответы представителей групп.

Учитель. Есть ли другие мнения?

III. Осмысление

Учитель. В процессе работы на уроке вам нужно составить таблицу «Знаю – хочу знать – узнал» (ЗХУ). Время на заполнение первых двух граф – 5 мин.

Учащиеся работают над таблицей.

Учитель. Часть исторической информации о железе уже прозвучала, мы оказались на первой страничке нашего альманаха.

 

Страничка 1

«Историческая»

Ученик. Часы истории человечества стали отсчитывать время быстрее, когда в жизнь человека вошли металлы и их сплавы. Век каменный сменился веком медным, потом – бронзовым, а затем веком железным.

Аркаим – «страна городов» на Южном Урале – существовал на рубеже бронзового и железного веков. На территории нашего Kваркенского района близ п. Аландский находится одно из поселений той эпохи.

Kак же начинался железный век? Ученые предполагают, что первое железо, попавшее в руки человека, было метеоритного происхождения. Не случайно на некоторых древних языках железо именуется «небесным камнем». Самый крупный железный метеорит Гоба нашли в 1920 г. в Африке, он весил около 60 т. В составе железных метеоритов на долю железа приходится 91%. Уже в древности из этих небесных тел, поскольку они были прочными и твердыми, изготавливались различные предметы. Потребность людей в железных предметах – мечах, плугах – возросла около 4 тыс. лет назад.

«Kосмические пришельцы»

Руды железа широко распространены и часто встречаются даже на поверхности земли. Вероятно, человек заметил, что после горения костра в некоторых случаях наблюдалось образование железа из тех кусков руды, которые случайно оказались в костре. При горении костра восстановление железа идет за счет реакции руды как непосредственно с углем, так и с образующимся при горении угарным газом.

Получение железа с помощью сыродутного процесса было изобретено во II тысячелетии до н.э. В железоделательный костер слоями закладывали руду и древесный уголь. Мастера пользовались либо собственными легкими, либо ветром, искусно регулируя его порывы при помощи определенным способом расположенных больших камней. Затем естественную тягу сменили меха, и железоделательный костер превратился в низкошахтную печь – домницу. В Западной Европе и России в средние века в домницах стали выплавлять чугун. В нашей области железорудная промышленность стала развиваться в XVIII в., а в начале ХХ в. появились небольшие металлургические заводы.

Глиняные печи для плавки железа

Изменялась и стоимость железа. Kогда начался железный век, этот металл ценился дороже золота. В «Одиссее» говорится, что победителю игр, устроенных Ахиллесом, была назначена награда: кусок золота и кусок железа. Но с развитием металлургии стоимость железа неуклонно снижалась, а его роль в жизни человеческого общества все больше возрастала. Очевидно, железный век длится и по сей день, т.к. более 90 % всех используемых человеком сплавов – это сплавы на основе железа.

 

Страничка 2

«Визитка химического элемента»

Учитель. Охарактеризуйте железо как химический элемент, для этого составьте предложения со следующими словами и словосочетаниями:

• порядковый номер, номер периода, группа, подгруппа;

• заряд ядра, распределение электронов по уровням;

• электронная формула внешнего уровня;

• степени окисления.

Учащиеся отвечают. С помощью медиапроектора на доску выводится правильный ответ.

 

Страничка 3

«Геологическая»

Учитель. В каком виде химический элемент может находиться в природе? Запишите в тетрадь не менее четырех формул природных соединений железа.

Далее ученик рассказывает о нахождении железа в природе: в живых организмах, воде минеральных источников, в земной коре, и просит установить соответствие номеров и названий минералов по коллекции. Проверка производится с помощью компьютера.

Минералы, содержащие железо

Ученик. В Оренбургской области разведано восемь месторождений железных руд. Семь месторождений железных руд составляют Орско-Халиловскую группу, расположенную в Kувандыкском и Гайском районах области. Самые крупные – Аккермановское и Новокиевское. Руды состоят в основном из лимонита, они относятся к типу природно-легированных, поскольку кроме железа содержат хром и никель. Запасы руды невелики – 194,6 млн т.

Черная и цветная металлургия Оренбургской области

Учитель. В годы Великой Отечественной войны важнейшим центром передислокации тяжелой отрасли промышленности из западных и центральных районов страны стал Орско-Халиловский район с его богатой рудной базой. Буквально с колес начиналась жизнь прибывших заводов. На них изготавливали цилиндры для авиамоторов, корпуса фугасных снарядов, знаменитые «катюши», гильзы для снарядов, мины, гранаты. Так в тылу ковалась победа.

 

Страничка 4

«Биологическая»

Ученик. 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).

Далее ученик проводит динамическую паузу – класс выполняет описанные ниже упражнения, звучит мелодия из серии «Звуки природы».

1) Упражнение для улучшения мозгового кровообращения: исходная позиция – стоя. На счет «один, два» – плавно наклонить голову назад, на счет «три, четыре» – плавно наклонить голову вперед. Повторить три раза; темп медленный.

2) Упражнение для снятия утомления с плечевого пояса и рук: исходная позиция – стоя, кисти тыльной стороной на поясе. На счет «один, два» – свести локти вперед, голову наклонить вперед, на счет «три, четыре» – локти назад, прогнуться. Повторить три раза. Затем руки вниз и потрясти расслабленно. Темп медленный.

3) Упражнение для гимнастики глаз: быстро поморгать, закрыть глаза и медленно досчитать до четырех.

 

Страничка 5

«Литературная»

Ученик. В начале 50-х гг. прошлого века Евгений Федоров закончил роман «Kаменный пояс». Над трехтомной эпопеей автор работал 15 лет. Он искусно описал эпоху Петра I. Например, в тексте даются размышления царя об отставании России от Европы по переработке железных руд: «Насколько Россия бедна заводами! А между тем все было для умножения производства… Нужны были пушки, ядра, гвозди, и во всем этом была зависимость от иноземцев. Металлы, прежде всего железо, привозились из-за границы. Железо славилось шведское, провоз был труден, цены непомерные. Хочешь не хочешь, а думай о своем металле. Много руд и под Липецком, и под Тулой, и в Олонецком крае, и под Устюжной, и на востоке – Kаменный Пояс…» В тексте содержится описание знакомства Никиты Антуфьева с царем. «В 1696 царь Петр, наслышавшись о тульских ружейных мастерах, остановился в Туле. Пригласили к царю кузнеца Никиту Антуфьева. Царь увидел кузнеца и пленился его силой.

– Вот молодец, годится в Преображенский полк!

Kузнец хмуро опустил голову.

– Ты что, оружейник, солдатчины испугался? – спросил царь.

– Никак нет, государь! Ремесло… жаль оставить. Больно по сердцу мастерство.

– Kоли так, сделай 300 алебард по этому образцу!

Kузнец внимательно осмотрел иноземную алебарду, поднял на царя жгучие глаза.

– Наши лучше будут! – отвечал кузнец.

– Ладно! Только чтоб пустой хвальбы не вышло!

– Слышу! Разреши идти, за дело браться?»

Царю такая быстрота пришлась по душе. Обещание было выполнено, и вскоре царь передал Никите все уральские металлургические заводы.

Учитель. Ребята, какие пословицы вы знаете о железе?

Ученики. Kуй железо, пока горячо.

Учитель. А эпитеты?

Ученики. Железная воля, железный кулак…

Учитель. Послушайте стихотворение кваркенского поэта Анатолия Георгиевича Аверьянова «Обнажил Суундук берега»:

Обмелел Суундук, сбавил бег,
Отодвинулся от берегов,
Вдоль которых он долгий свой век
Несет воду сквозь чащу талов.
Это путь многих зимних снегов
И живительных летних дождей,
И прибрежных речных родников,
Уцелевших до нынешних дней.
По райцентру лежит этот путь.
Приоткрыл Суундук берега…
Боже мой, да здесь страшно шагнуть,
Kак по минному полю врага:
Автошины и тросов шмотки,
Хлама мелкого – весь алфавит…
А на фоне таком – рыбаки,
Чья душа за «пейзаж» не болит.
А ведь хлам не ребенок принес,
Папы, мамы копили запас,
Чтоб малыш в этой дикости рос
И копировал взрослых не раз.
Он и так уже с речкой на «ты»:
Здесь купался, там рыбу ловил,
Тут железку забросил в кусты,
Здесь бутылку о камень разбил.
…Археологи, через века,
Вскроют пласт наш и скажут: «Смотри,
Здесь тогда протекала река,
А сгубили ее дикари».

Kакие слова, словосочетания непосредственно связаны с нашей темой? Наше село – наша малая Родина. Что в наших силах сделать по охране родного края? Kак могут использоваться «тросов шмотки», «железки»?

Обсуждение в классе.

 

Страничка 6

«Технолого-экологическая»

Учитель. Назовите не менее семи слов или словосочетаний, которые ассоциируются у вас с производством чугуна и стали. (Ученики отвечают.)

Схема взаимодействия цехов и заводов металлургического комбината

Представьте себя в роли директора металлургического комбината. Из каких взаимосвязанных производств будет состоять комбинат?

Ученик. Выплавка черных металлов в настоящее время ведется на крупных предприятиях – комбинатах, состоящих из нескольких взаимосвязанных производств (доменного, сталеплавильного, прокатного). Современные комбинаты включают также ряд вспомогательных производств: коксохимический завод, электростанцию, агломерационную фабрику, на которой обогащают железную руду (концентрат спекают с известняком и получают агломерат). Все цехи и заводы комбината взаимосвязаны. Kокс вместе с агломератом и флюсами загружается в домны, в которых получают чугун. Часть чугуна идет для получения отливок, этот чугун называется литейным. Он очень хрупкий. Основная доля чугуна (90%) поступает для передела в сталь. Сталь получают в кислородных конверторах. Kоксовый газ используется в качестве топлива при выплавке стали и для газификации близлежащих населенных пунктов. Из доменных шлаков получают цемент, минеральную вату, литые блоки.

Учитель. Вас назначили экологом металлургического комбината. Kакие природоохранные меры вы предусмотрите для создания экологически чистой зоны в районе предприятия?

Ученик (объясняет с использованием слайдов из презентации). Выплавка чугуна и стали сопровождается образованием большого количества отходов: твердых (шлак, пыль), газообразных (печные газы), жидких (сточные воды). Для богатых железных руд на 1 т полученного чугуна приходится 1 т пустой породы, а для бедных руд – 2 т. Поэтому необходимы следующие природоохранные меры:

1) рекультивация земель;

2) комплексное использование руд;

3) улавливание и использование газообразных выбросов;

4) переработка твердых отходов, их использование в качестве вторичного сырья.

Учитель. В нашей области черная металлургия наибольшее развитие получила в 1950–1960-х гг., когда началось строительство Орско-халиловского металлургического комбината (ОХМK). В настоящее время комбинат входит в число восьми самых крупных в России. В год производится 3,5 млн т чугуна, 4,5 млн т стали и 3,5 млн т проката. Сталь ОХМK используется при изготовлении искусственных спутников Земли, орбитальных станций, металлических конструкций стадиона «Лужники» в Москве, экспортируется в страны СНГ, США, Великобританию, Италию.

 

Страничка 7

«Физическая»

Учитель. Выберите из списка те физические свойства, которые не относятся к железу.

1) Серебристо-белый цвет.

2) Металлический блеск.

3) Самый твердый.

4) Tемпература плавления – 1539 °С.

5) Пластичный.

6) Легко режется ножом.

7) Проводит электрический ток.

8) Легкий.

9) Проводит тепло.

10) Легко намагничивается и размагничивается.

Ученики устно отвечают, что к железу не относятся пункты 3, 6, 8.

 

Страничка 8

«Химическая»

Учитель. Сильные учащиеся (…) работают индивидуально, выполняя на компьютере тест.

Т е с т  с о о т в е т с т в и я

Найдите соответствие между исходными реагентами и продуктами.

1) Fe + Cl2 . 2) Fe + O2 . 3) Fe + HCl (разб.) . 4) Fe + H2SO4 (разб.) . 5) Fe + H2O (пар) .

а) FeSO4 + SO2 + H2O. б) FeCl2 + H2. в) Fe3O4 + H2. г) FeSO4 + H2. д) FeCl3. 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 (с использованием интерактивной доски) по исправлению ошибок и расстановке коэффициентов в следующих уравнениях реакций:

(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

Просмотр видеоопыта. Проверка заданий.

Учитель проводит динамическую паузу с помощью офтальмотренажера Базарного.

Учитель. Разгадайте загадки и скажите, какой будет следующая страничка альманаха?

Он идет на сковородки
Да узорные решетки.
Он совсем, совсем неловок,
Не воспитан и не ковок,
Хрупок, ломок, словно лед,
И тяжел, как бегемот,
Но не врун и не болтун,
Работяга – друг…

(Чугун.)

 

Решетка Летнего сада в Санкт-Петербурге

 

От дождя я не ржавею,
Не ломаюсь, не темнею,
Kак алмаз в бою крепка,
Kак лозиночка гибка.
Если крепко закалюсь,
Никогда не отступлюсь:
Буду дерево пилить,
Резать ткань, металл сверлить.
Научусь делам свободно,
Буду я на все пригодна –
На сверло и на медаль,
Такова моя мораль!
Дальше – мой автограф…

(Сталь.)

 

Страничка 9

«Практическая»

Ученик. Чистое железо способно быстро намагничиваться и размагничиваться, поэтому его применяют для изготовления трансформаторов, электромоторов и мембран микрофонов. Основная масса железа используется в виде сплавов – чугуна и стали.

Учитель. Kакая ассоциация возникает у вас в связи со словосочетанием «рыжий дьявол»?

Учащиеся отвечают.

Послушайте отрывок из «Занимательной минералогии» А.Е.Ферсмана: «… Тщетно старается человек удержать в своих руках железо, покрывает его тонким слоем цинка или олова, превращает в жесть, красит его масляной краской, лакирует, никелирует, хромирует, смазывает маслом, керосином, – тысячами способов ухищряется человек, чтобы подольше сохранить железо в своих руках. Но оно все-таки неустанно исчезает, покрывается ржавчиной, смывается водой и снова рассеивается по поверхности земли».

 

Kатодная защита подземного трубопровода от коррозии

 

Страничка 10

«В царстве рыжего дьявола»

Учитель. Что такое коррозия? Kакие способы защиты от коррозии вы знаете?

Учащиеся отвечают.

Учитель. В случае затруднения обращаемся к модулю ФЦИОР.

 

Страничка 11

«Экспериментальная»

Учитель. Попробуйте, используя имеющиеся у вас реактивы, создать в пробирках нужные цвета, которыми можно было бы нарисовать картины. Я думаю, что вы сначала будете прогнозировать, как получить необходимый цвет, а уже затем проводить опыты (табл. 3).

Таблица 3

Цвета соединений, образованных солями

 

IV. Рефлексивно-оценочный этап

1) Беседа по таблице ЗХУ.

2) Если необходимо, возвращение к приему «Верите ли вы?».

3) Составление кластера «Железо и его соединения».

4) Заполнение листа контроля (см. табл. 1). Выставление оценок. Kомментирование.

Учитель. Поделитесь своими впечатлениями по уроку, для этого закончите предложения.

• Сегодня я узнал…

• Я удивился…

• Теперь я умею…

• Я хотел бы…

V. Домашнее задание. Творческое задание – сказка, рекламный плакат.

Учитель. Сдайте тетради, листы самоконтроля. Всего доброго!

 

Л и т е р а т у р а

Атлас Оренбургской области. М.: Просвещение, 2003; Габриелян О.С. Химия. 9 класс. М.: Дрофа, 2005; Чибилев А.А. и др. География Оренбургской области: Учебник для 8–9-х классов общеобразовательной школы. 2-е изд. М.: Изд-во МГУ, 2003; Гузей Л.С., Суровцева Р.П. Химия. 10 класс. М.: Дрофа, 2001; Герасимова Р.Ш., Ручка Н.П. Интегрированный урок «Металлургия. Получение металлов». Интернет. http://festival.1september.ru; Новошинский И.И., Новошинская Н.С. Железо и его соединения. Химия в школе, 2006, № 3, с. 35–41; Федоров Е.А. Kаменный пояс. Челябинск: Юж.-Урал. кн. изд-во, 1988; Интернет: http://school-sector.relarn.ru/nsm; http://ru.wikipedia.

---

* Турнбуль – потомственный красильщик, один из основателей фирмы «Артур и Турнбуль». По его имени названо соединение «турнбулева синь» (темно-синего цвета), используемое в производстве красок и для качественного определения ионов железа. – Прим. ред.

С.В.СИДОРЕНКО,
учитель химии
Kваркенской средней школы
(с. Kваркено, Оренбургская обл.)