Урок по химии в 9 классе Железо и его сплавы
МОУ СОШ п. Тарбагатай Петровск – Забайкальского района Читинской
области.
Урок химии в 9 классе с элементами
технологи творческих мастерских,
интегрированного и проблемного
обучения
Задачи: Познакомить с историей появления железа и его сплавов,
Исследовать свойства железа и его соединений, биологическую роль железа и его применение. Выявить воздействие соединений
железа на окружающую среду)
Оборудование: На столах учащихся коробки с образцами сплавов железа, горных пород, скрепка, спиртовка, пинцет, стаканчик с водой, микроскопы,
препараты с железобактериями.
На столе учителя : разрезанное яблоко.
Ход урока.
І Сказка: Загадочный незнакомец"
Да, это такой побочный элемент! Ну и что, что побочный. Жизнь заставила, судьба, наверное, такая. Хотя его много, очень много в земной коре ., целых 5%. Но несмотря на это нелегко ему. Хотя профессию свою он очень любит и служит честно. Но если вы встретите его на улице, то не узнаете: магнитный железняк, бурый железняк, сидерит, пирит- все это он, просто нужно уметь маскироваться, появляться в обществе в виде соединений. А уж в своей профессии, профессии частного детектива он ас, это точно. И пусть все говорят, что он лишь металл средней активности и внешностью не удался, серебристо- белого цвета, пластичен, легко поддается ковке, тугоплавкий- все это его характеристика. Много таких, но он то знает, что он единственный и неповторимый! Это придает ему жизненные силы. Да и потом он знает свое дело: как он в прошлый раз окислялся в присутствии воды, что явно произвело на нее впечатление, и теперь они вместе образуют ржавчину, а как захватил кислород при высокой температуре, да ещё и с образованием окалины, все были в восторге. Друзей у него немного, с не очень активными неметаллами он может пообщаться всего лишь до степени окисления + 2, а с теми, что поактивнее до степени +3, но это скучно, вот с дамами куда интереснее, особенно с серной кислотой, она такая загадочная. То придет разбавленная, такую он особенно обожает и даже реагирует с выделением водорода. А то заявится концентрированная, тогда можно пообщаться лишь в определенных условиях, например при температуре. С солями он тоже нашел общий язык, и они прекрасно понимают друг друга.
В общем живет он, несмотря на все тяготы жизни, неплохо. Тем более, что есть у него стимул жизни, попадет он под сокращение, уволят с работы, останется один, покинув хим. лабораторию, то будет этот элемент так же предан своему лучшему другу-человеку и всегда будет помогать ему в производстве машин, инструментов, различных конструкций. А что, разве жалко? Пусть пользуется пока его ещё 5%.
В: О каком элементе идет речь?
О: О железе.
Тема: Железо его сплавы и применение
Девиз: " Огромна роль железа. Оно дало человеку такие орудия труда, которым не мог противостоять ни один камень, ни один металл".
План урока:
1 История появления железа и его сплавов.
2 Классификация сплавов, их свойства.
3Применение сплавов железа и его соединений.
4Биологическая роль железа.
5Воздействие соединений железа на окружающую среду.
В: Как вы думаете, почему здесь рисунок рыцаря?
О: Да, таким образом изображали железо.
О
Это символ Марса, а Марс бог войны. А война часто связана с этим элементом.
Сообщение учащегося:
В самородном состоянии железо встречается крайне редко, обычно лишь в виде метеоритов. В этом виде наши предки и могли впервые познакомиться с железом и оценить его по достоинству. как превосходный материал для изготовления орудий. О железе, падающем с неба писал еще Плиний. В 1775г Паллас из своего путешествия по России привез глыбу самородного железа
Глыба была найдена сибирским казаком – кузнецом на горе, невдалеке от Енисея. Палласово железо прославилось на весь мир. Оно было признано за первый бесспорный метеорит. Металлическое железо ,занесенное на землю из межпланетных пространств очень пригодилось его обитателям. Метеоритное железо не всегда было пригодно для кузнечных работ. Так, оружейники хорезмского хана не смогли выполнить волю своего повелителя-выковать саблю для него из упавшего в его владения железного метеорита – из-за хрупкости метеоритного железа. Однако в процессе плавки железо может вобрать в себя столько углерода из древесного угля, что в результате образуется поверхностный слой сплава железа с углеродом, называемого сталью.
Получение сплавов железа – чугуна и стали – явилось поворотным моментом в истории развития металлургии и в истории развития общества.
Наступил железный век. Располагавшие железным оружием дорийцы
вторглись в 1100г до нашей эры на Балканский полуостров и разгромили
микенских греков. Микенские греки были высокоцивилизованным народом, но еще не имели стали и были вооружены бронзовым оружием. Ассирийская армия была первой армией, полностью оснащенной стальным оружием хорошего качества. Благодаря такому превосходству в вооружении ассирийцы покорили многие соседние народы и к 900 г до нашей эры основали могущественное государство.
В: Имело значение в развитии человеческого общества появление стали?
Стихотворение Лукреция Кара
Чтобы оружье иметь и орудья
для рубки деревьев
Чтобы обтесывать лес
И выстругивать гладкие брусья,
Чтобы буравить, долбить
И просверливать в дереве дыры,
Это и серебром и золотом делать пытались
Так же сначала, как силой могучей
И мощною меди.
Тщетно слабой была прочность у этих металлов
И с железом вровень они
Не могли выдерживать грубой работы.
Ценной тогда была медь,
А также железо, а золото было в презреньи.
Итак, раскрываем второй пункт плана.
Сплавы железа
В: Что такое сплавы?
Хим. природа сплавов была разгадана в конце 18 в. шведским металлургом Бергманом. Он растворял железо, сталь и чугун в кислотах. Если мягкое железо, чистое, растворялось в кислотах без остатка, то сталь и чугун оставляли после растворения небольшое количество нерастворимого вещества, которое оказалось ни чем иным, как графитом.
В: А что такое графит?
О: Он состоит из углерода
В: Так какой же состав имеют сплавы сталь и чугун? О: это сплав железа с углеродом.
При высокой температуре железо плавится и растворяет углерод.
В: Какие аллотропные модификации железа вы знаете?
О:
· и железо
В гамма железе углерод растворяется лучше, потому что в нем пустот больше, чем в альфа железе.
Выяснили что такое сплавы . как они образуются, но ведь они разные
В: как вы думаете, по какому признаку классифицируют сплавы?
О: По содержанию углерода.
Сплавы
стали чугуны
мягкая твердая легированная
до 0,3% С от 0,3 до2% С ( разл. добавки)
В: От чего зависит повышение твердости?
О: От содержания углерода.
Лабораторная работа с образцами
От строения зависят свойства, следовательно свойства различных сплавов различны
Работа по таблицам № 1
Чугун твердый и хрупок, при ударе не плющится , а разбивается на куски.
сразу же говорим о применении
Рассматриваем таблицу № 3
Мягкие стали ( малоуглеродистые) пластичные, изделия из них легко деформируются и они при этом не ломаются и не возвращаются к первоначальной форме
Твердые стали занимают промежуточное положение между чугунами и мягкими сталями по хрупкости и твёрдости.
В: Что это за свойство?
Продемонстрировать упругость.
Стали-среднеуглеродистые, стали- высокоуглеродистые.
В: Но мы знаем чему подвержены сплавы.
О: Коррозии.
В: Что это такое?
Посмотреть рисунки, которые нарисовали ребята.
В: Как предотвратить коррозию?
Исследовательская работа " Роль ингибиторов. получение ингибиторов экстракцией из клеток растений"
Сообщение учащихся.
Свойства стали зависят не столько от содержания углерода, но и в одинаковой степени от того, какой термической и механической обработке она была подвергнута
Сообщение учащегося
" Теория закалки стали"
Вскрытие внутренней природы процессов, происходящих при термической
обработке стали, связано с именем одного из основоположников научного металловедения, русского инженера Чернова. Даже правительство Николая І не могло не понять сурового урока крымского поражения. В то время, когда крепостные крестьяне – защитники Севастополя, вооруженные устаревшими ружьями, истощали силы в борьбе с передовой военной техникой соединенных сил Зап. Европы и Турции, было положено начало Обуховскому военному заводу. Его главная задача заключалась в освоении производства стальных орудий, отвечающих современному уровню военной техники. Русские инженеры метались из стороны в сторону, чтобы как – нибудь попасть на правильный путь, но ничто не помогало, орудия браковались непомерно. В эту обстановку лихорадочных исканий попал Чернов. Поводом к открытию термической обработки стали послужил следующий случай. Он, однажды, попросил мастера нагреть кусок стали до темно- красного цвета, но тот нагрел до светло-красного .Желая исправить эту ошибку, он нагрел до темно – красного и опустил в воду.
Лабораторная работа.
Взять пинцетом скрепку разогнутую, нагреть и быстро охладить, опустив в холодную воду. Затем остудить и вновь согнуть. В: Что произошло?
О: Менее упругая.
В:В чем суть закалки?
Если нагреть сплав и охлаждать медленно, то начинает выделяться углерод виде Fe3С. Почему? Да потому, что при температуре гамма- железо в котором С может растворяться более в 100 раз, чем в альфа – железе, превращается в альфа – железо.
А если же охладить быстро? Карбид железа не выделяется. Весь углерод остается в альфа – железе. Но ведь кристаллическая решетка то уже не та, она исказится, металл потеряет пластичность. Получается закаленная сталь. Итак, железо и его сплавы широко применяются. У русского народа есть поговорка " Железо- это плуг в поле, это – это гвоздь в доме."
" Среди металлов на земле
Железо самый знаменитый
Носил доспехи из него
Когда- то рыцарь именитый
Сейчас на вспаханных полях
Железный конь нам помогает
Везде легко найти его
Его ребенок даже знает
Топор, машины, нож и гвозди
В любой семье уже не гости.
И мы понимаем, что богатство страны, её сила и мощь зависят от добычи, переработки железа, то есть от металлургической базы.
Учитель географии.
Актуализация знаний учащихся по теме " Металлургический комплекс России"
С тех самых пор , когда человек научился плавить металл, обойтись без него он уже не может. Металлы продолжают играть огромную роль в экономике любой страны. Особенно огромную роль они играют в машиностроительном комплексе отраслей.
1 Сегодня на уроке вы видели, что в водоемах образуется ржавчина. поэтому к какой группе по происхождению мы можем отнести железо? (к осадочным полезным ископаемым).
А могло ли железо образоваться в земной коре другим способом? (да) Да железная руда образовалась из древних осадочных пород путем металломорфизма, при изменении магмы.
2 Вспомните из каких руд выплавляют железо? Покажите их.( магнитный железняк, бурый железняк, красный железняк) Взгляните на образцы и назовите их под № 10, 3, 5?
3 Давайте вспомним богата ли Россия запасами железной руды. Выйдите к карте " Полезные ископаемые" и отметьте значками основные районы размещения железных руд, назовите их.
4Дайте краткую оценку основных районов размещения железных руд.
-КМА
-Урал
-Карелия и Кольский полуостров
-Юг Западной Сибири
-Восточная Сибирь ( Приангарье, Читинская область)
-Дальний Восток
5 Работа с картой ( учащийся работает по карточке)
6Дайте анализ экономических районов, показанных на карте.
Заполните таблицу .
Экономический район
Производство металла,%
Название мест металлургической базы
- запишите долю экономических районов в % по выплавке металлов от общего объёма , выплавляемого в России.
-сравните экономические районы, какой из них выплавляет больше всего металла
-к каким металлургическим базам России можно отнести данные районы?
7 Анализ работы учащегося возле доски.
- перечислить основные центры производства металла
- объяснить различия в цвете отмеченных центров
8 Общий вывод о развитии металлургического комплекса.
а) Россия обладает богатейшими запасами железной руды.
б) Основная доля металла производится в Зап. экономической зоне.
в) В Сибире на Дальнем Востоке есть богатейшие месторождения, на базе которых здесь в перспективе будет развиваться чёрная металлургия.
Сообщения учащихся:
Соединения железа.
"Железный купорос"
FeSO4X 7H2O
Кристаллы яблочно- зеленой окраски . Применяется в борьбе с вредителями сельского хозяйства. для уничтожения сорняков, консервирования и в красильном деле для окраски шерсти в чёрный цвет. используется при лечении анемии, а также слабости и истощения организма, в качестве коагулянта при очистке воды, при травлении алюминия. меди и др. металлов.
FeCl3X 6Н2О Это соединение бурого цвета. Применяется в медицине как дезинфицирующее средство и кровоостанавливающее. Служит коагулянтом при очистке воды, протравой при крашении тканей, катализатором в орг. синтезе, а также для получения других солей железа и железных пигментов.
Fe(NO3)3 используют как протраву при крашении хлопчатобумажных тканей и как утяжелитель шёлка.
Бикарбонат железа
Ft(HCO3)2 Содержится в железистых минеральных водах, на которые направляются больные с недостатком гемоглобина в крови. Железистую воду пьют через соломинки, чтобы она не соприкасалась с зубами. в противном случае зубы почернеют от осаждения на них сульфида железа, получающегося в результате взаимодействия с сероводородом.
Оксиды гидроксиды железа 2-х и 3 –х валентного применяют в качестве пигментов в электротехнике, в производстве магнитных лент.
Природный дисульфид железа FeS2 является сырьём для производства серной кислоты, серы, железа.
Учитель химии.
Демонстрация разрезанного яблока
В: Что это такое?
О: Коррозия.
:В: Какой металл корродирует?
О: Железо.
Следовательно железо есть в яблоках.
Рассмотрим вопрос . Биологическая роль железа.
Учитель биологии
Железо находится не только в яблоках, но и в др. растениях.
Лабораторная работа.
Что такое зола? (остатки растений) Мы попытаемся обнаружить в растворе золы, приготовленном заранее, ионы железа, используя качественную реакцию на ион железа 3-х валентного с роданидом аммония.
Наблюдаем появления красного окрашивания.
Железо также входит в состав биологических систем как человека, так и животных. Другими словами оно находится внутри нас. Где конкретно находится железо?
Сообщение учащегося
Когда мы изучали тему "Эритроциты. Переливание крови" , мы говорили , что в состав эритроцитов входит белковое вещество, гемоглобин, от которого зависит красный цвет крови. Гемоглобин состоит из двух частей: белковой – глобина железосодержащей- гема. В среднем в 100 см3 крови содержится 50 мг. железа, а во всей крови человека- 3 гр. Это очень немного по сравнению , например с кальцием, которого в организме больше одного кг.
В легких гемоглобин присоединяет к себе О2 и становится оксигемоглобином .В тканях это соединение распадается на кислород и гемоглобин.
О2 + гемоглобин оксигемоглобин
Железо входит в состав многих ферментов
В: А что такое ферменты?
О: это биологически активные вещества, катализаторы. Например, миоглобин., который содержится в мышечном белке.
Главное депо железа- печень. У взрослого мужчины может быть запасено до 1 гр. железа. Небольшая доля железа расходуется на рост покровных тканей организма – кожи, ногтей. Оно входит в состав пигмента , окрашивающего волосы.
Учитель химии
Железо занимает 5 место по уровню токсичности после ртути, свинца, кадмия и мышьяка. Концентрация ионов железа как в почвах. так и в природных водах значительно повышается за счет антропогенных источников его поступления в окружающую среду ( сброс сточных вод, хим., металлургическими, химико- фармацевтическими, лакокрасочными, текстильными производствами) Многие составные части пищевых цепей интенсивно накапливают железо. Это сне – зеленые водоросли, тростники, хвощи.
Мы исследовали воду нашей реки и водопроводную воду нашей школы на содержание ионов железа 3-х валентного.
Исследовательская работа( Сообщение учащегося
Возьмем пробы воды Хилок, Тарбагатай и водопроводную воду.
Нарежем полоски фильтровальной бумаги, опустим их в стаканчики с взятыми пробами. Высушим и капнем на них роданид аммония. Затем сравним окраску с данными табл.
По окраске делаем вывод, что в водопроводной воде много железа , она не пригодна для питья.
Железо содержится в природных водах в виде двух валентных ионов. Эти ионы служат пищей для многочисленных видов железобактерий, заимствующих энергию для синтеза орг. в-в., из реакции окисления 2-х валентного Fe в 3-х валентное. Конечный продукт Fe(OH)3
В болотах, канавах, везде можно обнаружить рыхлые, бурые хлопья гидроксида железа 3-х валентного- скопления железистых чехлов погибших колоний железобактерий. Интенсивная деятельность их приводит к тому, что железо в водоёмах не рассеивается, а окисляется и концентрируется в донных отложениях, формируя осадочные железные руды.
И в болотах под водою
Распростерлося железо
Между пнями двух деревьев
Между трех корней березы
(древний эпос " Калевала")
Из поэмы Эразма Дарвина
И цинк, и черный марганец средь жил
И кряж железа полн магнитных сил
Все это в кряжах, глубинах болотных
Остатки лишь растений и животных
Этот положительное экологическое воздействие. Происходит миграция железа в круговороте веществ .Некоторые составные части пищевых цепей активно усваивают железо и переводят их дальше. в том числе и человеку. Это сине- зелёные водоросли, тростники, бактерии.
Но в то же время деятельность бактерий наносит вред трубопроводам и канализации. Установлено, что даже при наличии в воде двухвалентного железа, а оно присутствует практически всегда, железобактерии начинают развиваться. В протоплазме своих клеток они окисляют железо 2-х в. в 3-х в. Образуется ржавчина. которая становится пищей для других бактерий, продукт жизнедеятельности которых серная кислота, а что вызывает серная кислота?
О: Коррозию.
Вода, вытекающая из этих труб имеет кислую среду, что вызывает угрозу кислотного загрязнения водоемов.
Смотрим препараты культуры железобактерий, приготовленные учащимися, в микроскоп.
Проблемный опыт
Cu + FeCl2
В: Что мы наблюдаем?
О: Реакцию, так как изменяется окраска
В: Объяснить, что происходит, так как менее активная медь не должна вытеснять более активное железо.
Д.з. Придумать хим. сказку или историю по теме " Железо и его сплавы"
Виды и свойства чугунов табл.№1
Вид чугуна
Состав
Свойства
Применение
Серый чугун ( с высоким содержанием кремния)
Содержит С 1,7- 4.3% С, 1.25- 4% Si и 1,5% МnБольшое содержание кремния снижает растворимость С. Поэтому С выделяется в виде графита.
Сравнительно мягкий и подающийся механической обработке. Свободный С придаёт чугуну мягкость.
Различные литые детали( шестерни, колеса, трубы и т. д.)
Белый чугун ( с небольшим содержанием кремния)
Содержит 1,7 -4,3% С, более4% Мn, но очень мало Si. С в основном содержится в виде цементита – карбида железа Fe3С
Твердый и хрупкий. Эти св-ва придаёт цементит, который обладает большой твёрдостью.
Переработка в сталь.
Свойства некоторых легированных сталей и их применение .Табл. № 2
Легирующий элемент
Свойства, которые легирующий элемент придаёт стали
Применение
хром
твердость и устойчивость против коррозии
инструменты, резцы, зубила.
никель
вязкость. мех. прочность и устойчивость против коррозии
турбины электростанций и реактивных двигателей, измерительные приборы, детали, используемые при высокой температуре.
марганец
твердость, мех. прочность, устойчивость против ударов и трений.
детали дробильных установок, железнодорожные рельсы, зубья ковшей экскаваторов.
титан
жаростойкость, мех. прочность при высоких температурах, устойчивость против коррозии
в самолёто- ракето и судостроении, хим. аппаратура
вольфрам
твердость, жаропрочность и износоустойчивость.
быстро режущий инструмент, пилы, фрезы, нити эл. ламп
молибден
эластичность, жаростойкость, устойчивость против коррозии
лопасти турбин реактивных самолетов и автомобилей, плиты, лабораторная посуда, детали электрических ламп
кремний
устойчивость к воздействию кислот
трансформаторы, кислотоупорные аппараты и приборы.
Виды сталей по содержанию углерода. Табл.№ 3
Название
Применение
малоуглеродистая
гвозди, шурупы, болты и т. д.
среднеуглеродистая( инструментальная)
инструменты, детали машин.
высокоуглеродистая (конструкционная)
арматура зданий, мосты)
13PAGE 15
13PAGE 14415
13 Железо и его сплавы15