Урок по теме "Железо"
учебно-методический материал по химии (9, 11 класс)

Урок по теме «Железо»

Фёдоров Ромил Анатольевич

учитель химии МАОУ СОШ №31 Великого Новгорода

1. Тема «Железо», как мне кажется, одна из наиболее удачных для рассмотрения её с точки зрения связи с другими предметами и областями наук, преподаваемых в школе.

Общая тема: Железо

2. Теоретическое обоснование:

Межпредметные связи характеризуются, прежде всего, своей структурой, а поскольку внутренняя структура предмета является формой, то можно выделить следующие формы связей:

1. по составу.

2. по направлению действия.

3. по способу взаимодействия направляющих элементов.

Исходя из того, что состав межпредметных связей определяется содержанием учебного материала, формируемыми навыками, умениями и мыслительными операциями, то в первой их форме мы можем выделить следующие типы межпредметных связей: 1) содержательные; 2) операционные; 3) методические; 4) организационные. Каждый тип первой формы подразделяется на виды межпредметных связей.

Классификация межпредметных связей.

Межпредметные связи по составу показывают - что используется, трансформируется из других учебных дисциплин при изучении конкретной темы.

Межпредметные связи по направлению показывают:

1)   является ли источником межпредметной информации для конкретно рассматриваемой учебной темы, изучаемой на широкой межпредметной основе, один, два или несколько учебных предметов.

2)   Используется межпредметная информация только при изучении учебной темы базового учебного предмета (прямые связи), или же данная тема является также «поставщиком» информации для других тем, других дисциплин учебного плана школы (обратные или восстановительные связи).

Временной фактор показывает:

1)   какие знания, привлекаемые из других школьных дисциплин, уже получены учащимися, а какой материал еще только предстоит изучать в будущем (хронологические связи);

2)   какая тема в процессе осуществления межпредметных связей является ведущей по срокам изучения, а какая ведомой (хронологические синхронные связи).

3)   как долго происходит взаимодействие тем в процессе осуществления межпредметных связей.

Практическая характеристика межпредметных связей темы «Железо».

1). По составу межпредметные связи темы «железо» являются содержательными.

2).  По направлению межпредметные связи темы «железо» являются многосторонними, так как они затрагивают несколько дисциплин, кроме того они являются как  прямыми связями, так и обратными связями, так как являются поставщиками информации для других учебных дисциплин

   По временному фактору межпредметные связи темы «Железо» являются хронологическими преемственными и перспективными.

3).  По способу взаимодействия связеобразующих элементов межпредметные связи темы «железо» являются как локальными, так и длительно действующими.

3. Проект межпредметного урока по теме «Железо».

3.1 Теоретические аспекты урока

3.1.1Тема урока: Железо

3.1.2 Цели урока:

- освоение знаний о железе, как элементе побочной подгруппы и металле, имеющем важнейшее значение;

- формирование у учащихся химической картины мира, как органической части его целостной естественнонаучной картины;

- освоение знаний о материальном единстве веществ естественного мира, их генетической связи;

- воспитание ценностного отношения к здоровью человека;

- воспитание черт личности, необходимых для безопасного поведения при работе с различными веществами;

- развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей учащихся;

- развитие  важнейших логических операций мышления (анализ, синтез, обобщение, конкретизация, сравнение и др..

3.1.3 Задачи урока:

- изучение железа, как представителя элементов побочных подгрупп и важнейшего металла;

- изучение, строения, физических  химических свойств железа и  применения железа на основе этих свойств ;

- изучение железа с точки зрения различных наук и техники;

- изучение правил безопасного поведения при работе с веществами;

- изучение генетической связи железа и его соединений.

3.1.4 Задачи системно-деятельностного подхода к обучению на уроке в области модернизации уроков при химическом образовании учащихся:

1. Развитие универсальных учебных действий (УУД):

- развитие личностных УУД;

- развитие познавательных УУД;

- развитие коммуникативных УУД;

- развитие  регулятивных УУД.

 На данном уроке используются и формируются следующие универсальные учебные действия:

2. Формирование ценностных ориентиров содержания учебного предмета:

-формирование познавательных ценностей отношения к химическим знаниям, как к одному из компонентов культуры человека; окружающему миру, как миру веществ и происходящих с ними явлений;

- понимание объективности и достоверности знаний о веществах и происходящих с ними явлениях; значения химических знаний для решения глобальных проблем человечества (сырьевой, здоровья и долголетия человека, глобальной экологии)

- формирование нравственных и коммуникативных ценностей отношения к себе, другим людям, своему труду и природе;

-  понимание необходимости уважительного отношения к достижениям отечественной и мировой науки, культуры и промышленности;

- формирование ценностей труда и быта ( сохранение и поддержание собственного здоровья и здоровья окружающих, соблюдение правил безопасного использования веществ, в том числе питания);

- формирование коммуникативных ценностей;

- понимание необходимости принятия различных средств и приёмов коммуникации; получения информации из различных источников с аргументированной, критической оценкой информации; стремления понять смысл обращённой к человеку речи (устной и письменной);

- понимание необходимости ведения диалога для выявления разных точек зрения на рассматриваемую информацию, для принятия вывода, который формируется в процессе коммуникации;

- формирование эстетических ценностей, в том числе позитивного чувственно-ценностного отношения к окружающему миру, его гармонии.

3. Развитие основных мыслительных операций:

-навыков соотносительного анализа;

-умения работать по словесной и письменной инструкции, алгоритму;

-умения планировать деятельность;

4. Развитие различных видов мышления:

-развитие наглядно-образного мышления;

-развитие словесно-логического мышления (умение видеть и устанавливать логические связи между предметами, явлениями, событиями).

5.  Развитие речи, овладение техникой речи.

7. Расширение представлений об окружающем мире и обогащение словаря.

8. Коррекция индивидуальных пробелов знаний

3.1.5 Содержание урока:  Железо. Строение атома. Физические свойства простого вещества. Химические свойства железа. Генетические ряды Fe2+ и Fe3+. Качественные реакции на ионы Fe2+ и Fe3+. Важнейшие соли железа. Значение железа, его соединений и сплавов. Применение железа и его сплавов.

3.1.6.Планируемые результаты обучения: по окончанию урока учащиеся должны:

- овладеть предметными результатами обучения:

а) уметь давать характеристику железа по его положению в Периодической системе элементов

б) уметь называть соединения железа и составлять их формулы по названиям;

в) уметь описывать общие химические свойства железа с помощью русского языка и языка химии;

г) уметь составлять молекулярные уравнения реакций, характеризующих химические свойства железа и его соединений в том числе с учётом окислительно-восстановительных  и ионно-молекулярных уравнений;

д) уметь выполнять, наблюдать и описывать химический эксперимент.

- овладеть метапредметными результатами обучения:

а) уметь работать по составленному плану, используя наряду с основными и дополнительные средства (справочную литературу, средства ИКТ);

б) сопоставлять и отбирать информацию, полученную из различных источников;

в) уметь представлять информацию в виде таблиц, схем, опорного конспекта, в том числе с применением средств ИКТ;

г) уметь оформлять свои мысли в устной и письменной речи с учётом своих учебных и жизненных речевых ситуаций, в том числе с применением средств ИКТ;

д) уметь составлять рецензию на текст;

е) уметь осуществлять доказательство от противного.

3.1.7 Педагогическая технология: технология проблемного обучения

Метод обучения: проблемно-поисковый

Организационные формы: лекция, беседа, самостоятельная и практическая работа, сообщения учащихся, анализ текста

3.1.8. Средства обучения:

*таблицы

*химическое оборудование и реактивы: растворы медного купороса, сульфата железа (II) и хлорида железа (III),соляной кислоты, гидроксида натрия, роданида калия; железо (3,5 г), сера (2 г), железный гвоздь на нитке,  минералы — магнетит, гематит, лимонит, пирит;

*выставка творческих работ учащихся о железе;

*медиапроектор, компьютер (планшеты).

3.1.9 План урока

1. Организационные моменты.

2. Проверка домашнего задания.

3. Постановка целей и задач.

4. Изучение нового материала.

5. Физкультминутка.

6.   Закрепление материала:

              самостоятельная работа.

          7. Повторение и рефлексия.

          8. Подведение итогов урока. Рефлексия.

 9  Домашнее задание

3.2 Практическое построение урока, его этапы.

3.2.1 Организация начала урока. (2-5 минут)

Проверка готовности к уроку, наличия учащихся в классе, наличия дневников, учебников, тетрадей, ручек. Физкультминутка с упражнениями для пальцев рук, для глаз, для шеи.

Для класса ЗПР упражнение на развитие внимания. Поиск химических элементов в порядке возрастания по таблице Шульте или по записи на доске. Найдите элементы от водорода до кальция в порядке возрастания от номера  1 до номера 20 и назовите их вслух.

С учётом специфики класса ЗПР этот этап может длиться до 5 минут.

 3.2.2 Проверка домашнего задания. (6 минут)

При проверке домашнего задания выбранные или желающие учащиеся отвечают на вопросы учителя, остальные учащиеся внимательно слушают ответы. После прослушивания устного ответа одноклассников дети отвечают на вопросы учителя и проговаривают основные понятия.

3.2.3 Постановка цели и задачи (задач) (2 минуты)

Учащиеся формулируют тему урока, записанную учителем в виде анаграммы.

Задание: составьте название металла из букв ЖЛЗЕЕО.

Вопросы:

Какое металл мы будем изучать на уроке?

Какое значение  для людей имеет железо?

Что мы должны знать о железе с точки зрения химии?

Отвечая на эти вопросы, учащиеся актуализируют сведения из других предметов – географии, природоведения, физики  и вспоминают план характеристики металла.

3.2.4 Объяснение нового материала.(20 минут)

1. Положение железа в периодической системе и строение его атома.

Вопросы:

Где  расположено железо в периодической системе?

Каково строение его атома?

Какие степени окисления следует ожидать у железа в его соединениях?

Какие формулы имеют оксиды железа?

Какие формулы имеют гидроксиды железа?

На эти вопросы у доски отвечает ученик, остальные записывают в тетради.

Электронная формула 26Fe: ls22s22p63s23p63d64s2.

Степени окисления (наиболее характерные): +2, +3.

Fe          Порядковый номер: 26        Период: IV         Группа: VIII           Подгруппа: В
Электронное строение атома:       ls22s22p63s23p63d64s2.

Формулы оксидов  FeО;  Fe2О3

Формулы гидроксидов  Fe(ОН)2; Fe(ОН)3 

2) Применение железа.

Вопросы:

Для чего и где применяется железо?

На каких свойствах железа основано его применение?

Откуда взялось железо? Как оно образовалось?

Дети называют области использования железа, учитель дополняет.

Основные сплавы железа – чугуны и стали.

Первое железо, добытое человеком – метеоритное.

Актуализируются знания из областей «Физика», «История», «Астрономия», «Архитектура», «Техника и транспорт», «Культура».

Физика:  Физические свойства железа: металлический блеск, электро- и теплопроводность, ковкость. Применение железа на их основе.

История:  Первое добытое железо – метеоритное.

«Железый век», изготовление оружия и орудий труда. Древнейшие изделия из железа – 4 тыс. лет до н.э. ( Шумерское царство, Древний Египет)

Новгородский  ГОМЗ – железные орудия из раскопок в Великом Новгороде.

Астрономия: «Космическое» железо:

-железо в ядрах планет, например Земли;
-звёздное железо – элемент, который образуется на последней стадии жизни звёзд.

Всё железо образовалось на звёздах.

Архитектура: Эйфелева башня, железобетон, железная арматура, как упрочняющий элемент строительных конструкций.

Техника и транспорт: Железо – основной компонент сталей и чугунов – важнейших конструкционных материалов. Железо в компьютерной технике - магнетит — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п.. Порошок магнетита используется во многих черно-белых лазерных принтерах.

Культура: Каслинское  чугунное литьё, решётка Летнего сада,  чугунные  мосты и скульптуры Санкт-Петербурга

3) Биологическое значение железа.

Вопрос: Какое биологическое значение имеет железо для организма человека?

Актуализируются знания из области «Биология».

Без железа на Земле не было бы жизни в привычных для нас формах: ведь этот элемент входит в состав крови почти всех представителей животного мира нашей планеты. Железо, содержащееся в ферментах, в значительной степени влияет на интенсивность дыхания растений. В организме человека железо встречается в виде ионов железа. Оно входит в состав гемоглобина, который переносит кислород к клеткам, а обратно - углекислый газ. Обычно содержание железа в организме не превышает 3,5 г, но его значение очень велико.

При недостатке железа в организме  развивается анемия - человек быстро начинает утомляться, возникают головные боли, появляется плохое настроение. 

4) Химические свойства железа и его соединений

Вопросы:

С какими веществами реагирует железо?

Чем являются атомы железа в химических реакциях?

Железо взаимодействует как с простыми, так и со сложными веществами. Во всех реакциях атомы железа являются восстановителями.

Записываются уравнения химических реакций

Fe + S = FeS

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

И вывод: Fe0 - 2e = Fe+2 (восстановитель)

2Fe +3Cl2 = 2FeCl3

И вывод: Fe0 - 3e = Fe+3 (восстановитель)

Вопрос: Как действуют вода и кислород воздуха на железо?

При обычных условиях вода не действует на железо, однако, в присутствии кислорода протекает следующая реакция:

 (запись в тетради)

4Fe   +   6Н2О  + 3О2  =  4Fe(ОН)3

Fe(OH)3 - гидроксид железа (III) - основная часть ржавчины. Для протекания данной реакции необходимо одновременно присутствие воды и кислорода, в противном случае коррозия не произойдёт.

Вопрос: в результате каких реакций могут образоваться гидроксиды железа?

В результате обмена между солями железа и щелочами.

FeSО4  +  2NaОН  = Na2SО4  + Fe(ОН)2

Fe2+   +  SО42-  +   2Na+  + 2ОН-  =   2Na+  + SО42-  + Fe(ОН)2

Fe2+   + 2ОН-  = Fe(ОН)2

 FeCl3  +  3NaОН  = 3NaCl  + Fe(ОН)3

Fe3+   +  3Cl-  +   3Na+  + 3ОН-  =   3Na+  + 3Cl--  + Fe(ОН)3

Fe3+   + 3ОН-  = Fe(ОН)3

Учитель предлагает учащимся вновь вернуться к первому полученному осадку и посмотреть на изменение цвета.

Вопрос :  Как с течением времени изменился цвет осадка? Что произошло?

Ученики отмечают изменение цвета осадка из зеленоватого до бурого.

Гидроксид железа (II) неустойчив и окисляется, превращаясь в гидроксид железа (III) бурого цвета.

             4 Fe(ОН)2  +  О2   + 2Н2О   =  4Fe(ОН)3

При окислении железа при высокой температуре  образуется железная окалина:  3 Fe +2O2 = Fе 3O 4  (запись в тетради)

Лабораторный опыт

 КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ НА ДВУХ- И ТРЕХЗАРЯДНЫЕ ИОНЫ ЖЕЛЕЗА        

Опыт 1. В одну пробирку налейте 2—3 см3 свежеприготовленного раствора соли железа (II), а в другую — столько же соли железа (III). 3 обе пробирки прилейте по 2—3 см3 раствора щелочи.

Объясните наблюдаемое. Для реакций обмена составьте сокращенные ионно-молекулярные уравнения, а для окислительно-восстановительной реакции — схему электронного баланса. Объясните, почему для соли железа (II) нужно брать свежеприготовленный раствор.

Опыт 2. К раствору соли железа (III) прилейте раствор роданида калия KSCN или роданида аммония NH4SCN.

Как изменилась окраска раствора? Напишите сокращенное ионно-молекулярное уравнение этой реакции, имея в виду образование слабодиссоциирующего роданида железа (III) Fe(SCN)3. Вспомните, в каком виде записывают слабодиссоциирующие вещества в ионно-молекулярных уравнениях.

5) Железо в природе (сообщение ученика  и демонстрация образцов минералов);

Актуализируются знания из областей «География»,  «Геология»

Первое железо, попавшее еще в глубокой древности в руки наших предков, было, по-видимому, не земного, а космического происхождения. Железо входит в состав метеоритов, падающих на нашу планету из космического пространства. Не случайно на некоторых древних языках железо именуется «небесным камнем». Железо также обнаружено и на Луне, причем в лунном грунте оно присутствует в самородном, неокисленном состоянии, что, очевидно, объясняется отсутствием атмосферы.

По запасам в земной коре железо занимает 4-е место среди всех элементов после кислорода, кремния и алюминия. Намного больше железа в ядре планеты, которое, по предположениям ученых, состоит из никеля и железа. Но это железо вряд ли станет доступным в обозримом будущем. В связи с этим важнейшим источником железа остаются залегающие на поверхности земли или небольших глубинах такие минералы, как магнетит Fe304, гематит Fe203, сидерит FeC03.

Важнейшие минералы железа и железные руды:

магнитный железняк (магнетит), красный железняк (гематит),

бурый железняк (лимонит),

пирит (железный колчедан),

их состав.

Они составляют основу главных железных руд — магнитного, бурого, красного железняка - больше всего железа — 72,4% — содержится в магнетите.

3.2.5. Физкультминутка. (1 минута)

Упражнения для развития мелкой моторики рук, упражнения для глаз, упражнения для мышц шеи, ног и спины.

3.2.6 Закрепление изученного материала (4 минуты) 

Составить химические уравнения для осуществления превращений:

FeCl3→ Fe(ОН)3 → Fe2О3,          Fe0 → FeCl2→ Fe(ОН)2 → FeО

Проверка учителем выполнения заданий. Консультации учащихся.

3.2.7 Повторение (Рефлексия урока)(3 минуты) 

Учитель систематизирует и воспроизводит учебный материал по теме «Железо». Дети повторяют и проговаривают основные новые понятия.

Вопросы учителя для повторения:

Какие основные понятия мы изучили на уроке?

Каково значение железа?

Какие химические свойства железа вы знаете?

Составьте рассказ «Применение железа » по рисунку.

В завершении урока учащиеся делятся своими впечатлениями. Для этого надо дописать предложения, посвященные сегодняшнему уроку:

(личностный результат)

Сегодня я узнал (а)_________                        Я удивилс(лась)__________

Теперь я умею ____________                         Я хотел (а) бы___________

3.2.8 Подведение итогов и оценка работы учащихся. (1 минута)

 Учитель кратко воспроизводит основное содержание урока, выделяет положительные моменты и недостатки в работе учащихся. При оценке знаний, умений и навыков учащихся учитель принимает во внимание индивидуальные особенности учащихся, их интеллектуальное развитие, состояние эмоционально-волевой сферы, моторики, речи.

3.2.9 Домашнее учебное задание. (1 минута)

Давая домашнее задание учитель проверяет, как ученики поняли способы его выполнения.

4. Задача 1. Какая масса железа может быть получена из 1 тонны магнитного железняка (магнетита), содержащего 7,2% примесей?

Решение:

Fe3O4 + 4C= 3Fe + 4CO

M(Fe3O4) = 232 г/моль

M(Fe) = 56 г/моль

m(примесей)= 1000кг х 7,2% : 100% = 72 кг

m(Fe3O4) = 1000-72= 928 кг

n(Fe3O4) = 928:232 = 4 кмоль

n(Fe) = 12 кмоль

m(Fe) = 56х12= 672 кг

Ответ: 672 кг

Задача 2. За 1 год в ржавчину превращается  2,5% железа. Какая масса ржавчины образуется за 1 год из 23 кг железа?

Решение:

4Fe   +   6Н2О  + 3О2  =  4Fe(ОН)3

M(Fe(OH)3) = 107 г/моль

M(Fe) = 56

Найдём массу железа, превратившегося в ржавчину:

m(Fe) = 23Х0,025 = 0,575 кг

n(Fe) = n(Fe(OH)3) = 10,3 моль

m(Fe(OH)3) = 10,3 х 107 = 1102 г

Ответ: 1102 г

Задача 3. Составьте химические уравнения реакций, при помощи которых можно превратить ржавчину в железо.

Решение:

Fe(ОН)3→Fe2O3→Fe

2Fe(ОН)3 = Fe2O3 + 3H2O (t)

Fe2O3 + 3C = Fe + 3CO

Задача 4.  Твёрдое вещество коричневого цвета хорошо растворимо в воде. Его раствор используется в радиотехнике для растворения медного покрытия электронных плат. При добавлении к раствору этого вещества раствора гидроксида натрия выпадает осадок бурого цвета.  При добавлении раствора нитрата серебра к раствору исследуемого вещества выпадает белый осадок. Что это за вещество? Составьте уравнения химических реакций выпадения осадков и растворения меди.

Решение:

Исследуемое вещество – FeCl3

FeCl3 +3NaOH = Fe(ОН)3 +3NaCl

FeCl3  + 3 AgNO3 = Fe(NO3)3 + 3AgCl

2FeCl3 +Cu = CuCl2 + 2FeCl2

Задача 5. Составьте в тетрадях таблицу, показывающую связь темы «Железо» с различными областями науки.

Решение см. п.1 данной работы.