Разработала
Кузьмина Светлана Анатольевна
Тема: Кремний и его
соединения. Керамика.
Цели урока: знать
состав, строение, свойства оксидов кремния; уметь сравнивать состав и строение
оксидов кремния; уметь доказывать химические свойства оксида кремния, записывать
уравнения реакций в молекулярном, ионном и сокращенном ионном виде.
Ход
урока
1. Организационный момент урока.
2. Изучение нового материала.
КРЕМНИЙ
Открыт Ж. Гей-Люссаком и Л. Тенаром в 1811г.
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.
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:
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.
Цемент
Цемент –
мелко измельчённый клинкер с минеральными добавками.
Клинкер -
шарики тёмно-серого цвета получают спеканием глины и известняка в специальных
вращающихся печах
3. Закрепление изученного материала
Осуществите
превращения по схеме:
1) Si → SiO2 →
Na2SiO3 → H2SiO3 →SiO2
2) Si → Mg2Si
→ SiH4 → SiO2
3) Si → Na2SiO3
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.