Кремний и его соединения. Урок в 9 классе

Кремний и его соединения

Цели урока: дать общую характеристику кремния, рассмотреть его природные соединения; провести сравнительный анализ соединениями углерода; сформировать представление о свойствах кремния.

Планируемые результаты: уметь характеризовать элемент кремний на основании его положения в ПСХЭ Д.И. Менделеева и строения атома; знать физические и химические свойства кремния, его важнейшие природные соединения; уметь составлять уравнения химических реакций с участием кремния и уравнивать их методом электронного баланса, проводить сравнительный анализ двух оксидов: углерода и кремния.

Тип урока: изучения нового материала

Оборудование и реактивы: компьютер, мультимедийный проектор, экран, презентация в программе PowerPoint, образцы природных соединений кремния (гранит, горный хрусталь, кварц и т.д.),раствор силиката натрия (канцелярский клей), соляная или серная кислота, раствор гидроксида натрия, речной песок, вода, лакмус, пробирки, штатив, стеклянные палочки, учебник.

Ход урока

1. Мотивационный этап

Сегодня на уроке мы с вами будем знакомиться с химическим элементом, роль которого для всего живого переоценить невозможно.

Подсказка 1. Это второй по распространенности в земной коре химический элемент.

Подсказка 2. Что объединяет эти картинки? (Слайд 1)

Сосед углерода привык к работе,
Замену ему нигде не найдете.
Если бы этот пропал элемент,
Где бы мы взяли кирпич и цемент,
Чем бы стеклили окно, и куда
Делись бы кварц, и фарфор, и слюда?
Пляжи песчаные, толщи подземные -
Где бы все это было без кремния?

Учитель. Да, ребята, и калькуляторы на солнечных батарейках и песок в песочных часах и даже большие солнечные панели на космическом корабле – объединяет именно кремний.

В чистом виде кремний был выделен в 1811 году французскими учёными Жозефом Луи Гей-Люссаком и Луи Жаком Тенаром.

В 1825 году шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус действием металлического калия на фтористый кремний SiF4 получил чистый элементарный кремний. Новому химическому элементу было дано название «силиций» (от лат.Silex — кремень). Русское название «кремний» введено в 1834 году российским химиком Германом Ивановичем Гессом. В переводе c др.-греч. Κρημνός — «утёс, гора».

В природе кремний – второй по распространенности химический элемент. Чаще всего он встречается в виде кремнезёма. Это соединение кислорода с кремнием – оксид кремния(IV) SiO2 или песок. (Слайд 2), материал, который встречается повсеместно.

Из оксида кремния и силикатов состоит 87% земной коры (Слайд 3). Кроме песка, оксид кремния входит в различные минералы (слайды 4-5), горный хрусталь, опал, халцедон, яшму, кварц.

Из разновидностей минералов на основе оксида кремния (IV)(кремня, халцедона и др.) первобытные люди изготавливали орудия труда. Именно кремень – этот невзрачный и не очень прочный камень, положил начало каменному веку – веку каменных орудий труда.

Второй тип природных соединений кремния – силикаты. Самые распространённые алюмосиликаты: гранит, различные виды глин, слюды (слайд 6)

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 7)

Кремний придаёт гладкость и прочность костям человека, входит в состав низших живых организмов – диатомовых водорослей и радиолярий (образует их скелеты) (слайд 8).

Запишите тему урока «Кремний и его соединения».

Актуальность темы: Как Вы думаете ребята это важная тема? Ответим на этот вопрос, прочитав текст рабочего листа.

• В эпоху палеолита, т.е. 800 тысячелетий тому назад, кремень помог человеку в борьбе за жизнь. Этот твердый камень, от которого легко отбить кусок с острыми краями, послужил материалом для первого оружия (наконечником копий и стрел) и первых орудий труда (топоров, ножей и т.д.).

• Позднее, когда на смену камню пришли медь, бронза, железо, кремень нашел использование в виде огнива.

• Мировые компьютерные компании находятся в «Кремниевой долине». Именно кремний служит материалом для изготовления современных процессоров.

• Современный процессор является самым сложным готовым продуктом на Земле. Инженеры-технологи научились изготавливать процессоры из песка.

2. Изучение нового материала

1 блок. Кремний как элемент

Опишите положение кремния в ПСХЭ Д.И. Менделеева, составьте схему строения атома и электронную формулу кремния. Возможные степени окисления. (1 - й ученик).

2-й ученик характеристика положения углерода в таблице химических элементов Д.И. Менделеева, возможные степени окисления, построение электронной формулы атома углерода.

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.

2 блок. Кремний как простое вещество

В природе кремний не встречается в свободном состоянии, поэтому его получают восстановлением оксида кремния (IV) магнием или углем.

Закончите уравнения реакций: лабораторный способ получения

SiO₂ +2Mg = 2MgO + Si

SiO₂ + 2C = 2CO + Si промышленный способ (при температуре 1900⁰С)
При этом получается кремний с примесями. Для получения чистого кремния сначала получают карбид кремния, из него – летучее водородное соединение – силан. Силан разлагают без доступа кислорода на водород и чистый кремний. Этот кремний затем используют для изготовления солнечных батарей и в электронике.

Простое вещество кремний встречается :

А) в аморфном виде – белый порошок (без примесей) или коричневый (с примесями), обладает высокой реакционной способностью

Б) в кристаллическом виде – твёрдый, хрупкий, непрозрачный, серый, с металлическим блеском полупроводник (т.е его электропроводность при нагревании повышается), имеет атомную кристаллическую решетку, подобную алмазу. Химически пассивен.

Физические константы кристаллического кремния:

=2.33 г/см³, t_пл = 1415⁰С, t_кип >3500⁰С.

Химические свойства кремния:

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)

4. Si + 2H₂O(пар) = SiO₂ + H₂

5. Si + 2NaOH(конц.) + H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂ 

Видеофрагмент взаимодействие кремния с щелочами.

б) кремний – окислитель

Si + 2Ca = Ca₂Si (силицид кальция)

С водородом не взаимодействует.

Силан (SiH4 - бесцветный газ, ядовит) получают разложением силицидов металлов кислотой: Mg2Si + 2H2SO4 → SiH4 + 2MgSO4

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.

3 блок. Соединения кремния.

Оксид кремния (IV), кремнезем – SiO_2.

К какой группе оксидов он относится? Кислотный. Какими свойствами обладают кислотные оксиды?

- взаимодействуют с водой

- с основными оксидами

-со щелочами.

Но с водой оксид кремния не взаимодействует! Давайте убедимся в этом, проведя опыт. (Техника безопасности!)

Лабораторный опыт. Насыпьте немного речного песка в пробирку, прилейте воды, взболтайте. Что наблюдаете? Прилейте к полученной смеси раствор лакмуса. Произошли ли изменения? Нет, значит, реакция среды в полученном растворе не изменилась.

Запомните, что оксид кремния не растворяется в воде. Это связано с тем, что оксид кремния имеет атомную кристаллическую решетку, сходную с алмазом.

Но с щелочами и основными оксидами может реагировать при нагревании.

Продолжите уравнения реакций взаимодействия оксида кремния с оксидом натрия и гидроксидом натрия.

Сравнительный анализ оксидов углерода (IV) и оксида кремния (IV)

Свойства CO₂

Свойства SiO₂

Кислотный оксид

Молекулярная кристаллическая решетка

Атомная кристаллическая решетка

Бесцветный газ, при сжатии и охлаждении легко переходит в жидкое и твердое состояние (сухой лед).

Кристаллическое, твердое вещество, тугоплавкое, высококипящее. Имеет несколько модификаций.

Химические свойства

H₂O + CO₂ ↔H₂CO₃

SiO₂ + H₂O≠

CO₂ +CaO = CaCO₃

SiO₂ + CaO = CaSiO₃

CO₂ + Ca(OH)₂ =CaCO₃↓+H₂O

SiO₂ + 2NaOH = Na₂SiO₃ +H₂O

CO2 +2Mg =2MgO+C

SiO₂ +2Mg = 2MgO +Si

C +CO₂= 2CO↑

SiO2 +2C = Si + 2CO↑

Вывод: физические свойства резко различаются, но химические свойства схожи. Отличие состоит в различном отношении к воде.

Особым свойством кремнезёма является его способность реагировать с плавиковой (фтороводородной) кислотой.

Если у кремния есть кислотный оксид, то есть и соответствующая оксиду кислота. Кремниевую кислоту получают при действии кислот на растворы ее солей. При этом она выпадает в виде студенистого осадка.

Лабораторный опыт. Давайте получим ее вытеснением из раствора соли более сильной кислотой. Для этого в пробирку налейте 1 мл раствора силиката натрия (концентрированный раствор силиката натрия – это канцелярский или силикатный клей), добавьте столько же серной кислоты. Получается полупрозрачный осадок кремниевой кислоты.

Запишем уравнение реакции в молекулярном, ионном и сокращенном ионном видах.

Na₂SiO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂SiO_{3 ↓}

SiO₃^- + 2H⁺ = H₂SiO₃↓

Добавим к полученному осадку раствор гидроксида натрия и перемешайте стеклянной палочкой. Что наблюдаете? Запишите уравнение реакции в молекулярном, полном и сокращенном ионном видах.

H₂SiO₃ +2 NaOH = Na₂SiO₃ + 2H₂O

H₂SiO₃ + 2Na⁺ + 2OH^- = 2Na⁺ + SiO₃^- + 2H₂O

H₂SiO₃+ 2OH^- = SiO₃^- + 2H₂O

При высыхании массы кремниевой кислоты образуется высокопористое вещество – силикагель, широко применяемое в качестве адсорбента. (Вспомним, что такое адсорбция).

Рассказать о применении силикагеля.

При нагревании кремниевая кислота теряет воду и превращается в оксид кремния.

III. Заключительная часть.

Первичное обобщение приобретённых знаний и рефлексия:

Итак, сегодня на уроке мы познакомились с кремнием, узнали о строении его атома, свойствах и получении. Рассмотрели соединения кремния - оксид, кислота, бинарные соединения.

• Назовите высшую и низшую степени окисления кремния.

• Какова формула и характер оксида?

• Какова формула гидроксида кремния (кремниевой кислоты), её особенность?

Оценивание работы на уроке учащихся, выставление отметок в дневник и журнал.

IV. Домашнее задание: параграф 31, составить задачу по любому уравнению из темы и решить её (для сильных учеников), задание 2, 4 на стр. 185.

МБОУ Сещинская СОШ

ПЛАН – КОНСПЕКТ

урока химии в 9 классе «Кремний и его соединения»

Выполнила: Карнаух Ю.В., учитель химии МБОУ Сещинской СОШ

18 февраля 2016 г