Урок по теме: "Кремний и его соединения. Стекло. Цемент"

Дата_____________                                                 Класс_______________



Тема: Кремний и его соединения. Стекло. Цемент.



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

4. Домашнее задание

П. 30-33, упр.1, 3-5, 8, 9 на стр.101