Конспект по химии на тему "Кремний"

Урок №42. Кремний и его соединения. Стекло. Цемент.

КРЕМНИЙ Кремний открыл и получил в 1823 году шведский химик Йенс Якоб Берцелиус. Второй по распространённости элемент в земной коре после кислорода (27,6% по массе). Встречается в соединениях. Строение  атома кремния в основном состоянии 1s22s22p63s23p2 Строение атома кремния в возбуждённом состоянии 1s22s22p63s13p3 Степени окисления: +4, -4. Аллотропия кремния Известен аморфный и кристаллический кремний. Поликристаллический кремний Кристаллический – тёмно-серое вещество с металлическим блеском, большая твёрдость, хрупок, полупроводник; ρ = 2,33 г/см3, t°пл. =1415°C; t°кип. = 2680°C. Имеет алмазоподобную структуру и образует прочные ковалентные связи. Инертен. Аморфный - бурый порошок, гигроскопичен, алмазоподобная структура, ρ = 2 г/см3, более реакционноспособен. Получение кремния 1) Промышленность – нагревание угля с песком: 2C + SiO2 t˚→ Si + 2CO 2) Лаборатория – нагревание песка с магнием: 2Mg + SiO2  t˚→ Si + 2MgO    Опыт Химические свойства Типичный неметалл, инертен. Как восстановитель: 1)     С кислородом Si0 + O2  t˚→  Si+4O2 2)     С фтором (без нагревания) Si0 + 2F2 →  SiF4­ 3)     С углеродом Si0 + C  t˚→  Si+4C (SiC - карборунд - твёрдый; используется для точки и шлифовки) 4)     С водородом не взаимодействует. Силан (SiH4) получают разложением силицидов металлов кислотой: Mg2Si + 2H2SO4 → SiH4­ + 2MgSO4 5)     С кислотами не реагирует (только с плавиковой кислотой Si+4HF=SiF4+2H2) Растворяется только в смеси азотной и плавиковой кислот: 3Si + 4HNO3 + 18HF →  3H2[SiF6] + 4NO­ + 8H2O 6)     Со щелочами (при нагревании): Si0 + 2NaOH + H2O t˚→  Na2Si+4O3+ 2H2­ Как окислитель: 7)     С металлами (образуются силициды): Si0 + 2Mg  t˚→  Mg2Si-4 Применение кремния Кремний широко используется в электронике как полупроводник. Добавки кремния к сплавам повышают их коррозионную стойкость. Силикаты, алюмосиликаты и кремнезем – основное сырье для производства стекла и керамики, а также для строительной промышленности. Кремний в технике  Применение кремния и его соединений Силан  - SiH4 Физические свойства: Бесцветный газ, ядовит, t°пл. = -185°C, t°кип. = -112°C. Получение: Mg2Si + 4HCl → 2MgCl2 + SiH4­↑ Химические свойства: 1)      Окисление: SiH4 + 2O2 t˚→   SiO2 + 2H2O 2)      Разложение: SiH4 → Si + 2H2­ Оксид кремния (IV) - (SiO2)n SiO2 - кварц, горный хрусталь, аметист, агат, яшма, опал, кремнезём (основная часть песка): Кристаллическая решётка оксида кремния (IV) – атомная и имеет такое строение: Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O - каолинит (основная часть глины) K2O • Al2O3 • 6SiO2 - ортоклаз (полевой шпат) Физические свойства: Твёрдое, кристаллическое, тугоплавкое вещество, t°пл.= 1728°C, t°кип.= 2590°C Химические свойства:  Кислотный оксид. При сплавлении взаимодействует с основными оксидами, щелочами, а также с карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов: Изучение свойств оксида кремния (IV) 1)     С основными оксидами: SiO2 + CaO t˚→    CaSiO3 2)     Со щелочами: SiO2 + 2NaOH t˚→    Na2SiO3 + H2O 3)     С водой не реагирует 4)     С солями: SiO2 + CaCO3 t˚→    CaSiO3 + CO2­ SiO2 + K2CO3 t˚→    K2SiO3 + CO2­ 5)     С плавиковой кислотой: SiO2 + 4HF t˚→     SiF4­ + 2H2O SiO2 + 6HF t˚→    H2[SiF6] (гексафторкремниевая кислота) + 2H2O  (реакции лежат в основе процесса травления стекла). Применение: 1. Изготовление силикатного кирпича 2. Изготовление керамических изделий 3. Получение стекла Кремниевые кислоты x • SiO2 • y H2O x = 1, y = 1     H2SiO3 - метакремниевая кислота x = 1, y = 2     H4SiO4 - ортокремниевая кислота и т.д. Физические свойства: H2SiO3 - очень слабая (слабее угольной), непрочная, в воде малорастворима (образует коллоидный раствор), не имеет кислого вкуса. Получение: Получение геля кремниевой кислоты Получение кремниевой кислоты  Действие сильных кислот на силикаты - Na2SiO3 + 2HCl → 2NaCl + H2SiO3↓ Химические свойства: При нагревании разлагается: H2SiO3  t˚→ H2O + SiO2 Соли кремниевой кислоты - силикаты.  1) с кислотами Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3 2) с солями Na2SiO3+CaCl2=2NaCl+CaSiO3↓ 3) Силикаты, входящие в состав минералов, в природных условиях разрушаются под действием воды и оксида углерода (IV) - выветривание горных пород: (K2O • Al2O3 • 6SiO2)(полевой шпат)  + CO2 + 2H2O → (Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O)(каолинит (глина)) + 4SiO2(кремнезём (песок)) + K2CO3 Применение соединений кремния Природные соединения кремния - песок (SiO2) и силикаты используются для производства керамики, стекла и цемента.  Керамика Фарфор = каолин+ глина + кварц + полевой шпат. Родина фарфора – Китай, где фарфор известен уже в 220г. В 1746 г – налажено производство фарфора в России  Фаянс - от названия итальянского города Фаэнца. Где в 14-15веках было развито керамическое ремесленничество. Фаянс – отличается от фарфора большим содержанием глины (85%), более низкой температурой обжига.   Стекло – хрупкий, прозрачный материал, способен размягчаться и при застывании принимает любую форму. Стекло получают варкой шихты (сырьевой смеси, состоящей из песка, соды и известняка) в специальных стекловаренных печах.  Основные реакции, протекающие при плавке шихты 1. Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2 2. CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2  3. Na2SiO3 + CaSiO3 + 4SiO2 = Na2O * CaO * 6SiO2 - формула оконного стекла При добавлении оксида свинца получают хрусталь. Сравнение свойств кварцевого и обычного стекла Цемент Цемент – мелко измельчённый клинкер с минеральными добавками. Клинкер - шарики тёмно-серого цвета получают спеканием глины и известняка в специальных вращающихся печах  Видео "Производство бетона" Задания для закрепления Осуществите превращения по схеме: 1) Si → SiO2 → Na2SiO3 → H2SiO3 →SiO2 2) Si → Mg2Si → SiH4 → SiO2 3) Si → Na2SiO3