загрузка...


ХИМИЯ 9 класс - поурочные разработки

Урок 38

Тема: 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

 

https://sites.google.com/site/himulacom/_/rsrc/1315460264306/zvonok-na-urok/9-klass---vtoroj-god-obucenia/urok-no42-kremnij-i-ego-soedinenia-steklo-cement/img005.gif

1s22s22p63s23p2

https://sites.google.com/site/himulacom/_/rsrc/1315460264307/zvonok-na-urok/9-klass---vtoroj-god-obucenia/urok-no42-kremnij-i-ego-soedinenia-steklo-cement/img006.gif

 

Строение атома кремния в возбуждённом состоянии

 

 

1s22s22p63s13p3

https://sites.google.com/site/himulacom/_/rsrc/1315460264307/zvonok-na-urok/9-klass---vtoroj-god-obucenia/urok-no42-kremnij-i-ego-soedinenia-steklo-cement/img007.gif

 

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, аметистагат, яшма, опал, кремнезём (основная часть песка):

Кристаллическая решётка оксида кремния (IV) – атомная и имеет такое строение:

 

https://sites.google.com/site/himulacom/_/rsrc/1315460264307/zvonok-na-urok/9-klass---vtoroj-god-obucenia/urok-no42-kremnij-i-ego-soedinenia-steklo-cement/img008.gif

 

Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O - каолинит (основная часть глины)

 

https://sites.google.com/site/himulacom/_/rsrc/1315460264308/zvonok-na-urok/9-klass---vtoroj-god-obucenia/urok-no42-kremnij-i-ego-soedinenia-steklo-cement/%D0%BA%D0%B0%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B8%D1%82.jpg?height=159&width=200

 

K2O · Al2O3 · 6SiO2 - ортоклаз (полевой шпат)

 

https://sites.google.com/site/himulacom/_/rsrc/1315460264308/zvonok-na-urok/9-klass---vtoroj-god-obucenia/urok-no42-kremnij-i-ego-soedinenia-steklo-cement/%D0%BE%D1%80%D1%82%D0%BE%D0%BA%D0%BB%D0%B0%D0%B7.jpg?height=150&width=200

 

 

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

 

https://sites.google.com/site/himulacom/_/rsrc/1315460264307/zvonok-na-urok/9-klass---vtoroj-god-obucenia/urok-no42-kremnij-i-ego-soedinenia-steklo-cement/img009.gif

 

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

Na2SiOH2O CONa2COH2SiO3

Качественная реакция на силикаты.

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

В пробирке образовалась белая полутвердая масса – кремниевая кислота (H2SiO3)

https://sites.google.com/site/himulacom/_/rsrc/1315460264307/zvonok-na-urok/9-klass---vtoroj-god-obucenia/urok-no42-kremnij-i-ego-soedinenia-steklo-cement/pril1-1.jpg?height=141&width=400

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

 

https://sites.google.com/site/himulacom/_/rsrc/1315460264307/zvonok-na-urok/9-klass---vtoroj-god-obucenia/urok-no42-kremnij-i-ego-soedinenia-steklo-cement/pril1-11.jpg?height=300&width=400

 

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:

https://sites.google.com/site/himulacom/_/rsrc/1315460264306/zvonok-na-urok/9-klass---vtoroj-god-obucenia/urok-no42-kremnij-i-ego-soedinenia-steklo-cement/34-12.jpg

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

 

https://sites.google.com/site/himulacom/_/rsrc/1315460264308/zvonok-na-urok/9-klass---vtoroj-god-obucenia/urok-no42-kremnij-i-ego-soedinenia-steklo-cement/%D1%84%D0%B0%D1%80%D1%84%D0%BE%D1%80.jpg?height=200&width=143

 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. 

 

https://sites.google.com/site/himulacom/_/rsrc/1315460264308/zvonok-na-urok/9-klass---vtoroj-god-obucenia/urok-no42-kremnij-i-ego-soedinenia-steklo-cement/%D1%84%D0%B0%D1%8F%D0%BD%D1%81.jpg?height=200&width=191

 

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. 

 

https://sites.google.com/site/himulacom/_/rsrc/1315460264305/zvonok-na-urok/9-klass---vtoroj-god-obucenia/urok-no42-kremnij-i-ego-soedinenia-steklo-cement/1-6-7%D0%B0.jpg

 

https://sites.google.com/site/himulacom/_/rsrc/1315460264306/zvonok-na-urok/9-klass---vtoroj-god-obucenia/urok-no42-kremnij-i-ego-soedinenia-steklo-cement/7_him%D0%B1.jpg

 

Основные реакции, протекающие при плавке шихты

1. Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2

2. CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2 

3. Na2SiO3 + CaSiO3 + 4SiO2 = Na2O · CaO · 6SiO2 - формула оконного стекла

При добавлении оксида свинца получают хрусталь.

Стекло.

Сырье: кварцевый песок, известняк.

Варка стекла:

 

Стекло оконное:

Na2O · CaO · 6SiO2,

тугоплавкое:

К2O · CaO · 6SiO2,

хрустальное:

Na2O · PbO · 6SiO2 

 

https://sites.google.com/site/himulacom/_/rsrc/1315460264306/zvonok-na-urok/9-klass---vtoroj-god-obucenia/urok-no42-kremnij-i-ego-soedinenia-steklo-cement/34-13.jpg

 

Цемент

 

https://sites.google.com/site/himulacom/_/rsrc/1315460264305/zvonok-na-urok/9-klass---vtoroj-god-obucenia/urok-no42-kremnij-i-ego-soedinenia-steklo-cement/1-6-7%D0%B1.jpg

 

https://sites.google.com/site/himulacom/_/rsrc/1315460264306/zvonok-na-urok/9-klass---vtoroj-god-obucenia/urok-no42-kremnij-i-ego-soedinenia-steklo-cement/7_him%D0%B0.jpg

 

Цемент – мелко измельчённый клинкер с минеральными добавками.

Клинкер - шарики тёмно-серого цвета получают спеканием глины и известняка в специальных вращающихся печах

 

3. Закрепление изученного материала

Осуществите превращения по схеме:

1) Si  SiO Na2SiO3  H2SiO3 SiO2

2) Si  Mg2Si  SiH SiO2

3) Si  Na2SiO3

 

4. Домашнее задание

П. 30-33, упр. 1, 3-5, 8, 9 на стр. 101.






загрузка...
загрузка...
загрузка...