Сьогодні о 18:00
Кабінет психолога:
«
Здатність до саморегуляції – основа духовного розвитку. Нові інструменти й підходи
»
Взяти участь Всі події

Комбінований урок "Ферум як представник металічних елементів побічних підгруп"

Увага! Автор матеріалу забороняє відтворення, передрук або розповсюдження іншим способом цього матеріалу з сайту «ВСЕОСВІТА» (тексти, фото, відео тощо). Дозволяється лише гіперпосилання на сам матеріал.

Хімія

Для кого: Дорослі

08.11.2021

58

1

0

Опис документу:

Складова частина молекули гемоглобіну, яка містить Ферум, нази­вається гем. Вона являє собою комплекс, що містить атом Феруму (ІІ) з координаційним числом 4 і має хелатну структуру. Цікаво, що аналогічний комплекс з Магнієм замість Феруму називається хлорофілом, який міститься у зелених листках.

Крім гемоглобіну, Ферум входить до складу м'язового білка міоглобіну, що відкладається в печінці.

Металічне залізо відоме з давніх часів. Початок його застосування припадає на VIII—VI ст. до н. е. («залізний вік»). У цей час виникає і розвивається металургія.

Тож тему сьогоднішнього уроку присвячено Феруму як металічному елементу та залізу як простій речовині.

Перегляд
матеріалу
Отримати код

Ферум як представник металічних елементів

побічних підгруп

І. Організаційний етап


ІІ. Актуалізація опорних знань

Самостійна робота за варіантами

І варіант

1. Укажіть групу, у якій розташований Алюміній:

а) 4; б) 2; в) 3; г) 5.

2. Укажіть фізичні властивості Алюмінію:

а) важкий; б) легкий;

в) тугоплавкий; г) пластичний.

3. Укажіть речовини, з якими може реагувати Алюміній:

а) Zn; б) S; в) ВаО;

г) N2; д) НСl.

4. Укажіть речовини, з якими може реагувати алюміній гідро­ксид:

а) SО2; б) КОН; в) О2; г) НСl.

5. Укажіть речовини, з якими може реагувати алюміній оксид:

а) КОН; б) МgО; в) Н24; г) S.

У завданнях 3, 4, 5 складіть рівняння відповідних реакцій.


II варіант

  1. Укажіть період, у якому розташований Алюміній:

а) 4; б) 3; в) 5; г) 2.

  1. Укажіть ступінь окиснення, який проявляє Алюміній у спо­луках:

а) +4; б) +3; в) +5; г) +1.

3. Укажіть речовини, які реагують з Алюмінієм:

а) NО; б) NаОН; в) Сl2; г) СО2.

  1. Укажіть речовини, з якими реагують амфотерні сполуки:

а) Н2О; б) КОН; в) НСl; г) О2.

  1. Укажіть речовину X у схемі Аl → X → Аl(ОН)3:

а) Аl2О3; б) НСl; в) АlСl3; г) КОН.

У завданнях 3, 4, 5 складіть рівняння відповідних реакцій.


Фронтальна бесіда «Дерево рішень»

  1. У якому періоді розташований Ферум?

  2. У якій групі розташований Ферум?

  3. У якій підгрупі розташований Ферум?

  4. Скільки електронних шарів у атомі Феруму?

  5. З якими речовинами можуть реагувати метали?

  6. Які ступені окиснення буде проявляти Ферум?


ІІІ. Мотивація навчальної діяльності

Як ви знаєте, Ферум відіграє дуже важливе значення в природі та життєдіяльності людини. Цей металічний елемент складає близько 5 % земної кори. Зустрічається він у вигляді руд і самородного заліза.

Найважливіші рудні мінерали Феруму — залізняки:

  • бурі, що містять 55—30 % Fе, а то й менше, — 2Fе2О3 · 3Н2О;

  • червоні (гематит) — Fе2О3;

  • магнітні (магнетит) — Fе3О4;

  • шпатові (сидеритові) — Fе2О3.

Ці руди містять найбільше Феруму — від 20 % до 70 %.

Існує гіпотеза, що ядро Землі являє собою сплав заліза. Внутрішнє ядро Землі, очевидно, є твердим і має радіус близько 1 200 км. Воно оточене рідким зовнішнім шаром сплаву. Турбулентний потік рідини в цій частині ядра створює магнітне поле Землі. Тиск усередині ядра становить від 1,3 до 3,5 млн атмосфер, а температура — у межах 4 000—5 000 °С. І хоч установлено, що ядро Землі більшою частиною складається із Фе­руму, проте його точний склад досі не вивчено.

Також є гіпотези, що від 8 до 10 % маси земного ядра становлять сполуки таких елементів, як Нікель, Сульфур (у вигляді ферум сульфіду), Оксиген (у вигляді ферум оксиду) і Силіцій (у вигляді ферум силіциду).

Також Ферум входить до складу крові як складова частина гемоглобінуферумовмісного білка. Молекула гемоглобіну є дуже великою, вона має відносну молекулярну масу приблизно 68 000 і досить складну емпіричну формулу:

759Н1208N210S2О204Fе)4

Складова частина молекули гемоглобіну, яка містить Ферум, нази­вається гем. Вона являє собою комплекс, що містить атом Феруму (ІІ) з координаційним числом 4 і має хелатну структуру. Цікаво, що аналогічний комплекс з Магнієм замість Феруму називається хлорофілом, який міститься у зелених листках.

Крім гемоглобіну, Ферум входить до складу м'язового білка міоглобіну, що відкладається в печінці.

Металічне залізо відоме з давніх часів. Початок його застосування припадає на VIIIVI ст. до н. е. («залізний вік»). У цей час виникає і розвивається металургія.

Тож тему сьогоднішнього уроку присвячено Феруму як металічному елементу та залізу як простій речовині.


Загальна характеристика Феруму

Ферум – d-елемент VІІІБ групи (або побічної підгрупи VІІІ групи) періодичної системи.

Будова атома:

Електронна конфігурація атома Феруму: 1s22s22p62s23p63d64s2

Розміщення електронів зовнішнього і передостаннього енергетичних рівнів за енергетичними комірками:

В атомі Феруму вісім валентних електонів (3d64s2), тому він виявляє змінні ступені окиснення.

Найхарактерніші ступені окиснення +2 і +3 (відомі сполуки, де Ферум виявляє ступені окиснення, що дорівнюють 0, +4, +6).

За поширенням у природі Ферум посідає четверте місце після Оксигену, Силіцію, Алюмінію. Трапляється у вигляді різних сполук: оксидів, сульфідів, силікатів та ін. У вільному стані – тільки в метеоритах.

Основні мінерали, що містять Ферум:

Фізіологічна дія. У рослин елемент Ферум входить до складу хлорофілу. В разі нестачі Феруму рослини втрачають здатність асимілювати вуглекислий газ (карбон (IV) оксид). У тваринних організмах Ферум входить до складу гемоглобіну крові, який переносить кисень від органів дихання до різних тканин, а вуглекислий газ – від тканин до органів дихання. Ферум є складовою багатьох окисно-відновних ферментів, що забезпечують тканинне дихання. Сполуки Феруму накопичуються у печінці, кістковому мозку і селезінці. Ферум – необхідний елемент для кровотворення.


Залізо

Проста речовина, що складається з елемента Феруму, називається залізо.


Фізичні властивості. Чисте залізо – сріблясто-білий блискучий метал, пластичний, відносно м’який, легко кується, прокатується, зварюється. Густина заліза ρ = 7,87 г/см3 температура плавлення tпл=1535oС

Має здатність намагнічуватися.


Хімічні властивості.

Залізо належить до металів середньої хімічної активності:

  1. взаємодіє з киснем:


2. під час нагрівання взаємодіє з іншими неметалами – хлором, сіркою, вуглецем, азотом:


3. у розжареному стані (понад 700ОС) взаємодіє з водою (водяною парою):


4. На вологому повітрі та у воді, яка містить кисень, залізо зазнає корозії, воно іржавіє, вкриваючись жовто-бурою плівкою, яка переважно складається із ферум (ІІІ) гідроксиду, але плівка не захищає метал від подальшої корозії:


5. взаємодіє з хлоридною і розбавленою сульфатною кислотами:

Концентрована (безводна) сульфатна кислота пасивує залізо, що дає змогу зберігати і перевозити її у залізних цистернах. Концентрована нітратна кислота також пасивує залізо.


6. Залізо відновлює менш активні метали з розчинів їхніх солей:

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu


7. У подрібненому вигляді залізо може взаємодіяти з концентрованим гарячим розчином лугу з утворенням комплексних гідроксисолей:


Оксиди і гідроксиди Феруму

Ферум утворює три оксиди і два гідроксиди:


Оксиди і гідроксиди Феруму обох ступенів окиснення мають амфотерні властивості. У сполук Феруму (ІІ) вони дуже слабко виражені, тому ферум (ІІ) оксид і ферум (ІІ) гідроксид виявляють переважно основні властивості:

FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O

Fe(OH)2 + H2SO4 = FeSO4 + 2H2O


Ферум (ІІ) оксид з лугами не взаємодіє.


Ферум (ІІ) гідроксид, якщо він свіжодобутий і під час кип’ятіння реагує з концентрованим розчином лугу:

Fe(OH)2 + 2NaOH = Na2[Fe(OH)4]

///////////////////////////////////// Натрій тетрагідроксиферат (ІІ)


Ферум (ІІ) гідроксид утворюється внаслідок дії лугів на розчини солей Феруму(ІІ):


Саме так відбувається реакція без доступу повітря. У протилежному разі ферум (ІІ) гідроксид легко окиснюється до ферум (ІІІ) гідроксиду:


Сполуки Феруму (ІІІ).

Оксид і гідроксид Феруму (ІІІ) мають більш виражені амфотерні властивості:

Посилення кислотних властивостей сполук Феруму(ІІІ) порівняно із сполуками Феруму(ІІ) пояснюється збільшенням ковалентності зв’язку Fe – O із підвищенням ступеня окиснення Феруму.


Добування

Ферум (ІІІ) оксид утворюється внаслідок дії лугів на розчини солей Феруму (ІІІ):

Гідроксиди Феруму (ІІ) і (ІІІ) під час нагрівання розкладаються:

2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

Fe(OH)2 = FeO + H2O


Подвійний (змішаний) оксид.

Під час взаємодії з кислотами утворює суміш двох солей – Феруму(ІІ) і Феруму(ІІІ):

Fe3O4 + 8HCl = 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O

Fe3O4 + 4H2SO4 = Fe2(SO4)3 + FeSO4 + 4H2O

Під час взаємодії з нітратною кислотою утворюється лише одна сіль – ферум(ІІІ) нітрат внаслідок окиснення сполук Феруму(ІІ) до сполук Феруму(ІІІ):


Якісні реакції на солі Феруму(ІІ) і Феруму(ІІІ)

Реактивом на йони Феруму(ІІ) є червона кров’яна сіль K3[Fe(CN)6] - калій гексаціаноферат(ІІІ), яка під час взаємодії з солями Феруму(ІІ) дає осад синього кольору – турнбулеву синь:

Реактивом на йони Феруму(ІІІ) є жовта кров’яна сіль K4[Fe(CN)6] - калій гексаціаноферат(ІІ), яка під час взаємодії з солями Феруму(ІІІ) дає осад синього кольору – берлінську лазур:

Іншим реактивом на йони Феруму(ІІІ) є амоній тіоціанат NH4SCN або калій тіоціанат KSCN. Утворюється сполука темно-червоного кольору:


Ферум (П) і Ферум (ІII) – іони мають особливо велике значення для життєдіяльності організму людини й тварин. Загальний вміст Феруму в організмі становить 4—5 г, причому 60—70 % загальної маси цього елемента міститься в еритроцитах та нервових клітинах.


Залізо (Fе) — елемент VIII групи періодичної системи, атомний номер 26, атомна маса 56. Назва походить від лат. ferrum-твердий.

Основне призначення препаратів, що містять залізо — профілактика і терапія залізодефіцитних станів, головним чином при лікуванні залізодефіцитних (гіпохромних) анемій і хронічних постгеморрагічних анемій. Розроблено численні комплексні препарати для посилення всмоктування заліза з ШКТ, поліпшення синтезу залізовмісних метаболітів (у т.ч. гемоглобіну), стимуляції еритропоеза і т.д.

В організм людини залізо надходить з їжею. Харчові продукти тваринного походження містять залізо в найбільше легко засвоюваній формі. Деякі рослинні продукти також багаті залізом, однак його засвоєння організмом відбувається важче. Вважається, що організм засвоює до 35% «тваринного» заліза. У той же час інші джерела повідомляють, що цей показник становить менш 3%. Велика кількість заліза міститься в яловичині, у яловичій печінці, рибі (тунець), гарбузові, устрицях, вівсяній крупі, какао, горосі, листовій зелені, інжирі, родзинках, пивних дріжджах.

В організмі дорослої людини міститься близько 3-5 г заліза; майже 2/3 цієї кількості входить до складу гемоглобіну. Вважається, що оптимальна інтенсивність надходження заліза становить 10-20 мг/добу. Дефіцит заліза може розвитися, якщо надходження цього елемента в організм буде менш 1 мг/добу. Поріг токсичності заліза для людини становить 200 мг/добу.

Основною функцією заліза в організмі є перенесення кисню й участь в окисних процесах. Залізо входить до складу гемоглобіну, міоглобіну, цитохромів. Велика частина заліза в організмі міститься в еритроцитах; багато заліза знаходиться в клітках мозку. Залізо відіграє важливу роль у процесах виділення енергії, у ферментативних реакціях, у забезпеченні імунних функцій, у метаболізмі холестерину.

Оцінка вмісту заліза в організмі проводиться за результатами досліджень крові, сечі і волосся. Вміст заліза у волосі у чоловіків вище, ніж у жінок.

В осіб, що страждають захворюваннями печінки, селезінки, хронічним алкоголізмом, вміст заліза у волосі підвищене.

За даними ВОЗ близько 1 млрд. людей на землі страждають залізодефіцитними станами різного ступеня.

Причинами зниженого вмісту заліза в організмі можуть бути його недостатнє надходження з їжею, розлади метаболізму, порушення всмоктування в ШКТ.

Дефіцит заліза є однієї з найпоширеніших причин виникнення анемій, кровотеч, ослаблення організму.

Причини дефіциту заліза: недостатнє надходження (неадекватне харчування, вегетаріанська дієта, недоїдання); зниження всмоктування заліза в кишечнику; порушення регуляції обміну вітаміну С; надлишкове надходження в організм фосфатів, оксалатів, кальція, цинку, вітаміну Є; отруєння антацидами, свинцем; утрати заліза зв'язані з травмами, крововиливу при операціях, рясними менструаціями, виразковими хворобами, донорством, заняттями спортом; гормональні порушення (дисфункція щитоподібної залози); різні системні і пухлинні захворювання; глистная інвазія.

Основні прояви дефіциту заліза: розвиток залізодефіцитних анемій; головні болі і запаморочення, слабість, втомлюваність, не переносимість холоду, зниження пам'яті і концентрації уваги; прискорене серцебиття при незначному фізичному навантаженні; розтріскування слизових оболонок у кутах рота, почервоніння і зглаженість поверхні мови, атрофія смакових сосків; ламкість, стоншення, деформація нігтів; закрепи; пригнічення клітинного і гуморального імунітету.

Люди з надлишковим вмістом заліза страждають від фізичної слабості, втрачають вагу, частіше хворіють. При цьому позбутися від надлишку заліза часто набагато сутужніше, ніж його дефіциту.

Причини надлишку заліза: захворювання печінки, селезінки, підшлункової залози (у тому числі, у результаті хронічного алкоголізму); надлишкове надходження ззовні, зокрема при підвищеному вмісту в питній воді.

Основні прояви надлишку заліза: відкладення заліза в тканинах і органах, сидероз; головні болі, запаморочення, підвищений втомлюваність, слабість; печія, нудота, блювота, болі в шлунку, запор або діарея, виразка слизової оболонки кишечнику; підвищення ризику розвитку атеросклерозу, хвороб печінки і серця, артритів, діабету і т.д.; втрата апетиту, зменшення маси тіла.

Кальцій сприяє засвоєнню заліза. Фосфати, що входять до складу яєць, сиру і молока; оксалати і танини, що утримуються в чорному чаї, висівках, кава перешкоджають засвоєнню заліза. Знижують засвоєння заліза вітамін Є і цинк у високих концентраціях.

Сприяють засвоєнню заліза вітаміни С, В12, кислота шлункового соку, пепсин, мідь, особливо якщо вони надходять із тваринних джерел. Зниження кислотності шлункового соку в результаті тривалого прийому антацидів або препаратів для зменшення кислотності супроводжується зменшенням засвоєння заліза.

Знижують здатність організму засвоювати залізо - кава, чай, молоко, темна овочева зелень, дефіцит вітаміну А. Надлишок заліза зменшує здатність організму засвоювати мідь і цинк.

Люди, які страждають ревматоїдним артритом повинні з обережністю приймати лікарські препарати, які містять залізо, оскільки існує імовірність посилення запалення і набряк суглобів. У випадках дефіциту заліза прийом залізовмісних препаратів варто їх поєднувати з прийомом антиоксидантів: вітамінів С, Є, міді.


Розвиток металургійних виробництв в Україні.

Охорона навколишнього середовища під час виробництва і використання металів.

Металургійна промисловість спричиняє серйозні екологічні проблеми. Відвали металургійних підприємств забруднюють довкілля не лише пилом, а й стоком поверхневих і ґрунтових вод. В Україні ці проблеми стоять дуже гостро через масове використання старих високовідходних, ресурсо- та енерго- високовитратних технологій. Домни, сталеплавильні печі, коксові печі тощо дають чимало небезпечних відходів.


Процеси виплавляння чавуну та переробки його на сталь супроводжуються викидом в атмосферу різних газів. Викид пилу на 1 т переробного чавуну становить 4,5 кг, сірчистого газу – 2,7 кг, мангану – 0,5 - 0,1 кг. Разом із доменним газом в атмосферу в невеликій кількості потрапляють також сполуки Арсену, Фосфору, Стибію, Плюмбуму, пара ртуті, смолисті речовини.


Значна частка в забрудненні атмосфери припадає на викиди мартенівських і конвертерних сталеплавильних цехів. При мартенівському процесі пил утворюється з металевої шихти (сталевий брухт) при її окисненні, зі шлаків, руди, вапняку й ожарини.


Завдання комплексного використання сировини в металургії – раціональна повнота вилучення основних і супутніх елементів, утилізація відходів видобутку, збагачення руд без заподіяння шкоди навколишньому середовищу.


При збагаченні й обробці руд велика кількість відходів за відповідної обробки стає товарними продуктами:

  • крейда придатна для вапнування ґрунтів і може бути наповнювачем у виробництві фарб.

  • Зі сланців виготовляють щебінь.

  • Глини й суглинки – сировина для фаянсової промисловості та виготовлення технічної кераміки, емалей, кольорового скла.

  • Кварцові піски є сировиною для скляної промисловості тощо.

  • Шлаки – цінна сировина для будівельної та дорожньо-будівельної галузей.

  • Жужільний щебінь дешевший від природного,

  • жужільна пемза – втричі дешевша за керамзит.


Використання гранульованих шлаків у цементній промисловості збільшує вихід цементу, знижує собівартість і питомі витрати на його виробництво порівняно з природною сировиною.


У чорній металургії альтернативою доменному процесу є пряме відновлення заліза з руди. Його беззаперечними перевагами є заміна коксу іншим дешевшим і екологічним паливом (воднем) та зниження шкідливих викидів у навколишнє середовище.


Послідовна реалізація заходів з охорони праці й довкілля – ознака металургійного виробництва ХХІ століття. Наприклад, на металургійному комбінаті “Запоріжсталь”, крім проведення капітальних ремонтів діючих агрегатів і впровадження нового обладнання, особливу увагу приділяють питанням охорони навколишнього середовища.


З уведенням у лад після капітального ремонту доменної печі № 3 був реалізований цілий комплекс заходів. Уперше в Україні доменну піч обладнали ливарним двором із закритими жолобами, установкою аспірації, системою азотопригнічення викиду з міжконусних просторів, що дозволило розв’язати багато екологічних проблем.


У 2002 році на металургійному комбінаті “Запоріжсталь” із проведенням капітального ремонту на мартенівській печі № 6 впровадили газоочищення. Нове устаткування – сучасніше та надійніше в експлуатації. Його впровадження дозволить затримувати близько 98% шкідливих викидів у повітря й оздоровити атмосферу не тільки на робочих місцях, але й у місті.


З кожним роком усе більшу увагу приділяють захисту навколишнього середовища. Проведені на металургійному комбінаті заходи дозволили за останні 10 років більш ніж в 2 рази знизити викиди пилу в атмосферу, значно поліпшити очищення технічних вод, обмежити вміст шкідливих домішок у відпрацьованих газах. Більше 20 % території комбінату займають зелені насадження.


ВАТ „Донецький металургійний завод” і ЗАТ „Донецьксталь – металургійний завод” велику увагу приділяють охороні навколишнього середовища, раціональному використанню природних ресурсів, а також упровадженню в практику діяльності підприємства елементів нової промислової екологічної культури.

Металургія в Україні почала розвиватись досить давно. 3-4 тисячоліття тому кіммерійці північного Причорномор’я витоплювали з болотяної руди залізо.

На сучасному Запорожжі археологи відшукали металургійні горни, ливарні пристосування, залізні та мідні шлаки й вироби.


Англійські археологи, вивчаючи руїни стародавнього храму Стоунхеджа в Шотландії, дійшли висновку, що його споруджено вихідцями з берегів Дніпра, які потрапили на Британські острови через Нормандію. Саме вони принесли із собою мідні вироби.


На більш-менш сучасному рівні металургія в Україні почала розвиватися лише з кінця XIX століття. Поява у 1870 р. перших залізниць стимулювала розвиток металургійної промисловості. З того часу Україна стала вугільною і металургійною базою всієї російської промисловості, а Донбас і Кривий Ріг із прилеглим до нього районом Катеринослава – центром зосередження важкої промисловості України.


Перший металургійний завод на коксі став до ладу 1872 р. в Юзівці (зараз – Донецьк), а вже в 1913 р. в Україні діяв 121 металургійний завод.

Висновки

  • Металургійна промисловість створює серйозні екологічні проблеми.

  • Послідовна реалізація заходів з охорони праці й довкілля є ознакою металургійного виробництва ХХІ століття.

  • Метали і сплави – важливі технічні матеріали. Їх широко застосовують у найрізноманітніших галузях суспільного виробництва.

  • Металургія в Україні має давні традиції.


ІV. Узагальнення й систематизація знань

Завдання.

1. Напишіть формули таких речовин: ферум (ІІІ) гідроксид, ферум (ІІ) хлорид, ферум (ІІ) оксид, ферум (ІІ) гідроксид, ферум (ІІІ) сульфат.

2. Яку масу залізного купоросу можна добути, якщо розчинити у розбавленій сульфатній кислоті залізо масою 140 г?


V. Домашнє завдання

Вивчити конспект.

Підготуватися до контрольної роботи.

VI. Підбиття підсумків уроку



Відображення документу є орієнтовним і призначене для ознайомлення із змістом, та може відрізнятися від вигляду завантаженого документу.

Увага! Автор матеріалу забороняє відтворення, передрук або розповсюдження іншим способом цього матеріалу з сайту «ВСЕОСВІТА» (тексти, фото, відео тощо). Дозволяється лише гіперпосилання на сам матеріал.

Нещодавно завантажили