Химия 9 класс - поурочные разработки

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

Качественная реакция на силикаты.

В пробирку с раствором силикати калия добавили раствор разбавленной соляной кислоты.

В пробирке образовалась белая полутвердая масса – кремниевая кислота (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.

Сырье: глина, песок, минеральные добавки.

Стадии производства:

Керамическая масса → формирование → сушка → обжиг → покрытие глазурью.

Обжиг:

Продукция: кирпич, канализационные и дренажные трубы, облицовочные плиты, фаянс, фарфор.

Керамика

Фарфор = каолин + глина + кварц + полевой шпат. Родина фарфора – Китай, где фарфор известен уже в 220 г. В 1746 г – налажено производство фарфора в России

Фаянс - от названия итальянского города Фаэнца. Где в 14-15 веках 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.