Железо и его соединения. Урок 57. ЖЕЛЕЗО И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ. Разработка темы 9 класса железо и его соединения работу Учитель химии Подосиновик Светлана Николаевна
 Скачать 2.64 Mb.
|
|
РАЗРАБОТКА ТЕМЫ 9 КЛАССА: «ЖЕЛЕЗО И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ Работу выполнила: Учитель химии Подосиновик Светлана Николаевна МБОУ «Лицей «Технический» им. С.П. Королева» Город Самара С О Д Е Р Ж А Н И Е Положение В периодической системе НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ ОТКРЫТИЕ И ПОЛУЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗО В ОРГАНИЗМЕ И ЕГО РОЛЬ СОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗА И ИХ СВОЙСТВА ПРИМЕНЕНИЕ ЖЕЛЕЗА И ЕГО СПЛАВОВ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА П Р О В Е Р К А ф о л ь к л о р Fе элемент № 26 элемент 4- ого периода четвертый по распространенности в земной коре, второй среди металлов элемент 8 группы побочной подгруппы ставшее международным, латинское название «Ferrum», от греко-латинского «быть твердым» Электронное строение атома железа Fe +26 2е 8е 14е 2е 1S22S22P63S23P63D64S2 возможные степени окисления +2, +3, +6 Какова степень окисления железа?Fe 1s22s22p63s23p63d64s2Fe4s Внешний уровень 3d Предвнешний уровень 3p 3s Для железа характерны две основные степени окисления: +2, +3.Fe0 - 2e- = Fe+2Fe0 - 3e- = Fe+3Запомни!
Физические свойства железа серебристо-белый, металлический блеск тугоплавкий (Т пл.=15390C Т кип.=27400C) Тяжелый (плотность=7,8 г\см3 ) ковкий; твердый; пластичный; тепло- и электропроводный; обладает магнитными свойствами Железо Технически чистое- низкоуглеродистая сталь (легко коррозирует) скрепки, кнопки Химически чистое-0,01 % примесей (не подвергается коррозии) Делийская колонна Химические свойства
+2 +2, +3 +3 S, Cu2+, HCI, H2SO4p-р, I2 O2, H2O Hal2,(кроме I2) HNO3(разб) HNO3(конц)(t) H2SO4(конц)(t) Химические свойства I. Реакции с простыми веществами 2. Железо сгорает а)на воздухе 3Fe +2O2=Fe3O4 б)в чистом кислороде при нагревании: 4Fe +3O2=2Fe2O3 3. Реагирует с порошком серы при нагревании:Fe +S = FeS
2Fe + 3Cl2=2FeCl3 Fe + I2=FeI2 Химические свойства I. Реакции с простыми веществами 5) Реагирует с фосфором: 3Fe + 2Р = Fe3Р2 6) Реагирует с азотом: 3Fe + N2 = Fe3N2 4.Реагирует с углеродом при нагревании: 3Fe + C=Fe3C цементит Химические свойства II. Реакции со сложными веществами 1) С растворимыми солями менее активных металлов : Fe + CuSO4= Cu + FeSO4 2) С кислотами(кроме HNO3, H2SO4(конц)): А) с соляной кислотой: Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 Б) с разбавленной серной кислотой: H2SO4 + Fe = FeSO4 + H2 3) С водой(при высокой температуре): 3Fe + 4H2O=Fe3O4 +4H2 (железная окалина) 4) Во влажном воздухе – ржавеет: 4Fe + 6H2O + 3О2 = 4Fe(ОН)3 Железо разрушается под действием окружающей среды, т.е. подвергается коррозии – «ржавлению». При этом на поверхности образуется «ржавчина». Химические свойства II. Реакции со сложными веществами 5) С кислотами: А) с концентрированной азотной кислотой при н.у. пассивируется t Fе + 6HNOз (конц.) → Fе(NOз)з + 3NО2 + 3Н2О t Fе + 4HNOз (разб.30%) → Fе(NOз)з + NО + 2Н2О 4Fе + 10HNOз (разб.2-3%)→4Fе(NOз)з +NH4NО3 +3Н2О (t) Б) с концентрированной серной кислотой при н.у. пассивируется t 2Fe + 6H2SO4(конц.) = Fe2(SO4)3 + 3SO2+ 6H2O 6. Как ни странно, окислить свободное железо до степени окисления +6 удается при сплавлении с нитратом калия и щелочью:Fe + 2KOH + 3KNO3 = K2FeO4 + 3KNO2 + H2Oферрат калия7. Железо образует комплексные соединения(в с.о. 0)2Fe + 5CO = [Fe2(CO)5]пентакарбонил железа
Fe2O3 →Fe3O4 →FeO →Fe а) угарным газом 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO = 3FeО + CO2 FeO + CO = Fe + CO2 Получение железа б) водородом при высокой температуре: FeO + H2= Fe + H2O Fe2O3 + 3H2= 2Fe + 3H2O в) Алюминотермическим способом: 3Fe3O4 + 8Al= 9Fe + 4Al2O3 термит г) углеродом FeO + C= Fe + CO 2) Электролиз водных растворов солей: FeSO4 + 2H2O = Fe + H2 +O2 + H2SO4 Получение железа Чистое железо используется в качестве катализатора и для изготовления магнитных лент. Более 90% всего производимого железа идет на изготовление сплавов – чугуна и сталей. Применение железа Нахождение в природе В земной коре на долю железа приходится около 4,1% массы земной коры (4-е место среди всех элементов, 2-е среди металлов). Известно большое число руд и минералов, содержащих железо. Оно бывает в виде различных соединений: оксидов, гидроксидов и солей. В свободном виде железо находят в метеоритах, изредка встречается самородное железо (феррит) в земной коре как продукт застывания магмы. Первое металлическое железо, попавшее в руки человека, имело, явно, метеоритное происхождение. Руды железа широко распространены и часто встречаются даже на поверхности Земли Железные изделия из метеоритного железа найдены в захоронениях, относящихся к очень давним временам (IV - V тысячелетиях до н.э.), в Египте и Месопотамии Наиболее распространенные и добываемые руды и минералы1) Магнитный железняк - магнетит - Fe3O4(содержит 72,4 % Fe, производство чугуна и стали);2) Красный железняк - гематит - Fe2O3( содержит до 70 % Fe, производство чугуна и стали)3) Бурый железняк - лимонит - Fe2О3∙пН2О(содержит до 65% Fe, производство чугуна и стали);4) Колчедан, пирит FeS2-производство серной кислоты;5) Железный шпат - сидерит – FeCO3(содержит до 48% Fe);Наиболее распространенные и добываемые руды и минералы магнитный железняк (магнетит - Fe3O4; содержит 72,4 % Fe, производство чугуна и стали) бурый железняк (лимонит - Fe2О3*пН2О; содержит до 65% Fe, производство чугуна и стали) красный железняк (гематит - Fe2O3; содержит до 70 % Fe, производство чугуна и стали) железный шпат (сидерит – FeCO3 содержит до 48% Fe) Колчедан, пирит FeS2-производство серной кислоты Люди впервые овладели железом в 4-3 тысячелетиях до н. э., подбирая упавшие с неба камни — железные метеориты, и превращая их в украшения, орудия труда и охоты. Их и сейчас находят у жителей Северной и Южной Америки, Гренландии и Ближнего Востока, а также при археологических раскопках на всех континентах. Самый древний способ получения железа основывается на его восстановлении из оксидных руд. В 19 веке были разработаны современные способы: мартеновские печи, электросталеплавильные процессы и другие методы… История получения железа СОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗА Соли (+2) (+3)- растворимые и нерастворимые: Fe(NO3)2, FeCl3, Fe2(SO4)3 , FeS….. оксиды: FeO, Fe2O3 Fe3O4 гидроксиды: Fe(OH)2 Fe(OH)3 ОКСИДЫ ЖЕЛЕЗА FeO - основный оксид Fe2O3- слабовыраженный амфотерный оксид Fe3O4- смешанный оксид (FeO и Fe2O3) FeO - вюстит - порошок черного цвета Химические свойства FeO - основный оксид 1) с растворами кислот кроме (HNO3): FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O 2) с O2: 4FeO +О2=2Fe2O3 3) с более активными металлами: 3FeO + 2Al = 3Fe + Al2O3 4) С другими восстановителями (Н2, С, СО) FeO + Н2 = Fe + Н2O FeO+ C=Fe+ CO FeO + CO=Fe+ CO2 5) С кислотами окислителями: FeO + 4HNO3(конц.) = Fe(NO3)3+ NO2 + 2H2O 3FeO + 10HNO3(разб.) = 3Fe(NO3)3+ NO + 5H2O 2FeO + 4H2SO4(конц.) = Fe2(SO4)3+ SO2 + 4H2O Получение FeO
Fe3O4+СО=FeO+ СO2 Fe2O3 +СО=FeO+ СO2 Fe2O3 + Н2 = 2FeО + Н2O 3) Разложение FeCO3 : FeCO3=FeO + CO2 2) Разложение Fe(OH)2 Fe(OH)2=FeO+H2O t 3Fe(OH)2=Fe3O4+H2+2H2O Химические свойства Fe3O4 (FeO ∙ Fe2O3 железная окалина) 1) с растворами кислотам: Fe3O4 + 8HCl=FeCl2 +2FeCl3 + 4H2O 2) также с более активными металлами , водородом, углеродом, угарным газом: Fe3O4 +4Zn=4ZnO +3Fe Fe3O4 +4СО=4СO2 +3Fe 3) с кислотами-окислителями: 2Fe3O4 + 10H2SO4(конц.)=3Fe2(SO4)3 + SO2+10H2O Fe3O4 + 10HNO3(конц.)=3Fe(NO3)3 + NO2+5H2O 3Fe3O4 + 28HNO3(разб.)=9Fe(NO3)3 + NO+14H2O Получение Fe3O4
3Fe + 2O2 = Fe3O4 2) С водой(при высокой температуре): 3Fe + 4H2O = Fe3O4 +4H2 Fe2O3 - порошок красно-бурого цвета Химические свойства Fe2O3 - слабовыраженный амфотерный оксид 1) с растворами кислот: Fe2O3 + 6HCl = 2FeСl3 + 3H2O 2) с более активными металлами Fe2O3 + 3Mg = 3MgO +2Fe 3) Со щелочами и их оксидами при сплавлении-ферриты (ферраты (III)): Fe2O3 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H2O Fe2O3 + Na2O = 2NaFeO2 4) Сплавление с карбонатами: Fe2O3 + Na2СO3 = 2NaFeO2 + СO2 5) При нагревании восстанавливается водородом, углеродом или оксидом углерода (II): Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe Fe2O3 - порошок красно-бурого цвета Химические свойства Fe2O3 6) Проявляет окислительные свойства: Fe2O3 +6HI=2FeI2+I2+3H2O Получение Fe2O3
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 2) Горение в чистом кислороде: 4Fe+3O2=2Fe2O3 ГИДРОКСИДЫ ЖЕЛЕЗА Fe(OH)2 и Fe(OH)3 Окисление: 4Fe(OH)2+ O2 +2H2O=4Fe(OH)3 2Fe(OH)2+ H2O2=2Fe(OH)3 Fe(OH)2 –осадок белого (зеленого) цвета Химические свойства Fe(OH)2 1) Реагирует с растворами кислот, кроме HNO3: Fe(OH)2 + 2HCl = FeCl2 + 2H2O 2) Реагирует с кислотами-окислителями: Fe(OH)2 +4HNO3(конц.) = Fe(NO3)3+NO2 +3H2O 3Fe(OH)2+10HNO3(разб.) = 3Fe(NO3)3+NO +8H2O 2Fe(OH)2 +4H2SO4(конц.) = Fe2(SO4)3+SO2 +6H2O 3) Разлагается при нагревании с последующим окислением: Fe(OH)2 = FeO + H2O 3Fe(OH)2 = Fe3O4 + H2 + 2H2O 4Fe(OH)2 +O2 = 2Fe2O3 + 4H2O Fe(OH)2 –осадок белого (зеленого) цвета Химические свойства Fe(OH)2 4) Окисление на воздухе: 4Fe(OH)2+ O2 +2H2O = 4Fe(OH)3 осадок белого осадок бурого цвета (зеленого) цвета FeCl2 + 2NaOH = Fe(OH)2 + 2NaCl Fe(OH)3-осадок бурого цвета-амфотерный гидроксид Химические свойства Fe(OH)3 1) Реагирует с кислотам: Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3+3H2O 2) Разлагаются при нагревании: 2Fe(OH)3 = Fe2O3+3H2O 3) Реагирует с конц. щелочами: Fe(OH)3 + 3NaOH = Na3[Fe(OH)6] 4) В сильнощелочной среде Fe(OH)3 окисляется хлором до красного раствора феррата: 2Fe(ОН)3+ 3Cl2 + 10КOH = 2К2FeO4 + 6КCl + 8Н2О Fe(OH)3-осадок бурого цвета-амфотерный гидроксид Химические свойства Fe(OH)3 5) Реагирует с карбонатом кальция при нагревании: Fe(OH)3 + CaCO3= Сa(FeO2)2+CO2↑+3H2O Получение Fe(OH)3 1) Взаимодействие растворимых солей железа (III) со щелочами: FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaCl 2) Окисление Fe(OH)2 на воздухе: 4Fe(OH)2+ O2 +2H2O = 4Fe(OH)3 3) пероксидом водорода: 2Fe(OH)2+ H2O2 = 2Fe(OH)3 4) Ржавление железа: 4Fe + 6H2O + 3О2 = 4Fe(ОН)3 5) Совместный гидролиз: 2FeCl3+3Na2СO3+3Н2О=2Fe(OH)3+6NaCl+3СО2 2FeCl3+3Na2S+3Н2О=2Fe(OH)3+6NaCl+3H2S Соли железа
Соли железа Растворимые-реагируют с щелочами: FeCl2 + 2NaOH= Fe(OH)2 + 2 NaCl Реагируют с более активными металлами: FeCl2 + Mg= MgCl2+ Fe Реагируют с другими солями: Fe2(SO4)3 + 3BaCl2=3BaSO4 + 2FeCl3 Нерастворимые -реагируют с кислотами: FeS + 2HCl=FeCl2 + H2S↑ КАЧЕСТВЕННАЯ РЕАКЦИЯ НА Соли железа (+2) и (+3) Реакция со щелочью FeCl2 + 2NaOH= =Fe(OH)2 +2NaCl Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2 Осадок зеленого (белого) цвета FeCl3+3KOH= =Fe(OH)3+3KCl Fe3+ +3OH- =Fe(OH)3 Осадок бурого цвета FeCl2 FeCl3 NaOH Fe(OH)2 -осадок темно-зеленого цвета Fe(OH)3 - осадок коричневого цвета КАЧЕСТВЕННАЯ РЕАКЦИЯ НА Соли железа +2 и +3 K3[Fe(CN)6] – красная кровяная соль K4[Fe(CN)6] – желтая кровяная соль K3[Fe(CN)6] + FeCl2 = КFe[Fe(CN)6] + 2KCl турнбулева синь K4[Fe(CN)6] + FeCl3 = КFe[Fe(CN)6] + 3KCl берлинская лазурь Для определения солей железа +3 используют родонид калия КCNS или родонид аммония NH4CNS FeCl3 + 3 КCNS = Fe(CNS)3 + 3 KCl КАЧЕСТВЕННАЯ РЕАКЦИЯ НА Соли железа +3 Соли железа Соли Fe2+ 5) Проявляют восстановительные свойства 2FeCl2 + Cl2= 2FeCl3 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4= 5Fe2(SO4)3+ 2MnSO4 + K2SO4+ 8H2O Соли железа Соли Fe3+ 4) Окислители: А) В кислой среде соединения железа (III) являются сильными окислителями: 2FeCl3 + H2S = 2FeCl2 + S↓ + 2HCl 2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2↓ + 2KCl 2FeCl3 + Fe = 3FeCl2 2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2 (t) FeCl3 + Cu = FeCl2 + CuCl (травление плат-электролиз) Fe2(SO4)3 + 3K2S = 2FeS↓ + S↓ + 3K2SO4 Соли железа Соли Fe3+ ферраты (III) Получение: А) Взаимодействие оксида и гидроксида железа (III) со щелочами: Fe2O3 + 2NaOH=2NaFeO2 +H2O 1) Реагируют с кислотами: 2NaFeO2 + 4H2SO4 = Fe2(SO4)3 + Na2SO4 + 4H2O NaFeO2 +СО2+ 2H2O = Fe(ОН)3 + NaНСО3 NaFeO2 + 2H2O = Fe(ОН)3 + NaОН Соединения железа +61) Железо +6 образует ферраты – соли железной кислоты, которая не выделена в свободном состоянии, являются более сильными окислителями, чем KMnO4 и K2Cr2O7.Их получают окислением соединений железа +3 в сильнощелочной среде:2KFeO2 +KClO3 + 2KOH = 2K2FeO4 + KCl + H2O2) Ферраты в нейтральной и кислой среде являются сильными окислителями:2K2FeO4 + 2NH3 + 2H2O = 4KOH + N2 + 2Fe(OH)32K2FeO4 + 16HCl = 2FeCl3+ 3Cl2 + 4KCl+8H2O3)4K2FeO4=2Fe2O3+4K2O+3O21) Осуществите превращения: Fe →FeCl2 →FeCl3 →Fe(OH)3 →Fe2O3 →FeO→Fe 2) При растворении 32,8 г смеси железа и оксида железа (III) в соляной кислоте, выделилось 6,72 л водорода. Какова масса солей в полученном растворе? Ответ: m(FeCl3)=32,5 г; m(FeCl2)= 38,1 г Железо в организме Железо в виде ионов присутствует в организмах всех растений и животных и, конечно же, человека, но в растениях и животных в малых количествах (в среднем 0,02%). Основная биологическая функция железа – участие в транспорте кислорода ко всем органам и окислительных процессах. В организме человека с массой тела прниблизительно70 кг содержится 4,2 г железа, а в 1 л крови – 450 мг. При недостатке железа в организме развивается железистая анемия. Перенос железа в организме осуществляет важнейший белок –гемоглобин, в котором находится больше половины всего железа организма. Основная роль железа в организме – участие в «рождении» красных (эритроцитов) и белых (лимфоцитов) кровяных клеток. Эритроциты содержат гемоглобин - переносчик кислорода, а лимфоциты ответственны за иммунитет. Почти 60%, поступающего в организм железа расходуется на синтез гемоглобина. Некоторое количество (примерно 20%) - откладывается в мышцах, костном мозге, печени и селезенке. Еще 20% его используется для синтеза различных ферментов. гречка говядина печень белая капуста хлеб грубого помола и черный хлеб бобы и курага орехи мясо кур яблоки Продукты, богатые Железом При анемии, для приготовления пищи, рекомендуется использовать чугунную посуду. Как показали эксперименты, приготовление и кипячение соуса на протяжении 20 минут в такой посуде, способствует увеличению количества железа в 9 раз. Людям с пониженным гемоглобином необходимо чаще бывать на свежем воздухе. Будьте внимательны к своему здоровью: наличие достаточного количества гемоглобина – это наша жизнь!!! При анемии (недостатке гемоглобина) увеличьте в своем рационе количество нежирного говяжьего мяса и печени, красной икры, а также яичных желтков. П Р И М Е Н Е Н И Е Ж Е Л Е З А И Е Г О С П Л А В О В Чистое железо имеет довольно ограниченное применение. Его используют при изготовлении сердечников электромагнитов, как катализатор химических процессов, для некоторых других целей. Находят широкое применение и многие соединения железа. Так, сульфат железа (III) используют при водоподготовке, оксиды и цианид железа служат пигментами при изготовлении красителей и так далее. Но сплавы железа — чугун и сталь — составляют основу современной техники С П Л А В Ы Ж Е Л Е З А Чугун Fe - 90-93% C - 2-4,5% хрупкость Сталь Fe - 95-97% C - 0,3-1,7% ковкость Железо сегодня Гидроэлектро- станции и опоры линий электропередач Трубопроводы для воды, нефти и газа Автомобили , Тракторы, Подводные лодки, Бытовые приборы, Другие предметы Ф О Л Ь К Л О Р о Ж Е Л Е З Е «Ржавое железо не блестит» (никчемность и бездеятельность человека портит!!!) Очень часто употребляемая пословица: «Куй железо, пока горячо» (делай все вовремя!!!, не пропусти момент!!!) «Без разума сила все равно, что железо гнило» (главное в человеке - разумные и осмысленные поступки!!!) В народном фольклоре метких изречений о важности и значении железа в человеческом обиходе встречается много Есть у железа страшный враг – «ржавчина». К чему она приводит, как с ней бороться и как важно не попасть в ее «сети» - и об этом говорит народная мудрость: «Человека губит горе, железо портит влага» (турецкая) «Сердца ржавеют, как ржавеет железо» (арабская) «Ржавчина не железе, а неправда в человеке не утаится» «Хорошее железо не ржавеет» (русские) 1) Осуществите превращения: Fe →FeCl3 → Fe(OH)3 → Fe2O3 2) При растворении 32,8 г смеси железа и оксида железа (III) в соляной кислоте, выделилось 6,72 л водорода. Какова масса солей в полученном растворе?(Ответ: m(FeCl3)=32,5 г; m(FeCl2)= 38,1 г) |