Тема урока: «Применение железа и его соединений. Сплавы железа: сталь, чугун и их применение»
Учитель: Вам более месяца назад нужно было сделать информационный лист по определенному разделу этой темы. Послушаем, что вы узнали интересного, посмотрим, как вы поработали с дополнительной литературой.
Много лет до нашей эры
Были странные манеры
Из железа украшенья
Отдавать как подношенья.
Слово «железо» произошло от санскритских слов «джальжа» (метал, руда) или «жель» (блестеть, пылать).
1 ученик. Люди стали применять железо уже в IV-III тысячелетии до н.э., подбирая упавшие с неба камни, железные метеориты, превращая их в украшения, орудия труда и охоты. Имеются доказательства того, что было время, когда железо ценилось дороже золота. Лишь знатные люди могли украшать себя изделиями из железа, оправой для которого нередко служило золото.
Железо наряду с золотом и серебром входило в состав дани, которую платили коренные народы Ассирии в IX веке до н.э . Жены богатых людей несли на себе иногда чуть - ли не целый пуд таких железодрагоценных украшений
Было время, когда гвоздь
Был свинье эквивалентен
Кук бранился, довелось,
Хоть и был интеллигентен.
2ученик. Туземцы почти до середины XIX века считали железо дороже всех металлов. За десяток железных костылей моряки на островах Полинезии получали 10 свиней. Джеймс Кук писал: « Ничего не манило к себе посетителей наших судов, как этот металл. Железо было для них самым желанным товаром». Однажды матросам Кука удалось выменять ржавый гвоздь на свинью. Из- за этого на корабле начали твориться невообразимые вещи. Матросы тянули гвозди отовсюду и даже хотели перековать якорь на гвозди, поэтому Кук вынужден был издать приказ о суровом наказании за кражу железа.
А один из вождей острова Таити имел два гвоздя и получал значительный доход, ссужая их для пробивания отверстий. А в средние века вся экипировка рыцаря и его коня, доспехи тоже делали из железа.
Время шло, железо смело
Стало в технику входить
Лошадь многим надоела
Конь железный начал жить.
3 ученик. Применение железа насчитывает много столетий, но настоящее вторжение железа произошло на рубеже 18 и 19 веков. В 1779 через реку Северн (Англия) был построен первый мост из чугуна. В 1818 было спущено на воду первое железное судно. Первая железная дорога была введена в действие в Англии в 1825 году.
На долю железа и его сплавов приходится около 90 % всех производимых в мире металлов. Машиностроение, приборостроение, транспорт, энергетика, строительство, оборонная промышленность немыслимы без железа.
Демонстрируется опыт: Кровь без раны.
(Для опыта используют 3% раствор хлорида железа FeCl3, которым протирают ладонь, а бесцветным KCNS смачивают меч)
Мечом проводят по ладони, на бумагу обильно течет «кровь».
FeCl3 + 3KCNS = Fe (CNS) 3 + 3KCl
Кровь с ладони смывают ватой, смоченной раствором NaF.
Есть железо в человеке
И в животном тоже есть.
Есть в растениях, в аптеке
Без него не встать, не сесть.
Этот опыт демонстрирует одну из областей применения железа.
4 ученик. Не будь железа на земле, не могли бы существовать живые организмы, т.к. Fe входит в состав крови почти всех представителей животного мира. Оно входит в гемоглобин, обеспечивает дыхание тканей. При недостатке его у человека быстро начинается утомление, возникает головная боль. Рецепты различных «железных» лекарств были известны в старину и применяются в современной медицине.
В 1707г Луи Лемери обнаружил Fe в составе золы растений, выяснилось, что оно входит в состав растений, необходимо для образования хлорофилла и содержится в дыхательных ферментах.
Морской планктон потребляет в год полмиллиарда тонн Fe , почти столько производят металлургические заводы планеты.
Учитель проводит викторину:
1. Сколько Fe содержит организм человека?
3-5 г; в эритроцитах до 2,45г.
2. Какой орган в организме запасает Fe
печень (у мужчин до 1 г)
3. Какой планете, дню недели и алхимическому символу, по мнению химиков древности, соответствует Fe?
Марс, вторник, ♂
4. Как разрезать стальную плиту, не дотрагиваясь до нее твердым предметом?
Газовая горелка.
Учитель: Еще одна из областей применения Fe,ферромагнетики, вещества, усиливающие магнитное поле. Они работают в телевизорах, радиоприемниках, электромоторах.
В радиотехнике при изготовлении печатных плат проводят травление медных пластин хлоридом железа(III) FeCl3.
Уравнение этого процесса:
Cu0+ 2Fe+3Cl-13 → 2Fe+2Cl-12 + Cu+2Cl-12
Рассмотрим эту реакцию с точки зрения окисления – восстановления.
Cu + 2FeCl3 → 2FeCl2 + CuCl2
Восстановитель Cu0 - 2е → Cu+2│ 1 окисление
Окислитель Fe+3 + 1е → Fe+2│ 2 восстановление
Проводим опыт
Моментальная фотография. Рисуем рисунок № 1 раствором FeCl2 , № 2- FeCl3 , высушиваем. Раствором K3[Fe(CN)6] - красной кровяной соли, проявляем рисунок на 1-м листе, раствором K4[Fe(CN)6] - желтой кровяной соли на 2-м листе, брызгая их из пульверизатора. Появится изображение. Объясняется это явление тем, что эти соли используются в аналитической химии для определения солей железа. K3 [Fe (CN) 6] - гексоцианоферрат (III) калия красная кровяная соль - двухвалентного, а K4[Fe(CN)6] - гексоцианоферрат (II) калия желтая кровяная соль - трехвалентного.
Опыт № 2
1-я ионов Fe 2+ (добавим к FeCl2 + K3[Fe(CN)6])→ турнбулевая синь
2-я ионов Fe3+ (добавим FeCl3 + K4[Fe(CN)6])→ берлинская лазурь
А суть реакций изучим в 11 классе.
Учитель: Ребята подведем итог:
«Железо не только основа мира, самый главный материал окружающей нас природы, оно орудие войны и мирного труда. И трудно во всей таблице Менделеева найти другой такой элемент, который был бы так связан с прошлыми настоящими и будущими судьбами человечества» Ферсман.
Но еще большое применение имеют сплавы железа.
К железу углерод немного добавляя
Его родные свойства можно изменять.
Чугун и сталь, при этом получая
Границы применения мы можем расширять
Какие сплавы Fe вам известны?
Чугун, сталь.
Запись: Чугун - это сплав железа, содержащий более 1,7% углерода, а так же кремний, марганец и небольшое кол- во S и P.
Сталь: сплав железа, содержащий до 2% углерода и небольшое количество Si, Mn,P, S.
Лабораторный опыт. Рассмотрим образцы чугуна, а затем стали. В чугуне содержится больше углерода, чем может удержать его железо при затвердевании в виде твердого раствора. На изломе чугуна виден серый цвет графита. Именно большая массовая доля углерода объясняет его хрупкость по сравнению со сталью. Чугун бывает:
а) белый (с небольшим содержанием Si). Он идет на переработку в сталь.
б) серый (с высоким содержанием Si). Из него изготавливают литые детали: шестерни, маховые колеса, станины, плиты, трубы.
Сталь – сплав, где массовая доля углерода
Промышленность производит, стали легкие, средней твердости (твердые они получаются под действием термической обработки - закалки и отпуска).
Опрос
Работа у доски.
Задание №1. Написать уравнения следующих превращений и объяснить:
(Слайд цепочки превращений на интерактивной доске).
→ FeCl2 → Fe
Fe
→ FeCl3 → Fe (OH) 3
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 (Fe стоит до H2 и вытесняет его из состава к - т)
2)2 Fe + Cl2 → FeCl3 (с сильными окислителями Cl2, H2SO4 концентрированной, степень окисления Fe «+3».
3) FeCl3 + 3 NaOH →Fe(OH)3 + 3NaCl (нерастворимые в воде основания, а именно таким является Fe (OH) 3 (смотрим таблицу растворимости) получают действием на соль соответствующего металла щелочью (NaOH, KOH)
4) Из хлорида железа (II) железо можно получить электролизом расплава.
FeCl2 → Fe+2→ 2Cl
К(-) Fe +2 +2е → Fe0 восстановление
А(+)Cl -1 - 1е → Cl0 окисление
FeCl2 → Fe + Cl2
Эксперимент. Ученик выполняет практическое задание у доски (текст задания написан на интерактивной доске).
В четырех пробирках даны вещества:
а) карбонат калия Fe2CО3
б) хлорид натрия NaCl
в) нитрат бария (Ва(NО3)2
г) сульфат натрия Na2SО4
При помощи качественных реакций определите, в какой пробирке находится каждое из этих веществ.
Проводятся соответствующие реакции, уравнения которых записываются в молекулярном, полном и сокращенном ионом виде.