Кремний и его соединения

Автор: edu2

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   H₂SiO_{3 →t}H₂O +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

    

SiO₃^2- + 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