УРОК ХИМИИ "Кремний и его содержания"

Тема: Кремний и его соединения.

Цели урока: ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ: ü обеспечить в ходе урока усвоение химических и физических свойств кремния  его соединений, их получение, распространение в природе, их значение для человека. ü выработка умений и навыков: обращения с лабораторным оборудованием, текстом учебника, дополнительной литературой; проводить наблюдения, систематизировать и обобщать знания, делать выводы. ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ ü всестороннее развитие личности: формирование умений ставить цели, выделять главное, планирование своей деятельности при  работе в группе; осуществлять самоконтроль, подводить итоги, работать в оптимальном темпе, беречь время; ü воспитание эмоционально – ценностного отношения к миру. РАЗВИВАЮЩАЯ ü обеспечить условия для  развития познавательного интереса и интеллектуальных способностей, развития творческих способностей детей;

Средства обучения: периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева, схемы, коллекции, «Природные силикаты», «Стекло и изделия из стекла», дополнительная литература, лабораторное оборудование,  презентация  к уроку,  химические реактивы: раствор соляной кислоты, раствор карбоната натрия, раствор силикатного клея; штативы с пробирками;   образцы природных соединений кремния ( гранит, горный хрусталь, кварц и др.), образцы изделий из стекла, фаянса, фарфора, керамики.

Ход урока:

1.Организационный момент.

-Здравствуйте,  ребята!  Садитесь. Сегодня  у нас открытый урок и у нас на уроке присутствуют гости.  Давайте мы им улыбнемся и пожелаем  доброго дня.   На уроке мы с вами  повторим пройденный материал,  познакомимся с темой «Кремний и его соединения», решим задачи, проведем опыты.

2. Повторение пройденной темы.

-На  предыдущих уроках мы с вами познакомились с углеродом и с его соединениями. Давайте, мы с вами повторим. Для этого выполним задания ГИА.

Задание № 1. (А)

Число электронов во внешнем электронном слое атома с зарядом ядра +6 равно:

1)    6       2) 3          3)  4              4) 2       

Задание № 2

Кислотным оксидом является:

1)  CO2     2)Al2 O3     3)  Na 2O             4)  NO

Задание № 3

Оксид углерода (IV)  взаимодействует с

1) NaCl     2)  P2 O5      3)  Ca(OH)2        4) HNO3

 

Задание № 4  (В 1)

В ряду химических элементов  Ge – Si – C

1)     увеличиваются радиусы  атомов

2)     увеличивается электроотрицательность

3)     усиливаются кислотные свойства их высших оксидов

4)     возрастает значение высшей степени окисления

5)     увеличивается число электронов во внешнем электронном слое атомов

Задание № 5 (С2)

 К избытку карбоната кальция добавили 146 г раствора с массовой долей соляной кислоты 5 %. Вычислите объем  (н.у.) выделившегося газа.

 Ответ: 2,24 л.

Молодцы, ребята!

3.Новая тема.

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

Дадим характеристику этому химическому элементу: (Слайд) (сообщение одного из обучающихся,  работа  с   периодической системой)

1.Строение.

Кремний – элемент IV группы и 3-го  периода,  порядковый номер 14,  А=28,  14 протонов и 14 нейтронов,  14 электронов. Строение его электронной оболочки следующая:   14 Si 2e 8e 4e

2. Нахождение в природе. 

(материал по этому вопросу может быть подготовлен и освещён обучающимися)

- 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  (слайд 7)

Не содержащий алюминия силикат – асбест ( из него изготавливают огнестойкие ткани)

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).  ( слайд 8)

Кремний придаёт гладкость и прочность костям человека, входит в состав низших живых организмов – диатомовых водорослей и радиолярий (образует их скелеты)  ( слайд 9)

  3. Открытие кремния. 

(материал по этому вопросу может быть подготовлен и освещён обучающимися)

-  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.

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

4. Физические свойства  (слайд 12)

(материал по этому вопросу может быть подготовлен и освещён учащимися)

- 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;  t пл.= 1415 ⁰С; t кип.= 3500 ⁰С

Аморфный кремний представляет собой белый порошок.

5. Получение кремния  (слайд 13)

- 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:

                   1900^oC     

SiO₂ + 2C                2CO + Si

SiCi₄ + 2Zn = 2ZnCi₂ + Si

6. Химические свойства  (слайд 14)     

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

2)      Si + 2Cl₂ = SiCl₄  (хлорид кремния)

3)      Si + 2S = SiS₂       (сульфид кремния)

                   2000⁰C

4)      Si + C                  Si⁺⁴C^-4  (карбид кремния или карборунд, по твёрдости близок к                                                алмазу)

5)      Si + 2H₂O(пар) = SiO₂ + H₂

6)      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, серой, металлами. Но в отличие от углерода кремний напрямую не соединяется с водородом.

7. Соединения кремния 

Свойства кремнезёма  (слайд15,16)

Учитель подробно рассматривает свойства оксида кремния (IV) и проводит 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.

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.

Силан SiH₄ (слайд 17)

-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

 Кремниевая кислота и её соли  (слайд 18)

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

                                                  - слабая   H₂SiO₃                     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  (слайд 19).

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

SiO₂ + CaO = CaSiO3

SiO₂ + CaCO₃ = CaSiO₃ + CO₂      

8. Применение соединений кремния в народном хозяйстве  (слайды 20,21,22)

Для получения полупроводников.

Кислотоупорных сплавов.

Стекло,  цемент, бетон,  железобетон, кирпич, фарфор, фаянс.

 Закрепление.

Работа с учебником.

Задание № 4, стр. 185

Напишите уравнения реакций с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

SiO 2 -  Si   - Ca 2 Si -  SiH 4 -  SiO 2 -    Si

9. Заключительные выводы  (слайд 23)

Закрепление.

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения

 а) SiO2⟶ Si ⟶ Ca2Si⟶ SiH4⟶ SiO2⟶ Si;

б) Si⟶ SiO2⟶ Na2SiO3 ⟶ H2SiO3⟶ SiO2 ⟶ Si.

Рассмотрите процессы окисления-восстановления.

Ответ

а) 1) SiO2 + 2Mg   t ⟶ 2MgO + Si

Si+4 + 4ē ⟶ Si0 1 окислитель (восстановление)

Mg0 - 2ē ⟶ Mg+2 2 восстановитель (окисление)

2) Si + 2Ca   t ⟶ Ca2Si

Si0 + 4ē ⟶ Si-4 1 окислитель (восстановление)

Ca0 - 2ē ⟶ Ca+2 2 восстановитель (окисление)

3) Ca2Si + H2O ⟶ Ca(OH)2 + SiH4↑

4) SiH4 + 2O2 ⟶ SiO2 + 2H2O

O20 + 4ē ⟶ 2O-4 2 окислитель (восстановление)

Si-4 - 8ē ⟶ Si+2 1 восстановитель (окисление)

5) SiO2 + 2Mg   t ⟶ 2MgO + Si

Si+4 + 4ē ⟶ Si0 1 окислитель (восстановление)

Mg0 - 2ē ⟶ Mg+2 2 восстановитель (окисление)

б) 1) Si + O2   t ⟶ SiO2

O20 + 4ē ⟶ 2O-2 1 окислитель (восстановление)

 Si0 - 4ē ⟶ Si+4 1 восстановитель (окисление)

2) SiO2 + 2NaOH   t ⟶ Na2SiO3 + H2O

3) Na2SiO3 + 2HCl ⟶ 2NaCl + H2SiO3↓

4) H2SiO3   t ⟶ H2O + SiO2

5) SiO2 + 2Mg   t ⟶ 2MgO + Si

Si+4 + 4ē ⟶ Si0 1 окислитель (восстановление)

Mg0 - 2ē ⟶ Mg+2 2 восстановитель (окисление)