Цветовая схема: Размер шрифта: А А А

Кремний и его соединения

Методическая копилка - Химия

Разработка урока по химии в 9 классе

УМК О.С.Габриелян «Химия 9 кл.»

 

Тема «Кремний и его соединения»

Тип урока: лекция (включает элементы беседы и лабораторный опыт)

Цели урока: - дать общую характеристику кремния;

                     - рассмотреть природные соединения кремния;

                     - провести сравнительный анализ с соединениями углерода;

                     - изучить особенности строения, свойства, способы получения и области применения         кремния и его соединений: SiH4, SiO2, H2SiO3.

Задачи урока:

Образовательные:

  1. Сформировать представления учащихся о кремнии как о химическом элементе
  2. Продолжить формирование умений давать характеристику химическому элементу по положению его в периодической системе, составлять схему строения атома.
  3. Ознакомить учащихся с физическими и химическими свойствами кремния.
  4. Ознакомить учащихся с наиболее значимыми соединениями кремния и их применением.

Развивающие:

  1. Развивать умение определять закономерность между составом, строением, свойствами и применением веществ.
  2. Продолжить формирование умений учащихся анализировать, сравнивать, делать выводы.

Воспитательные:

  1. Воспитывать умения аккуратно вести записи в тетради.
  2. Формировать у учащихся познавательной активности к изучаемому предмету путем привлечения их в творческий процесс и знакомства с краеведческим материалом.

Оборудование: авторская презентация «Кремний и его соединения», реактивы: раствор соляной кислоты, раствор силикатного клея; штатив с пробирками; образцы природных соединений кремния ( гранит, горный хрусталь, кварц и др.), образцы изделий из стекла, фаянса, фарфора, керамики.

 

Ход урока:

  1. Вводная часть (слайд 1)

Подсказка. Представьте себе - встает человек утром с постели, подходит к зеркалу, а вместо него - пустая рамка, ищет очки, а от них лишь одна оправа; вдруг он ощущает порывы ветра, так как в доме нет ни одного окна; от ужаса человек хочет выпить глоток воды, но не может найти ни одной чашки, стакана - вообще нет никакой в доме посуды - все бесследно исчезло! И это только начало ужаса.

Далее треск, грохот - рушатся потолок, стены, они летят и рассыпаются, превращаясь в пыль и песок. Параллельно с этим выделяется огромное количество кислорода, который меняет состав воздуха, то есть земной атмосферы!

А самое страшное, что в последствии почти целиком исчезает земная кора, испаряются океаны и не существует больше жизнь на Земле.

Что это за элемент и почему его исчезновение могло вызвать такие катастрофические изменения? Подсказка. Что объединяет объекты на слайде между собой?

Учащиеся (предполагаемый ответ): Все объекты на слайде состоят из веществ, в состав которых входит кремний и элемент, о котором идет речь в рассказе, - кремний.

- Сегодня мы познакомимся с ещё одним неметаллом, значимость которого очень велика, т.к. по распространенности на Земле он второй после кислорода, - это кремний.

2.Кремний – химический элемент

1) Строение и свойства атома кремния (слайд 2-8)

Латинское название «силициум» берёт своё начало от латинского «силекс» - камень. С греческого языка «кремнос» - утёс, скала.

1 ученик у доски: характеристика положения кремния в таблице химических элементов

Д.И. Менделеева, возможные степени окисления, построение электронной формулы атома кремния.

2 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) Нахождение в природе (слайды 9-14)

(материал о биологическом значении кремния в организме человека готовиться учащимися за ранее)

- Земная кора на одну четверть состоит из соединений кремния. Наиболее распространённым является оксид кремния (IV) – кремнезём. В природе он образует минерал кварц и многие другие разновидности: горный хрусталь, аметист, агат, опал, яшма, халцедон, сердолик (полудрагоценные камни), а также обычный кварцевый песок.

Именно кремень положил начало каменному веку. Причин этому две: доступность и распространённость, а также способность образовывать на сколе острые режущие края.

Второй тип природных соединений кремния – силикаты. Самые распространённые алюмосиликаты: гранит, различные виды глин, слюды. Не содержащий алюминия силикат – асбест (из него изготавливают огнестойкие ткани)

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

3.Кремний – простое вещество(15-32)

1)Аллотропные модификации кремния

2)Строение кристаллического кремния

3)Физические свойства

- Вы обратили внимание, что когда мы говорим о содержании в природных условиях элемента кремния, то упоминаем только его соединения, но не простое вещество.

Кремний в свободном виде в природе не встречается в отличие от углерода (алмаз,

графит, аморфный С и т.д.)

Кремний – неметалл, существует в кристаллическом и аморфном виде.

Кристаллический кремний – серовато-стального цвета с металлическим блеском, твёрдый (7 баллов по шкале Мооса), но хрупкий, малореакционноспособный; полупроводник, (с повышением температуры электропроводность повышается), и с нарушением правильности структуры.

Такие свойства обусловлены строением кристаллов, аналогичным структуре алмаза.

Физические константы: g = 2,33 г/см3; tпл.= 1415 0С; t кип.= 3500 0С

Аморфный кремний представляет собой порошок.

       4) Открытие кремния

- Уже в глубокой древности люди широко использовали в своём быту соединения кремния. Вспомните древних людей. Из чего были изготовлены их орудия труда? Но сам кремний впервые был получен в 1824 г. Шведским химиком И.Я. Берцелиусом. Однако, за 12 лет до него кремний получили Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар, но он был очень загрязнён примесями.

     5) Получение кремния

- Способы получения кремния основаны в основном на восстановлении оксида кремния (IV) сильными восстановителями – активными металлами (Mg, Al) и углеродом.

 

Лабораторный способ:    SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si                                                                                                                      

Промышленный способ: SiO2 + 2C t2CO + Si

     6) Химические свойства

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

  1. Si + 2Г2 = SiГ4 (галогенид кремния)
  2. Si + 2NaOH(конц.) + H2O = Na2SiO3 + 2H2

б) кремний – окислитель

Si + 2Ca = Ca2Si (силицид кальция)

Вывод: свойства кремния и углерода похожи. Оба неметалла взаимодействуют с кислородом, галогенами, металлами. Но в отличие от углерода кремний напрямую не соединяется с водородом.

 

4.Соединения кремния (33-44)

1) Силан SiH4

-Силан получают косвенно, действуя на силициды металлов водой или кислотами:

Mg2Si + 4H2O = 2Mg(OH)2   + SiH4

Силан – бесцветный газ, самовоспламеняющийся на воздухе и сгорающий с образованием оксида кремния и воды:

SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O

2) Свойства кремнезёма  

Рассматриваются свойства оксида кремния (IV) и проводится сравнительный анализ двух оксидов – SiO2 и CO2. Результаты обсуждения в виде таблицы выводятся на экран.

Обратите внимание на одно важное свойство оксида кремния:

SiO2 + 4HF = 2H2O + SiF4

Оксид кремния входит в состав стекла, поэтому плавиковую кислоту нельзя хранить в стеклянной посуде.

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).

Вывод: физические свойства оксидов резко отличаются, т.к. они образуют разные кристаллические решётки – молекулярную (CO2) и атомную (SiO2), но химические свойства схожи. Отличие состоит в различном отношении к воде.

3) Кремниевая кислота и её соли

-кремниевая кислота H2SiO3 -единственная нерастворимая неорганическая кислота,                                                           - двухосновная,  

                                      - слабая   H2SiO3 tH2O +SiO2

При высыхании образует силикагель, используемый в качестве адсорбента.

Получить кремниевую кислоту можно только из её солей.

Проведение лабораторного опыта и составление уравнения реакции получения кремниевой кислоты (самостоятельно, на доске)

 

 
   

 

Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3

    

SiO32- + 2Н+ = H2SiO3  

Соли кремниевой кислоты называют силикатами

Их можно получить сплавлением оксида кремния с оксидами металлов или карбонатами:

SiO2 + CaO = CaSiO3

SiO2 + CaCO3 = CaSiO3 + CO2      

5.Применение соединений кремния в народном хозяйстве (слайды 45-47)

 

6. Заключительные выводы (слайд 48-49)

7. Самоконтроль (слайд 50)

8. Д/з (слайд 51)

Приложение 1.

Инструктивная карта по теме «Кремний и его соединения»

обучающегося _________ класса__________________________________________

                                                                         (фамилия и имя)

Углерод и его соединения

Кремний и его соединения

                                                              1.Химический

 

1) Положение в ПСХЭ:2 период, IVA группа

2) Строение атома

                         +6 С )     )         1s22s22p2

                                 2e 4e

3) Свойства атома

Является элементом неметаллом

Высшая СО = + 4

Низшая СО = – 4

4) Нахождение в природе

Углерод – элемент жизни

2. Простые

1) Физические свойства

Алмаз – твердый, очень прочный, прозрачный, не обладает электропроводностью и теплопроводностью.

Графит – темно-серого цвета, имеет металлический блеск, мягкий, проводит тепло и электрический ток.

2) Строение

Имеют атомную кристаллическую решетку.

3) Получение

SiO2 +3C = Si + C + 2CO (получение графита)

 

4) Химические свойства

1. восстановительные:

  • C0 + O20= C+4O2-2 (оксид углерода(IV))
  • C0 +2Г20= C+4Г4-1   (галогенид углерода(IV))

2. окислительные:

  • 2C0 + Ca0 =Ca+2C2-1(карбид кальция)
  • С + 2Н2 = СН4 (метан)

3. Окси

Оксид углерода (IV) СО2 – кислотный оксид

Строение

Молекулярная кристаллическая решетка

Физические свойства

Газ, при обычных условиях легко сжижается и затвердевает, в воде растворяется, тяжелее воздуха.

Химические свойства

1)Взаимодействие с водой

    СО2 + Н2О ↔ Н2СО3

2)Взаимодействие с основными оксидами

    СаО + СО2 =  СаСО3

3)Взаимодействие со щелочами

  2КОН + СО2   =   К2СО3 + НО

4) Взаимодействие с магнием

   2Mg + CO2 = 2MgO + C

5)Взаимодействие с углеродом

   CO2 + C = 2CO

4. Кис

Угольная кислота Н2СО3

Двухосновная, кислородсодержащая, слабая, летучая

 

Получение

Может быть вытеснена из состава соли более сильными кислотами

СаСО3 + 2 НCl  =     СaСl2 + Н2СО3       СО2

                                                                  Н2О

Химические свойства

1)При нагревании разлагается:

Н2СО3 ↔ СО2↑+ Н2О

2)Взаимодействие со щелочами:   2NaOH+H2CO3=Na2CO3 + 2H2O

                                    

 

                                                                          

элемент

 

1) Положение в ПСХЭ:

2)Строение атома

+… Si

3) Свойства атома

Является элементом…………………..

Высшая СО = ……

Низшая СО = ……

4) Нахождение в природе:

вещества

1) Физические свойства

Кристаллический кремний ….

              

Аморфный кремний…………...

 

2) Строение

Имеет ……………… кристаллическую решетку.

3) Получение

1)в промышленности:

2)в лаборатории:

 

4) Химические свойства

1. восстановительные:

2. окислительные:

 

 

ды

Оксид кремния (IV) …. - ……………………

Строение

……………… кристаллическая решетка

Физические свойства

Химические свойства

1) Взаимодействие с водой

2) Взаимодействие с основными оксидами

3) Взаимодействие со щелочами

4) Взаимодействие с магнием

5) Взаимодействие с углеродом

6) взаимодействие с плавиковой кислотой

лоты

 

Кремниевая кислота………

…………………………………………………

 

Получение

 

 

 

Химические свойства

1)При нагревании разлагается:

2) Взаимодействие со щелочами:  

 

 

 

 

 

Самоконтроль

1. Какое место занимает кремний в периодической системе:

а) 2 период, 4Б гр.                   б) 3 период, 3А гр.                                 в) 3 период, 4А гр.

2. Кристаллическая решетка кремния и его соединений :

а) ионная;                                 б) атомная;                                              в) молекулярная

3. По распространенности в природе кремний …. элемент:

а) первый;                               б) второй;                                                 в) третий

4. Кремний вступает в реакцию с:

а) металлами, водородом, галогенами;

б) металлами, галогенами, легко растворяется в щелочах;

в) оксидами, кислотами, неметаллами

5. Соли кремниевой кислоты:

а) силициды;                           б) гидрокарбонаты;                               в) силикаты