Кремний и его соединения

Тема: Кремний и его соединения.

Средства обучения: периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева, схемы, коллекции, «Природные силикаты», «Стекло и изделия из стекла», дополнительная литература, лабораторное оборудование, презентация к уроку, химические 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.Организационный момент.

-Здравствуйте, ребята! Садитесь. Сегодня у нас открытый урок и у нас на уроке присутствуют гости. Давайте мы им улыбнемся и пожелаем доброго дня. На уроке мы с вами повторим пройденный материал, познакомимся с темой «Кремний и его соединения», решим задачи, проведем опыты.

2. Повторение пройденной темы.

-На предыдущих уроках мы с вами познакомились с углеродом и с его соединениями. Давайте, мы с вами повторим. Для этого выполним задания ГИА.

Задание № 1. (А)

Число электронов во внешнем электронном слое атома с зарядом ядра +6 равно:

1) 6 2) 3 3) 4 4) 2

Задание № 2

Кислотным оксидом является:

1) CO2 2)Al2 O3 3) Na 2O 4) NO

Задание № 3

Оксид углерода (IV) взаимодействует с

1) NaCl 2) P2 O5 3) Ca(OH)2 4) HNO3

Задание № 4 (В 1)

В ряду химических элементов Ge – Si – C

1. увеличиваются радиусы атомов

2. увеличивается электроотрицательность

3. усиливаются кислотные свойства их высших оксидов

4. возрастает значение высшей степени окисления

5. увеличивается число электронов во внешнем электронном слое атомов

Задание № 5 (С2)

К избытку карбоната кальция добавили 146 г раствора с массовой долей соляной кислоты 5 %. Вычислите объем (н.у.) выделившегося газа.

Ответ: 2,24 л.

Молодцы, ребята!

3.Новая тема.

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

Дадим характеристику этому химическому элементу: (Слайд) (сообщение одного из обучающихся, работа с периодической системой)

1.Строение.

Кремний – элемент IV группы и 3-го периода, порядковый номер 14, А=28, 14 протонов и 14 нейтронов, 14 электронов. Строение его электронной оболочки следующая: 14 Si 2e 8e 4e

2. Нахождение в природе.

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

- 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 .

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)

3. Открытие кремния.

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

- 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.

4. 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.

5. 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:

1900^oC

S iO₂ + 2C 2CO + Si

SiCi₄ + 2Zn = 2ZnCi₂ + Si

6. Химические свойства (слайд 14)

а) кремний - восстановитель

Все реакции протекают при нагревании!

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

S i⁰ – 4e^- Si⁺⁴ восстановитель

O₂ + 4e^- 2O^-2 окислитель

1. Si + 2Cl₂ = SiCl₄ (хлорид кремния)

2. Si + 2S = SiS₂ (сульфид кремния)

2000⁰C

1. S i + C Si⁺⁴C^-4 (карбид кремния или карборунд, по твёрдости близок к алмазу)

2. S i + 2H₂O(пар) = SiO₂ + H₂

3. 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.

7. 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)

N a₂SiO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂SiO₃

S iO₃^2- + 2Н⁺ = H₂SiO₃

Соли кремниевой кислоты называют силикатами (слайд 19).

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

S iO₂ + CaO = CaSiO3

SiO₂ + CaCO₃ = CaSiO₃ + CO₂

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

Для получения полупроводников.

Кислотоупорных сплавов.

Стекло, цемент, бетон, железобетон, кирпич, фарфор, фаянс.

Закрепление.

Работа с учебником.

Задание № 4, стр. 185

Напишите уравнения реакций с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

SiO 2 - Si - Ca 2 Si - SiH 4 - SiO 2 - Si

9. Заключительные выводы (слайд 23)

Закрепление.

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения

а) SiO2⟶ Si ⟶ Ca2Si⟶ SiH4⟶ SiO2⟶ Si;

б) Si⟶ SiO2⟶ Na2SiO3 ⟶ H2SiO3⟶ SiO2 ⟶ Si.

Рассмотрите процессы окисления-восстановления.

Ответ

а) 1) SiO2 + 2Mg   t ⟶ 2MgO + Si

Si+4 + 4ē ⟶ Si0 1 окислитель (восстановление)

Mg0 - 2ē ⟶ Mg+2 2 восстановитель (окисление)

2) Si + 2Ca   t ⟶ Ca2Si

Si0 + 4ē ⟶ Si-4 1 окислитель (восстановление)

Ca0 - 2ē ⟶ Ca+2 2 восстановитель (окисление)

3) Ca2Si + H2O ⟶ Ca(OH)2 + SiH4↑

4) SiH4 + 2O2 ⟶ SiO2 + 2H2O

O20 + 4ē ⟶ 2O-4 2 окислитель (восстановление)

Si-4 - 8ē ⟶ Si+2 1 восстановитель (окисление)

5) SiO2 + 2Mg   t ⟶ 2MgO + Si

Si+4 + 4ē ⟶ Si0 1 окислитель (восстановление)

Mg0 - 2ē ⟶ Mg+2 2 восстановитель (окисление)

б) 1) Si + O2   t ⟶ SiO2

O20 + 4ē ⟶ 2O-2 1 окислитель (восстановление)

Si0 - 4ē ⟶ Si+4 1 восстановитель (окисление)

2) SiO2 + 2NaOH   t ⟶ Na2SiO3 + H2O

3) Na2SiO3 + 2HCl ⟶ 2NaCl + H2SiO3↓

4) H2SiO3   t ⟶ H2O + SiO2

5) SiO2 + 2Mg   t ⟶ 2MgO + Si

Si+4 + 4ē ⟶ Si0 1 окислитель (восстановление)

Mg0 - 2ē ⟶ Mg+2 2 восстановитель (окисление)