Гипермаркет знаний>>Химия>>Химия 7 класс>> Феррум. Железо. Экспериментируем дома. Ржавление железа. Для любознательных. О чугуне и стали

Феррум. Железо

В этом параграфе речь идет:

>  о химическом элементе Ферруме и его распространенности  в природе;
>  о  железе  и его свойствах;
>  о защите железа от коррозии;
>  о применении железа.

Феррум.

Это один из важнейших металлических элементов. Его простое вещество — металл железо — человек использует уже несколько тысячелетий. Без железа и его сплавов нельзя представить современную жизнь. Соединения Феррума играют особую роль в живой природе.

► Охарактеризуйте  положение Феррума в  периодической системе, укажите относительную атомную массу  элемента,  порядковый  номер,  заряд ядра атома и количество электронов в атоме.

Атом  Феррума  может  потерять  2  электрона  и превратиться в ион Fe²⁺. Возможна потеря атомом еще и третьего электрона. В этом случае образуется ион Fe³⁺. Ионы Fe2+ содержатся в соединениях Феррума(II), a Fe³⁺ — в соединениях Феррума(III).

► Составьте  формулы  соответствующих  оксидов Феррума.

Распространенность Феррума в природе.

По распространенности в земной коре Ферум разделяет с Кальцием  6—7-е  места  (в  каждой  тысяче  атомов содержится по 18 атомов этих элементов).

Известно  много  природных  соединений  Феррума. Соединения Феррума с Оксигеном — красный, магнитный  и  бурый  железняки  —  являются сырьем для получения железа; это железные руды. Свыше  14 %  их  разведанных  запасов находится в Украине. Криворожское месторождение — одно из крупнейших в мире.

Это интересно

По утверждениям ученых, железо вместе с никелем образуют ядро нашей планеты.

Это интересно

В организме взрослого человека содержится 3—5 г Феррума.

Кроме  соединений Феррума,  в  природе  иногда встречается метеоритное железо.

Небольшое  количество  Феррума  содержится  в природной воде (в виде ионов Fe2+). При ее кипячении на стенках сосуда образуется накипь, которая имеет желтоватый оттенок из-за примеси соединений Феррума.

В живых существах Феррума очень мало. Ионы Fe²⁺  входят  в  состав  гемоглобина  крови.  Это соединение  «переносит»  кислород  от  легких  к живым тканям, а часть углекислого газа — от тканей к легким. Благодаря наличию Феррума гемоглобин, а следовательно, и кровь, имеют красный цвет. Недостаточное  количество  этого  элемента в организме служит причиной малокровия. Поэтому рекомендуют чаще употреблять в пищу богатые на Феррум гречку, яблоки, свеклу, зеленые овощи.

Железо.

Феррум  образует  простое  вещество — железо.  Из  этого  металла  изготавливали  орудия труда и оружие за тысячи лет до нашей эры. Тогда человек использовал метеоритное железо,  а позднее научился получать металл из руды.

Физические  свойства железа.

Железо —  серовато-серебристый  пластичный  металл,  который плавится при температуре 1539 °С, притягивается магнитом. Образует много  сплавов  с различными металлами.

Лабораторный опыт №  10

Изучение физических свойств железа

Рассмотрите  выданные  вам  железные  предметы  —  гвозди, скрепки или кнопки. Опишите внешний вид металла.

Поместите железный предмет в стакан с водой. Железо тяжелее или легче воды? Растворяется ли этот металл в воде?

Выясните, притягивается ли железо магнитом.

Закрепите железный предмет в щипцах или пробиркодержателе и нагревайте в пламени  спиртовки  (сухого горючего). Удается ли расплавить железо в таких условиях?

Запишите результаты экспериментов.

Химические  свойства. 

Железо  проявляет  в  химических реакциях достаточную активность, но она меняется в зависимости от  размера  частиц и  наличия  примесей.  Так,  в очень  измельченном  состоянии  этот  металл самовозгорается  на  воздухе.  Довольно  чистое железо (например, метеоритное) не ржавеет.

В  отличие  от  кислорода,  который  реагирует почти  со  всеми  простыми веществами,  железо взаимодействует только с неметаллами1.

Реакции с неметаллами.

При сильном нагревании на воздухе железо раскаляется и медленно окисляется,  а в чистом кислороде горит. Очень  эффектным является опыт по сжиганию лезвия или стальной пружинки  (рис.  67). На пружинке  закрепляют спичку (напротив ее головки) и зажимают ее в лабораторых  щипцах.  Спичку,  опущенную  головкой вниз, поджигают. Когда пламя достигнет пружинки,  ее сразу переносят в стакан с кислородом. Дно сосуда  заранее  засыпают  слоем  песка,  чтобы  на стекло  не  попали  капли  расплавленного  металла.

Пружинка сгорает в кислороде, разбрасывая искры во все стороны (это напоминает сварку металла):
                t
3Fe + 20₂ = Fe₃O₄.

Рис. 67. Горение стальной пружинки в кислороде

Формулу  продукта  реакции  можно  записать  и так:  FeO • Fe₂O₃. Эта запись свидетельствует о том, что  вещество  является  соединением  двух  оксидов Феррума, а не их смесью. Химическое название соединения — феррум(II, III) оксид, а тривиальное — железная окалина. Железо  сгорает и в  газе хлоре (рис. 68):

¹ Реакции между металлами не происходят.

Рис. 68. Горение железа в хлоре

                 t
2Fe + ЗСI₂ = 2FeCl₃.
         феррум(III) хлорид

Если нагреть смесь порошков железа и серы, то при  определенной  температуре  начинается  реакция, которая происходит с выделением значительного  количества  теплоты.  Продуктом  реакции является соединение Феррума(II):

           t
Fe + S = FeS.
     феррум(II) сульфид

Реакция с водой. Железо при высокой температуре может взаимодействовать  с водой  (раскаленный металл реагирует с водяным паром):
                   t
3Fe + 4Н₂0  = Fe₃O₄ + 4Н₂.

Раньше  с  помощью  этой  реакции  получали  в промышленности водород.

Ржавление  (коррозия) железа.

С водой железо реагирует и в обычных условиях, но очень медленно и с участием кислорода. В результате на поверхности металла образуется коричневый или желтобурый налет — ржавчина. Разрушение железа под
действием воды и кислорода называют ржавлением, или коррозией.

Использовав  для  ржавчины  формулу  Fe(OH)₃, запишем уравнение реакции:

4Fe + 6Н₂0  + 30₂ = 4Fe(OH)₃.

Ежегодно из-за коррозии теряется примерно  1/5  всего  произведенного  металла (рис.  69,  а).  Для  предотвращения  разрушения  железа  его  смазывают  специальными смазочными маслами, покрывают красками, лаками,  керамическими  эмалями,  слоем  другого металла, устойчивого к коррозии, —  никеля, хрома, цинка (рис. 69, б).


Рис. 69. Коррозия железа: а — бочка, которую «съела» ржавчина; б — ржавая проволока, на которой закреплена оцинкованная железная сетка

Полностью исключает коррозию замена железа нержавеющей сталью — сплавом железа с хромом и никелем.

Применение железа.

Наверное, нет такой отрасли  производства  или  потребления,  где  бы  не  использовались чугун и сталь — важнейшие сплавы на  основе  железа.  Из  чугуна  отливают  металлические  изделия  различного  назначения,  а  из Схема 10.  стали изготовляют арматуру, рельсы, трубы, инструменты,  транспорт,  оружие,  военную  технику, промышленное оборудование и т. п.  (схема 10).

Схема 10. Применение  железа 

Выводы

Феррум — металлический  элемент;  его простое вещество — металл железо.

Кроме  атомов Феррума,  существуют ионы Fe₂+ и Fe₃+,  которые  входят  в  состав  соединений Феррума(II) и Феррума(III).

Феррум широко распространен в литосфере. Природные соединения этого  элемента  с Оксигеном являются железными рудами.

Железо — тугоплавкий металл, который притягивается магнитом,  вступает в реакции  с активными неметаллами, реагирует с водой, в частности при наличии кислорода.

Химическое превращение железа при участии кислорода и воды называют ржавлением, или коррозией.

Для предотвращения коррозии изделия из железа покрывают красками, лаками, смазочными маслами или слоем другого металла. Часто вместо железа используют нержавеющую сталь — сплав железа с хромом и никелем.

Сплавы на  основе железа,  прежде всего чугун и сталь, широко используют в промышленности, технике, других отраслях.

?
158.  Подготовьте небольшой доклад на одну из таких тем: а) «Биологиче­ская роль Феррума»; б) «Элемент Феррум на планете Земля»; в) «Важ­нейшие сплавы железа».

159.  Сколько электронов содержат ионы  Fe²⁺ и  Fe³⁺?

160.  Напишите формулы соединений Феррума с Флуором, которые содер­жат ионы  Fe²⁺ и Fe³⁺.

161.  Вычислите массовые доли Феррума  в соединениях: a) FeO; б) Fe₂O₃; в) Fe₃O₄.
162.  Превратите схемы реакций в химические уравнения:
                  t                                    t  
FeO + O₂  —> Fe₂O₃;  Fe₂O₃ + Fe —>  Fe₃O₄.

163.  Замените названия веществ химическими формулами и превратите схемы  реакций в химические уравнения:
                                                  t
а) феррум(II) оксид + кислород —> феррум(II,  III) оксид;

                                                     t
б) феррум(II,  III) оксид + железо —> феррум(II) оксид.

164.  Какая  масса железа  прореагировала  с 8  г серы,  если  образовалось 22 г соединения FeS?

165.  В сплаве железа с марганцем массовая доля марганца равна 10 %, а примесей — 2%. Вычислите массу железа, которая содержится в 20 г сплава.

166.  При нагревании 11,2 г железа с 6,4 г серы образовалось 13,2 г феррум(II) сульфида. Какой вывод можно сделать на основании результа­тов эксперимента?

167.  в  нержавеющей  стали  на  каждые  10  атомов  Феррума  приходится 3 атома Хрома и  I  атом Никеля. Вычислите массовые доли металлов в этой стали.

Экспериментируем дома

Ржавление железа

Докажем,  что  ржавление железа  происходит при  одновременном участии  воды  (водяного  пара)  и  кислорода,  а  также  ускоряется  в растворе поваренной соли.

Для опыта возьмите пять одинаковых чистых гвоздей длиной 2— 3 см, кнопок или скрепок и четыре аптечные бутылочки емкостью 100 мл с пробками.

В  первую  бутылочку  налейте  водопроводной  воды  до  половины объема,  в другую — столько же свежепрокипяченной и охлажденной воды,  в третью — такой же объем раствора поваренной соли в водопроводной  воде, а в четвертую — воды слоем  в 2— 3 мм.

В  первые  три  бутылочки  с жидкостью  погрузите  по одному железному предмету, а в четвертой подвесьте предмет на нитке, чтобы он не касался  воды.  Все бутылочки  закройте  пробками.  Пятый  предмет положите возле бутылочек на чистый лист бумаги.

Дважды в день рассматривайте железные предметы. Какой из них начинает  ржаветь  первым,  а  какой  —  последним?  На  всех  ли предметах появляется  ржавчина?

Объясните результаты  эксперимента  и  сделайте  выводы.  Примите во  внимание,  что  из  воды  во  время  кипения  выделяется  растворен­ный  воздух, а над водой  всегда существует водяной пар.

Для любознательных

О чугуне и стали

И чугун, и сталь можно упрощенно считать железом, содержащим примеси. Оба вещества  различаются  прежде  всего внешним  видом  (сравните  чугунную  сковороду со  стальной).  Чугун —  сероватый, со  слабым  металлическим  блеском,  а сталь — светлая и блестящая.

Примесей в чугуне больше, чем в обычной  стали. Они  придают чугуну твердость, хрупкость. А сталь нехрупкая  и  поддается механической обработке.

Чугун получают из железной руды с помощью  химических  реакций,  а  сталь — переплавкой чугуна в определенных условиях  (рис.  70).  Отрасль  промышленности по производству чугуна и стали называют черной  металлургией.  По объему ее  продукции  Украина  занимает  одно  из  ведущих мест в мире.

Рис. 70. Разливка стали

Попель П. П., Крикля Л. С., Хімія: Підруч. для 7 кл. загальноосвіт. навч. закл. — К.: ВЦ «Академія», 2008. — 136 с.: іл.

Содержание урока
 конспект урока и опорный каркас
 презентация урока
 интерактивные технологии 
 акселеративные методы обучения

Практика
 тесты, тестирование онлайн
 задачи и упражнения 
 домашние задания
 практикумы и тренинги
 вопросы для дискуссий в классе

Иллюстрации
 видео- и аудиоматериалы
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты

Дополнения
 рефераты
 шпаргалки 
 фишки для любознательных 
 статьи (МАН)
 литература основная и дополнительная
 словарь терминов

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 календарные планы
 учебные программы
 методические рекомендации  
 обсуждения

 Идеальные уроки-кейсы

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.