Конспект урока по теме "Кремний и его соединения"

Разработка урока по химии в 9 классе

Тема: Кремний и его соединения

Тип урока: лекция (включает элементы беседы и лабораторный опыт)

Цели урока: - дать общую характеристику кремния;

                      - рассмотреть природные соединения кремния;

                      - провести сравнительный анализ с соединениями углерода;

                      - изучить свойства кремния и его соединений: SiH4, SiO2, H2SiO3.

Оборудование: презентация к уроку, реактивы: раствор соляной кислоты, раствор карбоната натрия, раствор силикатного клея; штативы с пробирками; образцы природных соединений кремния ( гранит, горный хрусталь, кварц и др.), образцы изделий из стекла, фаянса, фарфора, керамики.

Ход урока:

1. Вводная часть  (слайды 1,2,3)

- Сегодня мы познакомимся с ещё одним неметаллом, значимость которого очень велика, т.к. по распространенности  на Земле он второй после кислорода, - это кремний.

 2. Открытие кремния  (слайд 4)

(материал по этому вопросу может быть подготовлен и освещён учащимися)

-  Уже в глубокой древности люди широко использовали в своём быту соединения кремния. Вспомните древних людей. Из чего были изготовлены их орудия труда? Но  сам кремний впервые был получен в 1824 г. Шведским химиком И.Я. Берцелиусом. Однако, за 12 лет до него кремний получили Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар, но он был очень загрязнён примесями.

Латинское название «силициум» берёт своё начало от латинского «силекс» - камень. С греческого языка «кремнос» - утёс, скала.

3. нахождение в природе  (слайды 5,6,7,8,9)

(материал по этому вопросу может быть подготовлен и освещён учащимися)

(слайд 5)

- Земная кора на одну четверть состоит из соединений кремния. Наиболее распространённым является оксид кремния (IV) – кремнезём. В природе он образует минерал кварц и многие другие разновидности: горный хрусталь, аметист, агат, опал, яшма, халцедон, сердолик (полудрагоценные камни), а также обычный кварцевый песок  (слайд 6).

 Именно кремень положил начало каменному веку. Причин этому две: доступность и распространённость, а также способность образовывать на сколе острые режущие края.

Второй тип природных соединений кремния – силикаты. Самые распространённые алюмосиликаты: гранит, различные виды глин, слюды  (слайд 7)

Не содержащий алюминия силикат – асбест ( из него изготавливают огнестойкие ткани)

Оксид кремния (IV) необходим и растениям, и животным. Он придаёт прочность стеблям растений и покровам животных ( камыши твёрдо стоят, осока режет, как лезвие, чешуя рыб, панцири насекомых, крылья бабочек, перья птиц, шерсть животных содержат оксид кремния (IV).  ( слайд 8)

Кремний придаёт гладкость и прочность костям человека, входит в состав низших живых организмов – диатомовых водорослей и радиолярий (образует их скелеты)  ( слайд 9)

4. Строение и свойства атомов  (слайд 10)

    (в сравнении с углеродом)

1 ученик у доски: характеристика положения кремния в таблице химических элементов

Д.И. Менделеева, возможные степени окисления, построение электронной формулы атома кремния.

2 ученик: характеристика положения углерода в таблице химических элементов

Д.И. Менделеева, возможные степени окисления, построение электронной формулы атома углерода.

( слайд 11)

3 ученик делает обобщение:

-У кремния электроны расположены на трёх энергетических уровнях,  а у углерода – на двух, следовательно, окислительные (неметаллические) свойства у кремния выражены слабее, а восстановительные (металлические) – сильнее.

           - 4e-

 Si                                               Si + O2 (CI,C)                  Si+4

        восстановитель

           +4e-

 Si                                                Si + металл                   Si -4

        окислитель

5. Физические свойства  (слайд 12)

(материал по этому вопросу может быть подготовлен и освещён учащимися)

- Вы обратили внимание, что когда мы говорим о содержании в природных условиях элемента кремния, то упоминаем только его соединения, но не простое вещество.

Кремний в свободном виде в природе не встречается  в отличие от углерода (алмаз,

графит, аморфный С и т.д.)

кремний – неметалл, существует в кристаллическом и аморфном виде.

Кристаллический кремний – серовато-стального цвета с металлическим блеском, твёрдый (7 баллов по шкале Мооса), но хрупкий, малореакционноспособный; полупроводник, (с повышением температуры электропроводность повышается), и с нарушением правильности структуры.

Такие свойства обусловлены строением кристаллов, аналогичным структуре алмаза.

Физические константы: g = 2,33 г/см3;  t пл.= 1415 0С; t кип.= 3500 0С

Аморфный кремний представляет собой белый порошок.

6. получение кремния  (слайд 13)

- Способы получения кремния основаны в основном на восстановлении оксида кремния (IV) сильными восстановителями – активными металлами (Mg, Al) и углеродом.

 Лабораторный способ:     SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si                                                                                                                             

Промышленный способ:

                   1900oC     

SiO2 + 2C                2CO + Si

SiCi4 + 2Zn = 2ZnCi2 + Si

7. Химические свойства  (слайд 14)     

а) кремний - восстановитель

Все реакции протекают при нагревании!

1)Si + O2 = SiO2  (оксид кремния (IV))

        Si0  –  4e-          Si+4   восстановитель

         O2 + 4e-         2O-2     окислитель

        2)Si + 2Cl2 = SiCl4  (хлорид кремния)

        3)Si + 2S = SiS2       (сульфид кремния)

                           20000C

4)Si + C                  Si+4C-4  (карбид кремния или карборунд, по твёрдости близок к                                               алмазу)

1. Si + 2H2O(пар) = SiO2 + H2
2. Si + 2NaOH(конц.) + H2O = Na2SiO3 + 2H2

б) кремний – окислитель

Si + 2Ca = Ca2Si  (силицид кальция)

Вывод: свойства кремния и углерода похожи. Оба неметалла взаимодействуют с кислородом, галогенами, серой, металлами. Но в отличие от углерода кремний напрямую не соединяется с водородом.

8. Соединения кремния 

Свойства кремнезёма  (слайд15,16)

Учитель подробно рассматривает свойства оксида кремния (IV) и проводит сравнительный анализ двух оксидов – SiO2 и  CO2. результаты обсуждения в виде таблицы выводятся на экран.

Обратите внимание на одно важное свойство оксида кремния:

SiO2 + 4HF = 2H2O + SiF4

Оксид кремния входит в состав стекла, поэтому плавиковую кислоту нельзя хранить в стеклянной посуде.

Вывод: физические свойства оксидов резко отличаются, т.к. они образуют разные кристаллические решётки – молекулярную (CO2) и атомную (SiO2), но химические свойства схожи. Отличие состоит в различном отношении к воде.

Силан SiH4 (слайд 17)

-Силан получают косвенно, действуя на силициды металлов водой или кислотами:

Mg2Si + 4H2O = 2Mg(OH)2    + SiH4

Силан – бесцветный газ, самовоспламеняющийся на воздухе и сгорающий с образованием оксида кремния и воды:

SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O

Кремниевая кислота и её соли  (слайд 18)

-кремниевая кислота H2SiO3  -единственная нерастворимая неорганическая кислота,                                                          -  двухосновная,   

                                                  - слабая   H2SiO3                     H2O +SiO2

При высыхании образует силикагель, используемый в качестве адсорбента.

Получить кремниевую кислоту можно только из её солей.

Проведение лабораторного опыта и составление уравнения реакции получения кремниевой кислоты (самостоятельно, на доске)

Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3

     SiO32- + 2Н+ = H2SiO3   

Соли кремниевой кислоты называют силикатами  (слайд 19).

 Их можно получить сплавлением оксида кремния с оксидами металлов или карбонатами:

SiO2 + CaO = CaSiO3

SiO2 + CaCO3 = CaSiO3 + CO2      

9. Применение соединений кремния в народном хозяйстве  (слайды 20,21,22)

10. Заключительные выводы  (слайд 23)