Железо: положение в Периодической системе, строение атома, физические и химические свойства
Цели и задачи
- Цель: изучить положение железа в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, особенности строения его атома и химические свойства как переходного металла.
- Образовательная задача: научить составлять уравнения химических реакций, характеризующих свойства железа, учитывая возможность проявления различных степеней окисления (+2, +3).
- Развивающая задача: развивать навыки прогнозирования свойств веществ на основе строения атома и положения в ПСХЭ, а также умение решать типовые задания ОГЭ (задания 9, 10, 12).
- Воспитательная задача: формировать ответственное отношение к учению через осознание практической значимости железа в жизни человека и технике.
Планируемые результаты
Личностные
- Готовность к осознанному выбору дальнейшей образовательной траектории (подготовка к ОГЭ).
- Понимание ценности химических знаний для решения практических задач в повседневной жизни.
- Формирование научного мировоззрения и уважения к истории открытия металлов.
Метапредметные
- Умение создавать обобщения, устанавливать аналогии и причинно-следственные связи.
- Навык смыслового чтения при работе с текстом учебника и справочными материалами.
- Способность соотносить свои действия с планируемыми результатами и осуществлять самоконтроль.
Предметные
- Знать положение железа в ПСХЭ, строение его электронной оболочки (d-элемент).
- Уметь записывать уравнения реакций железа с простыми веществами (кислород, хлор, сера) и сложными веществами (вода, кислоты, соли).
- Владеть понятиями «степень окисления», «окислитель», «восстановитель» применительно к реакциям с участием железа.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Формирование мотивации к изучению химии через связь с будущей профессией.
- Развитие навыков сотрудничества в процессе фронтального обсуждения.
Регулятивные УУД
- Самостоятельное определение целей урока и планирование путей их достижения.
- Коррекция своих действий в соответствии с эталоном решения задач формата ОГЭ.
Познавательные УУД
- Поиск и выделение необходимой информации из Периодической таблицы.
- Построение логической цепи рассуждений при объяснении амфотерности соединений железа.
Коммуникативные УУД
- Умение аргументировать свою точку зрения при ответе на проблемные вопросы учителя.
- Адекватное использование речевых средств для дискуссии.
Подготовка учителя к уроку
- Распечатать карточки с заданиями формата ОГЭ (задание №9 и №10) — по 1 шт. на каждого ученика.
- Подготовить демонстрационный набор: железные опилки, магнит, пробирки, растворы соляной кислоты и сульфата меди(II).
- Подготовить слайд с электронной конфигурацией атома железа и схемой распределения электронов по уровням.
- Проверить работу проектора и интерактивной доски для демонстрации видеофрагмента «Горение железа в хлоре».
- Вывесить на доску таблицу «Ряд активности металлов».
Ход урока
Этап 1. Мотивация и самоопределение (3 мин)
Цель этапа: создать эмоциональный настрой и вызвать интерес к теме через связь химии с биологией и историей.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | "Здравствуйте, девятиклассники! Сегодня мы приступаем к изучению металла, который Гомер называл 'многотрудным', а алхимики обозначали копьем и щитом Марса. Без него невозможна была бы ни индустриальная революция, ни сама наша жизнь, ведь именно этот элемент переносит кислород в нашей крови." | Слушают учителя, настраиваются на работу, проверяют наличие учебников и тетрадей. |
2 мин | "Как вы думаете, о каком элементе идет речь? Почему его называют фундаментом цивилизации? Посмотрите на свои парты — где здесь 'спряталось' железо? Сегодня мы разберемся, почему этот металл так важен и какие ловушки он готовит нам в заданиях ОГЭ." | Отвечают: "Это железо". Приводят примеры использования: стальные каркасы, инструменты, гемоглобин. Фиксируют тему урока в тетрадях. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы определили объект нашего исследования. Но чтобы понять химический 'характер' железа, нам нужно заглянуть в его паспорт — Периодическую таблицу."
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: повторить общие сведения о металлах и подготовить базу для изучения d-элементов.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | "Откройте Периодическую таблицу. Найдите железо. Назовите его порядковый номер, период, группу и подгруппу. В чем особенность его положения по сравнению с натрием или кальцием? Обратите внимание на цвет ячейки в таблице." | Отвечают: "Порядковый номер 26, 4 период, VIII группа, побочная подгруппа. Оно находится в синей/розовой ячейке, это переходный металл". |
2 мин | "Давайте вспомним, сколько электронов у железа на внешнем уровне. Почему, несмотря на 4-й период, у него на внешнем слое всего 2 электрона? Куда 'ушли' остальные? Это критически важно для понимания степеней окисления." | Вспоминают, что у элементов побочных подгрупп заполняется предвнешний d-слой. Делают вывод: на внешнем слое 2 электрона, но в реакциях могут участвовать и электроны d-подслоя. |
Запись в тетрадях
- Символ: Fe (Ferrum), Z = 26, Ar = 56.
- Положение: 4 период, VIII группа, побочная (Б) подгруппа.
- Электронная формула: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s².
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Итак, мы видим, что железо — непростой металл. У него есть 'запас' электронов на внутреннем слое, а значит, и степеней окисления будет несколько."
Этап 3. Выявление места и причины затруднения (3 мин)
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Цель этапа: создать проблемную ситуацию, связанную с вариативностью продуктов реакций железа.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | "Посмотрите на две схемы реакций на доске: 1) Fe + HCl → ... и 2) Fe + Cl₂ → ... В обоих случаях железо реагирует с хлором (в составе кислоты и чистым). Как вы думаете, продукты будут одинаковыми? В ОГЭ часто попадаются такие пары реакций, где ученики совершают ошибки, путая степени окисления +2 и +3." | Выдвигают гипотезы. Часть класса считает, что получится FeCl₂, часть — что FeCl₃. Фиксируют затруднение: мы не знаем точно, когда железо отдает 2 электрона, а когда — 3. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Чтобы не терять баллы на экзамене, нам нужно выяснить, какие окислители 'сильнее' и заставляют железо отдавать больше электронов. Это и будет целью нашего исследования."
Этап 4. Открытие нового знания (12 мин)
Цель этапа: изучить химические свойства железа через фронтальный эксперимент и анализ видеоматериалов.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | "Начнем с физических свойств. Перед вами железные опилки и магнит. Что мы видим? Железо — серебристо-белый металл, пластичный, обладает ферромагнитными свойствами. А теперь перейдем к химии. Запишем реакцию с кислородом при нагревании. Образуется железная окалина — это смешанный оксид Fe₃O₄ (FeO·Fe₂O₃)." | Наблюдают за притяжением опилок к магниту. Записывают уравнение: 3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄. Отмечают, что здесь железо проявляет сразу две степени окисления. |
4 мин | "Теперь вернемся к нашему спору про хлор. Демонстрирую видео: горение железной проволоки в хлоре. Видите бурый дым? Это хлорид железа (III). Хлор — сильный окислитель. А теперь проведем опыт: добавим к железу соляную кислоту. Выделяется газ, раствор становится бледно-зеленым. Это хлорид железа (II). Запишите уравнения." | Смотрят видео, фиксируют наблюдения. Записывают в тетрадь: 2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃ (сильный окислитель) и Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑ (слабый окислитель — ион водорода). |
4 мин | "Важный момент для ОГЭ: взаимодействие с солями. Опустим железный гвоздь в раствор сульфата меди (II). Что происходит через минуту? Гвоздь покрывается красным налетом. Почему? Посмотрите в ряд активности металлов. Железо стоит левее меди, значит, оно ее вытесняет." | Наблюдают химическую реакцию замещения. Записывают: Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu. Делают вывод: железо реагирует с солями менее активных металлов. |
Запись в тетрадях
- С неметаллами: 2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃; Fe + S = FeS.
- С водой (при t > 700°C): 3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂↑.
- С кислотами-неокислителями (HCl, H₂SO₄ разб.): Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂↑.
- С солями: Fe + Cu²⁺ = Fe²⁺ + Cu.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы составили химический портрет железа. Главное правило: с сильными окислителями (Cl₂, HNO₃) — до +3, со слабыми (S, HCl, соли) — до +2. Теперь проверим, как это поможет нам на экзамене."
Этап 5. Первичное закрепление (7 мин)
Цель этапа: отработка полученных знаний на типовых заданиях ОГЭ в режиме фронтального опроса.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | "Разберем задание №9 из ОГЭ. Нам нужно выбрать реагенты, с которыми железо вступает в реакцию. Предложен список: 1) Магний, 2) Разбавленная серная кислота, 3) Оксид алюминия, 4) Хлорид натрия, 5) Нитрат серебра. Кто готов прокомментировать каждый пункт, используя ряд активности?" | Ученик у доски комментирует: "1) Нет, магний активнее железа. 2) Да, реакция с выделением водорода. 3) Нет, железо не вытесняет алюминий из оксида. 4) Нет, натрий активнее. 5) Да, серебро правее в ряду активности. Ответ: 25". |
3 мин | "А теперь задание №10: установите соответствие между исходными веществами и продуктами реакции. А) Fe + H₂SO₄ (разб), Б) Fe + Cl₂, В) Fe + S. Варианты продуктов: 1) FeSO₄ + H₂, 2) FeCl₂, 3) FeCl₃, 4) FeS, 5) Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + H₂O. Будьте внимательны со степенями окисления!" | Работают фронтально. Соотносят: А — 1, Б — 3, В — 4. Объясняют свой выбор, опираясь на силу окислителя. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Отлично, вы уже видите логику составителей экзамена. Помните: железо — это металл-двуличник, его валентность зависит от окружения."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (7 мин)
Цель этапа: индивидуальная проверка усвоения материала и коррекция ошибок.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | "Сейчас на карточках выполните небольшую цепочку превращений: Fe → FeCl₂ → Fe(OH)₂ → FeO → Fe. Для первой реакции используйте то, что мы сегодня изучили. На выполнение 5 минут. Это задание №21 из второй части ОГЭ, но мы сделаем только часть." | Самостоятельно записывают уравнения реакций в тетрадях. Сосредоточенно работают над подбором реагентов. |
2 мин | "Сравните свои записи с эталоном на слайде. Поднимите руку, кто не допустил ошибок в первой реакции? Кто забыл поставить коэффициенты? Помните, что в ОГЭ за неуравненную реакцию балл не ставится." | Проводят самопроверку. Исправляют ошибки зеленым цветом. Задают уточняющие вопросы по коэффициентам. |
Эталон решения
1) Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑; 2) FeCl₂ + 2NaOH = Fe(OH)₂↓ + 2NaCl; 3) Fe(OH)₂ = FeO + H₂O (при нагревании без доступа воздуха); 4) FeO + C = Fe + CO (или с H₂/CO/Al).
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самопроверка показала, на что обратить внимание дома. Цепочки превращений — это высший пилотаж в химии 9 класса."
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (5 мин)
Цель этапа: осознание учеником результатов своей учебной деятельности.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | "Давайте подведем итоги. В начале урока мы спросили: почему железо называют фундаментом цивилизации? Изменилось ли ваше представление о нем? Какое химическое свойство показалось самым сложным? Заполните короткую анкету на 'билете на выход'." | Формулируют выводы. Заполняют листки рефлексии. Отмечают, что теперь понимают разницу между реакциями с хлором и соляной кислотой. |
2 мин | "Запишите домашнее задание. Оно дифференцировано: от простого повторения до творческого поиска. Спасибо за работу, сегодня мы сделали большой шаг к успешной сдаче ОГЭ!" | Записывают задание в дневники, задают вопросы по выполнению. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно выполнены все задания самостоятельной работы, уравнения записаны с коэффициентами, указаны признаки реакций.
- «4» — допущена 1 ошибка в коэффициентах или 1 неточность в выборе реагента в задании №9.
- «3» — верно выполнено более половины заданий, но есть ошибки в степенях окисления продуктов реакций с железом.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какая степень окисления железа характерна для реакции с соляной кислотой? | Проверка усвоения ключевого факта урока. |
В чем я почувствовал затруднение при решении заданий формата ОГЭ? | Выявление зон для индивидуальной работы. |
Где в жизни я могу встретить реакцию замещения с участием железа? | Связь теории с практикой (коррозия, металлургия). |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы изучили железо — металл, который не только строит наши дома, но и поддерживает жизнь в нашем организме. Мы увидели, как знание строения атома помогает предсказывать результаты сложнейших реакций. Если сегодня у вас что-то не получилось в уравнениях — не расстраивайтесь, это нормальный процесс познания. На следующем уроке мы разберем соединения железа, и эта картина станет полной. До встречи в кабинете химии!"
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый | Выучить электронную формулу железа и 5 основных уравнений реакций (с O₂, Cl₂, S, HCl, CuSO₄). | Закрепление фундаментальных знаний по теме. |
Средний | Решить 5 заданий типа №9 и №10 из открытого банка ФИПИ по теме 'Металлы побочных подгрупп'. | Отработка навыка решения экзаменационных тестов. |
Продвинутый | Подготовить краткое сообщение (на 2 мин) на тему 'Применение сплавов железа в современной авиации и космонавтике'. | Развитие навыков поиска информации и публичных выступлений. |
Контрольный вопрос: Почему при взаимодействии железа с хлором образуется FeCl₃, а с соляной кислотой — FeCl₂?
