Как поступить
в Онлайн-школу №1 и получить аттестат?

Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных

Конспект урока: Кремний и его соединения. Силикатная промышленность

Неметаллы

Кремний и его соединения

План урока

  • Общая характеристика кремния.
  • Оксид кремния (IV).
  • Кремниевая кислота и ее соли.

Цели урока

  • Дать общую характеристику кремния и его свойств.
  • Рассмотреть соединения кремния и их свойства.

Разминка

  • Охарактеризуйте кремний по его положению в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева.
  • Сравните известные Вам свойства кремния и углерода.

Рисунок 1. Модель атома кремния Рисунок 1. Модель атома кремния

В периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева кремний расположен под 14 порядковым номером, в третьем периоде, в IVA-группе. Его атом содержит 14 протонов в ядре и 14 электронов на электронной оболочке. Покажем схему строения атома кремния: 

14Si 2ē, 8ē, 4ē

Кремний имеет достаточно большой радиус атома, поэтому проявляет более слабые неметаллические свойства, чем углерод. Высшая степень окисления кремния +4, низшая степень окисления будет равна −4. Высшую степень окисления кремний проявляет в своем высшем оксиде SiO2, а низшую – в летучем водородном соединении – силане SiH4.

 

Кремний в природе

 

Кремний – второй по распространенности элемент в земной коре (после кислорода). В свободном состоянии он не встречается, только в составе соединений.

Рисунок 2. Асбест Рисунок 2. Асбест

Интересное соединение кремния –  асбест .

 

Данное вещество образовано цепочками кремний – кислород. 

 

Он имеет волокнистую структуру. Раньше его свойства широко использовались человеком, но на данный момент использование асбеста ограниченно, так как он обладает канцерогенными свойствами.

Рисунок 3. Слюда Рисунок 3. Слюда

Слюда – минерал, состоящий из тончайших пластинок. 

 

Кристаллы слюды расщепляются на тонкие, но прочные и упругие листочки. Кроме оксида кремния, в состав слюды входят оксиды алюминия и щелочных металлов. Она также находит широкое применение в различных сферах деятельности человека.

Некоторые природные минералы на основе оксида кремния содержат алюминий, их называют алюмосиликатами .

 

Также в природе широко распространены разновидности оксида кремния (IV), например, кремнезём, кварц, горный хрусталь, аметист, агат, речной песок и пр.

Рисунок 4. Кремний Рисунок 4. Кремний

Простое вещество кремний – вещество темно-серого цвета с металлическим блеском, полупроводник.

 

Кремний высокой чистоты используется в современных приборах. Процесс получения кремний, в котором должно содержаться не более 0,00000001% примесей, технологически очень сложный. Еще один способ получения такого кремния – разложение силана:

SiH4 t Si + 2H2

Химические свойства кремния

 

Кремний химически инертен при стандартных условиях. 

 

Окислительные свойства кремний проявляет по отношению к металлам. Реакции соединения с металлами протекают при высокой температуре. Продуктами реакций являются силициды. Например:
 

2Mg0 + Si0 =t Mg2+2Si-4

 

С водородом кремний не взаимодействует . Для того, чтобы получить летучее водородное соединение кремния – силан, используют силициды активных металлов и воду или кислоту:
 

Mg2Si + 4HCl = 2MgCl2 + SiH4

 

Восстановительные свойства кремний проявляет при взаимодействии с неметаллами (кислородом, галогенами), а также с некоторыми сложными веществами.

 

При комнатной температуре кремний реагирует только с фтором , образуется фторид кремния:
 

Si + 2F2 = SiF4

 

С кислородом кремний взаимодействует при температуре более 1000°С, образуется оксид кремний (IV):
 

Si + O2 = SiO2

 

Сложные вещества-окислители окисляют кремний до оксида кремния (IV):
 

Si + 4HNO3 = SiO2 + 4NO2 + 2H2O

 

При нагревании кремний способен реагировать с концентрированными растворами щелочей :

 

Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2

 

Образуется соль кремниевой кислоты, в данном случае, силикат натрия.


Упражнение 1

 

Запишите уравнение реакции кремния барием, хлором и концентрированным раствором гидроксида калия.


Оксид кремния (IV)

 

Оксид кремния (IV) SiO2 – кислотный оксид, которому соответствует кремниевая кислота H2SiO3. С водой оксид кремния (IV) не реагирует, поэтому получить таким путем кремниевую кислоту нельзя.

 

Проявляя типичные кислотные свойства, оксид кремния (IV) реагирует с основными оксидами и щелочами с образованием солей кремниевой кислоты – силикатов:

CaO + SiO2 =t CaSiO3

2NaOH + SiO2 =t Na2SiO3 + H2O

 

Еще один способ получения силикатов – сплавление оксида кремния (IV) с карбонатом:
 

CaCO3 + SiO2 =t CaSiO3 + CO2


Упражнение 2

 

Запишите уравнения реакций оксида кремния (IV) с оксидом цинка и гидроксидом лития.


Кремниевая кислота и ее соли

Рисунок 5. Кремниевая кислота Рисунок 5. Кремниевая кислота

Формула кремниевой кислоты H2SiO3.

 

Так как оксид кремния (IV) с водой не реагирует, кремниевую кислоту получают косвенным путем – реакцией обмена между силикатом и более сильной кислотой:
 

Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3

 

В результате реакции образуется студевидный осадок нерастворимой в воде кремниевой кислоты.

 

Кремниевая кислота очень слабая. Она не взаимодействует с металлами, основными оксидами и солями, но растворяется в щелочах:
 

H2SiO3 + 2OH = SiO32 + 2H2O

Кремниевая кислота легко теряет воду и превращается в оксид кремния (IV) в виде пористой массы – так называемый силикагель, который находит широкое применение как адсорбент. Так, в коробки с обувью кладут силикагелевые шарики, они поддерживают влажность воздуха внутри упаковки.

 

Соли кремниевой кислоты – силикаты

 

Большинство солей кремниевой кислоты нерастворимо в воде, кроме силикатов натрия, кремния и лития. При большой концентрации растворы силикатов становятся вязкими. Такие растворы называют жидким стеклом, так как при высыхании они образуют крупинки силикатов, напоминающие осколки стекла.

 

Соединения кремния в живой природе

 

Оксид кремния – своеобразный жесткий каркас в листьях и стеблях растений, благодаря этому они обладают упругостью.

Соединения кремния содержатся в колючках кактусов, кромках листьев камыша и кукурузы. Перья птиц и шерсть животных упруги и жестки благодаря содержанию кремния.

 

Применение кремния и его соединений

 

Чистый кремний широко используется в промышленности.

 

Микросхемы телефонов и компьютеров – миниатюрная пластинка из сверхчистого кремния.

 

Кремний способен преобразовывать световую энергию в электрическую. На этом свойстве основано действие солнечных батарей.

 

Кремний – компонент некоторых сплавов, например, силумина – сплава кремния с алюминием. Он легкий и прочный, используется для изготовления корпусов двигателей автомобилей.


Контрольные вопросы

 

  1. Дайте общую характеристику кремния и опишите его химические свойства.
  2. В чем особенность кремниевой кислоты? Как ее получают?
  3. Даны растворы карбоната натрия, силиката натрия и нитрата калия. При помощи какого одного реактива можно распознать все три раствора?


 

Халькогены. Сера. Сероводород и сульфиды

Неметаллы
  • В поисках путей модернизации. Европа меняющаяся

    История

  • Повседневная жизнь и мировосприятие человека XIX века

    История

  • Век демократизации. «Великие идеологии»

    История