Ученики на Учителя.com


Конспект урока "Кремний и его соединения. Силикатная промышленность"

Кремний и его соединения. Силикатная промышленность.
Цель: изучить свойства кремния и природных его соединений, совершенствовать знания о
строении атомов
Задачи:
образовательные: обеспечить усвоение знаний о строении кремния, значении кремния
и его соединений и их практическом применении.
воспитательные: воспитывать культуру на примере традиций русского народного
художественного промысла
развивающие: развивать умение анализировать, выделять главное, устанавливать
причинно-следственные связи, исходя из строения и свойств, умение владеть
химической терминологией, чётко формулировать и высказывать мысли, интерес к
предмету, эрудицию.
Ход урока:
1.Оргмомент
2 Проверка домашнего задания
1. Общая характеристика углерода и нахождение его в природе(у)
2. Физические свойства аллотропных видоизменений углерода(п)
3. Химические свойства углерода (п)
4. Характеристика оксида углерода (п)
5. Характеристика угольной кислоты(п)
6. Для класса: цепочка превращений стр. 135 упр. 6
3 Изучение нового материала
Учитель: Сегодня продолжаем изучать не металлы, и кремний является
заключительным уроком по изучению большого раздела неметаллов и их соединений. Как
бы вы сформулировали цели урока? (Формулируют цель сами. Записывают в тетрадь).
А теперь охарактеризуйте кремний по положению в ПСХЭ: положение,
строение атома, С.О. высшая и низшая, характерные соединения – высший оксид и его
характер, гидроксид. (Выполняют самостоятельно, один учащийся комментирует, затем
учащиеся сверяют записи с презентацией). (Слайд 2)
В природе кремний — второй по распространенности после кислорода химический
элемент. Земная кора более чем на четверть состоит из его соединений. Наиболее
распространенным соединением кремния является его диоксид SiO2, другое его название
— кремнезем. В природе он образует минерал кварц (рис. 46) и многие разновидности,
такие, как горный хрусталь и его знаменитая лиловая форма — аметист, а также агат,
опал, яшма, халцедон, сердолик, которые известны как поделочные и полудрагоценные
камни. (Слайд 3-4).
Важнейшее соединение кремния – оксид SiO
2
. Он придает прочность стеблям растений
и защитным покровам животных. Благодаря ему тростники, камыши и хвощи стоят
крепко, как штыки, острые листья осоки режут, как ножи, стерня на скошенном поле
колет, как иголки, а стебли злаков настолько крепки, что не позволяют ниве на полях
ложиться от дождя и ветра. Чешуя рыб, панцири насекомых, крылья бабочек, перья птиц и
шерсть животных прочны, так как содержат кремнезем.
Кремний придает гладкость и прочность костям человека.
Кремний входит и в состав низших живых организмов — диатомовых водорослей и
радиолярий, — нежнейших комочков живой материи, которые создают свои
непревзойденные по красоте скелеты из кремнезема. (Слайд 5).
Из разновидностей минералов на основе диоксида кремния — кремня, халцедона и
других первобытные люди изготовляли орудия труда. Именно кремень, этот невзрачный и
не очень прочный камень, положил начало каменному веку — веку кремневых орудий
труда. Причин этому две: распространенность и доступность кремня, а также его
способность образовывать при сколе острые режущие края. (Слайд 6).
Название этого элемента произошло от латинского “ляпис креманс”,что значит –
камень, дающий огонь. Так назывался твердый камень, дававший при ударе искру и
долгое время служивший человеку вместо спичек для получения огня.
Кремний был открыт в 1811 году Гей – Люссаком и Тенаром, но он был слишком
загрязнён примесями. В 1825 году шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус действием
металлического калия на фторид кремния SiF4 получил чистый элементарный кремний.
Новому элементу было дано название “силиций” ( от лат. silex – кремень ). Русское
название “кремний” введено в 1834 году российским химиком Германом Ивановичем
Гессом. В переводе с греческого kremnos – “утес, гора ”. (Слайд 7).
Кристаллический кремний-это вещество темно-серого цвета со стальным блеском.
Структура кремния аналогична структуре алмаза: кристаллическая решетка кубическая
гранецентрированная, но из-за большей длины связи между атомами Si-Si по сравнению с
длиной связи C-C твердость кремния значительно меньше, чем алмаза. Кремний очень
хрупок, его плотность 2,33 г/см3 .
Как и уголь, относится к тугоплавким веществам. Полупроводник. tплав(Si)=1415 ˚C.
(Слайд 8).
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. (Слайд 9).
В промышленности кремний получают восстановлением кремнезема SiO2 коксом в
электрических печах при 1500-17000С:
SiO
2
+ 2C → Si + 2CO
В лаборатории:
SiO
2
+ 2Mg → Si + 2MgO
3SiO
2
+ 4Al → 3Si + 2Al
2
O
3
Чистый кремний получают:
SiCl
4
+ 2Zn↑ → Si + ZnCl
2
(Слайд 10).
Химические свойства:
а) восстановительные
1) Si + O
2
=SiO
2
2) Si + 2CL
2
= SiCL
4
3) Si + S = SiS
2
4)Si + 2H
2
O (пар) = SiO
2
+ H
2
5)Si + C = SiC (карборунд)
6)Si +2NaOH(конц) + H
2
O = Na
2
SiO
3
+ H
2
7)Si + 4HF = SiF
4
+ 2H
2
б) окислительные
Si + 2Ca = Ca
2
Si (Слайд 11).
Оксид кремния(IV), или диоксид кремния, или кремнезем, как и С02, является
кислотным оксидом. Однако в отличие от С02 имеет не молекулярную, а атомную
кристаллическую решетку. Поэтому SiO2 твердое и тугоплавкое вещество, бесцветное,
(температура плавления 1700°С). У него много модификаций: горный хрусталь, аметист,
раухтопаз, морион и многие другие. (Слайд 12-14).
Он не растворяется в воде и кислотах, кроме, как вы знаете, плавиковой, но
взаимодействует при высоких температурах со щелочами с образованием солей
кремниевой кислоты — силикатов.
1. При сплавлении его с твердыми щелочами, основными оксидами и карбонатами
образуются соли кремниевой кислоты: метасиликаты.
а) SiO
2
+ 2NaOH = H
2
O+ Na
2
SiO
3
б) SiO
2
+ CaO = CaSiO3
в) SiO
2
+ Na
2
CO
3
= Na
2
SiO
3
+ CO
2
↑
2. Реагирует со щелочами в растворе (образует ортосиликаты).
Кип.
SiO
2
(ам.)+ 4NaOH = Na
4
SiO
4
+ 2H
2
O
3. Взаимодействует только с плавиковой кислотой:
SiO
2
+ 4НF = SiF
4
+ 2H
2
O
4. В воде оксид кремния (IV) не растворяется и с ней химически не взаимодействует.
5. Окислительно-восстановительные реакции:
Взаимодействие с металлами
При температуре выше 1000 °С реагирует с активными металлами, при этом образуется
кремний:
SiO
2
+ 2Mg → Si + 2MgO
или при избытке восстановителя – силициды:
SiO
2
+ 4Mg → Mg
2
Si+2MgO.
Взаимодействие с неметаллами
Реагирует с водородом:
SiO
2
+ 2Н
2
→ Si + 2Н2O.
Взаимодействует с углеродом:
SiO
2
+ 3С → SiС + 2СO. (Слайд 15-16).
Кремниевые кислоты:
H
2
SiO
3
— кислота очень слабая, в воде мало растворима. Как и оксид имеет атомную
кристаллическую решетку.
Состав кремниевых кислот представляют в виде формул: nSiO
2
*mH
2
O.
Кислоты с различным числом m легко переходят друг в друга и не могут быть
выделены в чистом виде. (Слайд 17).
Силикатная промышленность – отрасль промышленности, занимающаяся
переработкой природных соединений кремния. Область применения кремния очень
велика. Из него получают оконное, ламповое, зеркальное и другие виды стекла.
Другим важным материалом, на основе соединений кремния, является цемент. Его
получают спеканием известняка и глины в специальных печах. Всем этим занимается
силикатная промышленность, а ещё производством кирпича, фарфора, фаянса.
Кремний применяется в солнечных батареях, фотоэлементах,
Электронике. (Слайд 18).
Один ученик сообщает о производстве стекла.
Вывешивается девиз.
“Пою перед тобой в восторге похвалу, не камням дорогим, ни злату, но стеклу”.
М.В. Ломоносов
Сейчас невозможно точно сказать, кто и когда изобрел стекло. Известно лишь, что
стекло является одним из древнейших изобретений человечества. Так, ожерелье,
найденное на шее мумии египетской царицы Хатшепсут, состоящее из зеленовато –
черных стеклянных бусин, насчитывает 3400 лет. Большими мастерами производства
различных изделий из стекла были римские стеклоделы. Они делали кувшины для воды ,
масла и вина, чаши и кубки, вазы, слезницы – крошечные флакончики для духов. Большой
вклад в развитие художественного стеклоделия в России был внесен Ломоносовым. В
созданной им в 1748 году химической лаборатории было проведено около 4000 опытов по
варке цветного стекла, для которых Ломоносов “не только рецепты сочинял, но и
материалы … своими руками по большей части развешивал и в печь ставил…” На основе
рецептов, разработанных Ломоносовым, стекольный завод в Усть– Рудице в 1753 году
начал изготавливать разноцветное прозрачное стекло для выделки бисера, посуды и
прочих галантерейных изделий и непрозрачное для мозайки. Из такого стекла Ломоносов
выполнил несколько мозаичных картин, среди которых “Полтавская баталия”,
получившая наибольшую известность и сохранившаяся до наших дней.
Состав обычного оконного стекла выражается формулой Na
2
O*CaO*6SiO
2
Cырьём для производства обычного стекла служат кварцевый песок, сода и известняк.
Эти вещества тщательно перемешивают и подвергают сильному нагреванию. Химизм
процесса можно представить так: при сплавлении образуются силикаты натрия и кальция,
которые сплавляются затем с кремнеземом (в избытке):
SiO
2
+ Na
2
CO
3
= Na
2
SiO
3
+ CO
2
SiO
2
+ CaCO
3
= CaSiO
3
+ CO
2
Na
2
SiO
3
+ CaSiO
3
+ 4SiO
2
= Na
2
O*CaO*6SiO
2
Для получения специального стекла изменяют состав исходной смеси. Заменяя соду
Na
2
CO
3
поташом K
2
CO
3
, получают тугоплавкое стекло (для химической посуды). Заменяя
мел CaCO
3
оксидом свинца (II) PbO , а соду поташом, получают хрустальное стекло. Оно
довольно мягкое и плавкое, но весьма тяжёлое, отличается сильным блеском и высоким
коэффициентом светопреломления, разлагая световые лучи на все цвета радуги и вызывая
игру света.
Включение оксида бора вместо щелочных составляющих придаёт этому стеклу
свойства тугоплавкости.
Обычная стеклянная масса после остывания имеет желтовато – зелёный или голубовато
– зелёный оттенок. Стеклу можно придать окраску, если в состав шихты произвести
включение тех или иных оксидов металлов. Железистые соединения окрашивают стекло в
цвета – от голубовато – зелёных и жёлтых до красно – бурых, оксид марганца (IV) – от
жёлтых и коричневых до фиолетовых, оксид хрома (III) в травянисто - зелёный, оксид
кобальта (II) - в синий , оксид никеля (II) – от фиолетового до серо – коричневого,
сульфид натрия – в жёлтый, оксид меди (II) – в красный.
В жизни человека стекло приобрело огромное значение. Оно видно всюду, оно на
каждом шагу – в повседневности нашего быта, в промышленности, в технике, в науке, в
произведениях искусств. Оконное, бутылочное, ламповое, зеркальное, стекло домашней и
лабораторной посуды, стекло оптическое ( от стекол очков до сложных анастигматов
фотокамер), линзы бесконечных оптических приборов – от микроскопов до телескопов.
Трудно перечислить все области применения стекла и невозможно сосчитать различные
предметы, сделанные из него. Этот материал, благодаря уникальным свойствам, радует и,
вероятно, чаруя, всегда будет присутствовать в жизни способного ценить его красоту.
Рефлексия и подведение итогов занятия
Осуществите превращения по схеме:
1) Si → SiO
2
→ Na
2
SiO
3
→ H
2
SiO
3
→SiO
2
2) Si → Mg
2
Si → SiH
4
→ SiO
2
3) Si → Na
2
SiO
3
Домашнее задание: §31, конспект урока выучить, упр.1, 4, 5 после параграфа, ЛСМ –
кремний простое вещество.
Скачать материал

Химия - еще материалы к урокам: