Как очистить воду от примесей железа. Железо вода
"Металлы. Железо. Строение атома, физические и химические свойства"
Разделы: Химия
Цель: на основании положения в периодической системе химических элементов, строения атома железа учащиеся должны составить представление о физических и химических свойствах железа.
Реактивы. На демонстрационном столе опилки железа, серная кислота (разбавленная), раствор сульфата меди (2), речной песок, вода дистиллированная. Штатив с пробирками, пипетки, пробка с газоотводной трубкой, стакан, лабораторный штатив, спиртовка.
На ученических столах - серная кислота (разбавленная), сульфат меди (2), опилки железные, штатив с пробирками, пипетки.
Оборудование: карта «Минеральные ресурсы» и таблица «План урока». Коллекция «Полезные ископаемые»; 3 конверта с заданиями.
Ход урока
1. Изучение нового материала.
УЧИТЕЛЬ. Ребята! Послушайте отрывок из «Поэмы о периодическом законе», В. Половняк.
Громоподобные раскаты И в небе раскаленный след: На землю новый камень падал И ужасался человек Но редким был подарок неба Им лишь счастливец обладал: Топор был выкован железный, Сверкает лезвием кинжал. Вот длинный ряд тысячелетний Приходит в поисках, в борьбе, И наступает век железный Кровавый беспокойный век.
Проблемный вопрос: на каком древнем языке железо именуют «небесным камнем»?(ученики выдвигают версии на поставленный вопрос).
Сообщение ученика. 30 июня 1908 году эвенка Чучанги рассказывал: тут я увидел страшное диво - лесины падают, хвоя горит. Жарко очень. Жарко сгореть можно. Вдруг над горой, где уже упал лес, стало сильно светло, будто второе солнце появилось. Эту местность эвенки стали называть «страной мертвого леса», площадь радиусом 25-30 км после падения метеорита.
При падении Тунгусского метеорита по всей Центральной Сибири был виден ослепительно-яркий свет. Установлено, что в земную атмосферу со скоростью 70 км/с влетело метеоритное тело массой 1000000 т. Удары огромной силы, подобные взрывам, были слышны, в тысяче километров от места падения! Куски «небесного тела», которые называют «метеоритами», бывают похожи на камни черно-бурого цвета. В свободном состоянии железо встречается только в метеоритах. Ежесуточно на Землю выпадают до 10 т метеоритного вещества.[3]
УЧИТЕЛЬ. Итак, запишите в свои тетради тему урока: Железо. Строение атома, физические и химические свойства.
Цель урока: на основании положения в периодической системе химических элементов, строение атома железа составить представление о физических и химических свойствах железа.
1. Строение и свойства атомов.
Что можно дополнительно сказать о железе на основании положения его в периодической системе химических элементов? (Ученики сообщают - 8 группа, побочная подгруппа, 4 большой период, d-элемент. Химическое знак – Fe. Порядковый номер – 26. Относительная атомная масса (Ar) – 56).
УЧИТЕЛЬ. А теперь я прошу вас написать строение атома, электронную и графическую формулы железа?( к доске приглашаются ученики).
Ученики составляют следующую запись:
Схема строения атома: Fe +26 )2 )8 )14 )2.
Электронная формула атома 1s2 2s2 p6 3s2 p6 4s2 3d6.
Графическая схема:
В соединениях железо проявляет степень окисления, в основном +2 и +3, реже +4 и +6. Как и всегда при изучении соединений, мы рассмотрим физические свойства железа:
2. Физические свойства железа.
Вашим помощником на этом уроке будет таблица «План урока», которая висит на доске ( см. приложение). Прошу вас использовать ее в работе на сегодняшнем уроке. (Учитель демонстрирует опилки железа). Начнем с физических свойств железа. Блестящий серебристо-белый металлический. Один из наиболее распространенных элементов в природе, по содержанию в земной коре (4,65% по массе) уступает лишь кислороду, кремнию и алюминию. Оно входит в состав многих оксидных руд – гематита, или красного железняка Fe2O3, магнетита Fe3O4, пирита FeS2 и др.
Комментируя руды, учитель демонстрирует коллекцию «Полезные ископаемые» и просит учеников на карте «Минеральные ресурсы», найти основные месторождения и назвать их?
УЧИТЕЛЬ. Сравним атомный радиус железа 0,126 нм с атомным радиусом натрия 0,186 нм, магния 0,16 нм, алюминии 0,14 нм. Какое влияние на свойства железа оказывает такие размеры атома и возможность отдавать электроны c внешнего и предпоследнего слоя?
Железо, имеющее атомы небольших размеров и большое число электронов, участвующих в металлической связи, должно обладать высокой температурой плавления и значительной твердостью, но вместе с тем сравнительно небольшой электропроводностью. Железо тугоплавкое – tпл = 1539°С, относительно мягкое (по школе твердость его равна 4), способен сильно притягиваться магнитами.
У железа есть две аллотропные модификации: альфа-железа устойчивое до 910°С, имеет кубическую объемно-центрированную решетку; гамма-железо t=910 – 1400°С – кубическую гранецентрированную.
Железо может отдавать электроны, находящиеся на двух ( внешнем и предпоследнем) слоях. Проявляет восстановительные свойства. Степень железа зависит от окислительной способности реагирующих с ним веществ. Итак, химические свойства железа:
3. Химические свойства железа.
Познакомимся с химическими свойствами железа: искры, вырывающиеся при резке стального инструмента, представляет с собой раскаленные частички окалины. В кислороде железо сгорает, разбрасывая искры – частички железной окалины Fe3O4.
Свойства №1 Взаимодействия железа с кислородом:
промежуточный оксид
Свойства №2 Взаимодействие железа с водой:
Учитель пишет на доске уравнение реакции и просит уравнять его с помощью электронного баланса. Это задание выполняет ученик у доски, а остальные – на своих рабочих местах:
Затем учитель проводит демонстрацию опыта «Взаимодействия железа с водой» (см. приложение).
Свойство №3 Взаимодействие железа с разбавленными кислотами:
УЧИТЕЛЬ. Используя предложенные вам реактивы, проведите химическую реакцию, о которой идет речь. Напишите уравнение реакции в молекулярном и ионном виде. Докажите, что железо в данном процессе проявляет свойство восстановителя.
Учитель приглашает к доске ученика, который проводит эксперимент и записывает уравнение реакции, а остальные выполняют предложенное задание на своих рабочих местах:
В электрохимическом ряду напряжений металлов железо расположено до водорода. Поэтому оно растворяется в разбавленных серной и соляной кислотах, вытесняя из них водород и образуя соответствующую соль, степень окисления +2.
Свойства №4 Взаимодействие с растворами солей:
УЧИТЕЛЬ. Используя предложенные вам реактивы, проведите химическую реакцию, о которой идет речь. Напишите уравнение реакции в молекулярном и ионном виде – это задание делают ученики первого варианта, а ученики второго варианта – докажите, что железо в данном процессе проявляет свойство восстановителя.
Учитель приглашает к доске ученика, который проводит эксперимент. А остальные выполняют предложенное задание на своих рабочих местах:
2. Подведем итоги урока по таблице «План урока»
3. Закрепление материала.
УЧИТЕЛЬ. Ребята! К нам на урок химии прислали три конверта, в них помещены задания для тех, кто хочет получить отметку «5» и «4». Приглашаю к доске желающих. Ученикам, работающим на своих местах, можно выполнить задание по своему усмотрению.
№1 конверт (за правильно выполненное задание – «5»).
Какой объем оксида углевода (2) потребуется для восстановления железа из 2,32 кг магнитного железа ( ), содержащего 5% пустой породы? Какое количество вещества железа при этом получится, если выход его составляет 80% от теоретически возможного? |
№2 конверт (за правильное выполненное задания – «4»).
Напишите два уравнения реакции железа с концентрированной серной кислотой, в которой продуктом восстановления кислоты будет соответственно оксид серы(4) |
УЧИТЕЛЬ. Ребята! У нас еще остался конверт (учитель показывает конверт). Что же здесь находится? (Учитель вскрываетконверт и читает). Домашнее задание (записывает на доске домашнее задание).
Учить §14 до статьи «Соединение железа», по рабочей тетради тема «Железо» №3-4 письменно.
Завершая знакомство со свойствами железа, хочу напомнить, насколько химия многолика. Она дает ученику огромные возможности, но при этом требует ответственного отношения и понимания химических реакций. Надеюсь, что полученные сведения окажутся вам полезными.
Комментирую отметки учащихся.
ЛИТЕРАТУРА:
- Бусев А.И., Ефимов И.П., Определения, понятия, термины в химии. Просвещение 1981.
- Габриелян О.С. Химия 9 класс Дрофа,2001.
- Гонтарук Т.И. автор- составитель. Я познаю мир. Детская энциклопедия. АСП 1999, с. 294-297.
- Полосин В.С. Школьный эксперимент по неорганической химии. Просвещение 1970.
Приложение
xn--i1abbnckbmcl9fb.xn--p1ai
Железная вода - MEL Chemistry
Что произошло
Как танин взаимодействует с железом?
В питьевой воде практически всегда содержится железо, причём в самых разных количествах. Иногда его так мало, что только самые чувствительные лабораторные методы анализа способны его обнаружить, а бывает и наоборот: даже не будучи химиком можно по вкусу и цвету понять, что вода чересчур богата железом.
Естественно, железо в воде присутствует не в форме металла, а в виде ионов Fe2+ и Fe3+. Взаимодействуя с танином, железо Fe3+ образует ярко окрашенное соединение, что помогает количественно оценить содержание этого металла в воде.
Узнать больше
А как же Fe2+? Дело в том, что, вступая в реакцию с танином, железо форме Fe2+ образует слабо окрашенные соединения, которые мы так просто не увидим: будет лишь еле заметная рыжеватая окраска. Чтобы измерить полное содержание железа в воде, нам нужно превратить всё железо Fe2+ в Fe3+.
На воздухе происходит постепенное окисление железа Fe2+ кислородом воздуха:
4Fe2+ + O2 + 2h3O → 4Fe3+ + 4OH-
Эта реакция нам и нужна! Но, к сожалению, она протекает очень медленно. Чтобы её ускорить, мы добавляем в воду раствор щёлочи NaOH. Теперь кислород воздуха O2 достаточно быстро забирает один электрон у иона Fe2+, окисляя его до Fe3+. В таком виде железо охотно образует с танином слаборастворимые комплексы, имеющие чёрно-зелёную или чёрно-синюю окраску.
В этом опыте мы наблюдаем довольно слабое окрашивание из-за низкого содержания железа в воде. Чувствительность нашего метода составляет > 0,1 мг железа на литр воды. Как бы то ни было, это очень неплохое соотношение! Например, если бы кто-то растворил обычный железный гвоздь средних размеров (весом около 5 грамм) в бассейне диаметром примерно 6 метров и глубиной около 1,5 метров, мы бы это обнаружили! Согласитесь, бассейн на 50 000 литров воды – это весьма внушительный объём.
Что такое танин?
Танин – это субстанция, которую сложно описать однозначной химической формулой, поскольку она представляет собой смесь большого количества схожих соединений. Их добывают из природного сырья – коры и листьев различных растений. Именно танины придают вяжущий вкус крепкому чаю и незрелой хурме. В нашем случае основным компонентом является таниновая кислота – один из наиболее доступных и распространённых представителей этой группы соединений.
Узнать больше
Большинство составляющих танина (в том числе и таниновая кислота) являются производными галловой кислоты C7H6O5 и реагируют с железом Fe3+ подобным образом.
Такие соединения очень прочные. Именно благодаря этому свойству надписи чернилами, изготовленными на основе соединений танина и солей железа, сохраняются веками. Подробнее об этом вы можете прочитать в разделе «Это интересно» опыта «Самодельные чернила».
Это интересно
Железо в воде: польза и вред
Питьевая вода может иметь в своём составе как крайне малое, так и очень большое количество растворённого железа. Любопытно, что все ограничения на содержание этого элемента в воде бытового назначения обусловлены вовсе не вредом для здоровья человека! Виной всему ржавые пятна, появляющиеся на сантехнике при концентрации железа более 0,3 мг на литр (обозначается как 0,3 мг/л). Ещё такая вода приобретает отчётливый «металлический» привкус. А вот при концентрации железа от 1 мг/л вода уже становится замутнённой и крайне «неаппетитной». Как бы то ни было, по данным Всемирной организации здравоохранения, абсолютно безопасной для здоровья человека считается питьевая вода с концентрацией железа в 2 мг/л! То есть при желании, несмотря на отчётливый вкус ржавчины и лёгкое поскрипывание гидроксида железа Fe(OH)3 на зубах, мутную бурую жидкость можно пить без вреда для жизни.
Почему же так сложно отравиться железом из питьевой воды? Дело в том, что в воде железо находится в крайне плохо усваиваемой форме Fe3+. Чтобы организм смог задержать его в себе, необходимо одновременно с водой принимать большие количества аскорбиновой кислоты C6H8O6: она переводит железо в форму Fe2+, которая усваивается в разы лучше. Интересно, что даже железо из металлических опилок усваивается организмом человека в большей степени, чем из питьевой воды. Поэтому не стоит бояться железа в воде: его присутствие влияет только на вкус, но не на здоровье человека.
А как же вода из природных источников? Рассмотрим минеральные воды с высоким содержанием железа в форме Fe2+. В некоторых случаях его концентрация может достигать 50 мг/л. Такая вода полезна при заболеваниях органов кроветворения, связанных с недостатком железа и низким уровнем гемоглобина – очень важного белка, отвечающего за перенос кислорода в тканях тела человека. В его составе ключевую роль играет железо (II) – тот самый Fe2+.
Представьте себе: без гемоглобина мы не смогли бы дышать! Ведь дыхание не заканчивается на «поглощении» воздуха лёгкими, и далее кислородом нужно насытить весь организм. А гемоглобин – это курьер, доставляющий кислород всем органам, во все клетки тела. Немаловажно, что на обратном пути этот белок очищает организм от углекислого газа, доставляя его в лёгкие, где мы выдыхаем его наружу. Поэтому очень важно, чтобы содержание гемоглобина (а соответственно, и Fe2+) в крови находилось на нужном уровне.
Железо есть во многих пищевых продуктах, например в рисе, гречке, яблоках, грибах и др. Однако в них концентрация этого металла довольно низкая. Поэтому, чтобы не пришлось объедаться кашами и овощами, в качестве источника железа можно использовать минеральные воды. Однако очень важно понимать, что употребление железистых минеральных вод с содержанием железа выше 10 мг/л должен назначать врач. Ни в коем случае нельзя самостоятельно принимать такую воду для самолечения. Ведь токсическая доза железа для взрослого человека составляет около 200 мг в сутки. Также нужно помнить, что в таких минеральных водах частым спутником железа является марганец, длительное употребление которого в больших дозах может вызвать поражение нервной системы.
Обычно концентрация железа в природных минеральных водах, предназначенных для ежедневного употребления, составляет от 0,1 до 1 мг/л. Это количество является абсолютно безопасным для здоровья. Так, медленно, но верно можно «подзаправиться» железом!
melscience.com
Как очистить воду от железа дома или на даче?
Еще со школы всем известно, что человек на 80% состоит из воды, а также то, что это вещество участвует во всех обменных процессах в организме. Становится понятно, что без нее невозможна жизнь. Если без еды человек может обходиться неделю и больше, то без воды он умрет мене, чем через пару дней. Поэтому стоит серьезно подумать над тем, какую воду мы пьем.
В каждой местности свои особенности водопроводной воды. Многое зависит от общей экологической обстановки в городе, а также от уровня загрязненности водоема, который служит источником для водозабора. В воде может быть излишек солей кальция и магния, также избыток хлора, марганца или железа. Для каждого из этих видов примесей существуют свои методы очистки. К сожалению, невозможно одним простым и дешевым способом удалить из воды абсолютно все нежелательные примеси. Однако можно сочетать методы очистки, и многие производители фильтров с успехом пользуются такими технологиями.
Сейчас поподробнее поговорим о том, как очистить воду от железа.
Удаляем примеси железа
Примесь в воде этого металла порой видна невооруженным взглядом, а порой о ней можно догадаться только по характерному привкусу. Это зависит от того в какой именно форме железо находится в воде. Оно бывает в трех состояниях: двухвалентное, трехвалентное и бактериальное. Если в воде есть Fe+2 (двухвалентное железо), то сначала это трудно определить, но при отстаивании и контакте с кислородом воздуха оно окисляется до Fe+3 и выпадает в виде бурого осадка. При наличии Fe+3 (трехвалентное железо) вода изначально будет иметь буроватый цвет и в воде могут присутствовать частицы осадка. В том случае, если в воде присутствует бактериальное железо, может образовываться осадок в виде мягких хлопьев.
В любом случае, каким бы именно железом ни была загрязнена вода, она вредна. Во-первых, для здоровья. Могут развиваться тяжелые болезни почек и печени, изменяться морфологический состав клеток кожи, что приводит к ее раннему старению. Во-вторых, большой ущерб для техники. Это и желтый налет на вашей сантехнике, и желтые пятна на одежде, и засорившиеся трубы. Так что нельзя оставлять все как есть.
Проблема с железистой водой чаще всего возникает в частных домах, где не проведен городской водопровод, а самостоятельна была пробурена скважина. Но бывает и в многоквартирных домах, где недостаточно хорошо работает система очистки. В таком случае у вас есть два выхода: очищать воду только для приготовления воды и питья, или же полностью очищать всю воду, добываемую из скважины. Рассмотрим по порядку.
Очистка питьевой воды
Можно воспользоваться любым из традиционных методов очистки воды. К примеру:
- Отстаивание. Самый простой, но в чем-то эффективный способ. При отстаивании осадки и примеси опускаются на дно емкости.
- Заморозка. В бутылку наливается вода из-под крана и кладется в морозильную камеру. Когда замерзнет основная часть воды, остаток надо слить, в нем находятся бактериальные примеси. Также и при разморозке, последние льдинки надо выбросить, так как они содержат многие вредные примеси.
- Кремний и шунгит. Эти минералы способны обеззаразить воду. Их кладут на дно емкости, которая заливается водой. Настаивать не менее двух суток. Сливать для последующего использования только верхнюю воду, а нижнюю с осадком надо выливать. Не забывайте регулярно обеззараживать камушки.
- Уголь. Можно воспользоваться и этим лекарственным препаратом. Завернуть его в вату и через такой «фильтр» пропустить воду. Поможет избавиться от механических примесей и выпавшего осадка.
С помощью этих простых методов вы сможете очистить воду от железа в домашних условиях.
Очистка водопроводной воды от примесей железа
Повышенное содержание железа в воде может быть обусловлено подземными залежами этого элемента. Поэтому нужны мощные очистительные системы, чтобы защитить вашу семью от металла. Принцип работы фильтров для воды от железа основан на реакциях, которые могут вывести этот металл.
Для трехвалентного железа необходим метод ультрафильтрации, благодаря которому на мембране фильтра остаются частицы каллоидного железа.
Чтобы удалить бактериальное железо потребуется использование хлора или хелатных агентов.
А для избавления от двухвалентного железа есть несколько способов. 1) Ионный обмен. Используются специальные смолы, в реакции с которыми происходит замещение на ион натрия. 2) Обратный осмос. Используются специальные мембраны, которые и задерживают двухвалентное железо. 3) Окисление.
Хорошие и качественные фильтры для воды сочетают в себе все эти способы очистки. Они устанавливаются таким образом, что из вашего крана сразу будет литься чистая вода.
Теперь вы знаете, какие меры надо предпринять, чтобы очистить воду от железа. Так что думайте о здоровье вашей семьи и не пейте воду из-под крана!
izbavsa.ru
