Кремниевая кислота и силикаты

Автор: Дараган Людмила Владимировна

Организация: ГБОУ ЛНР «ЛМБЛИ»

Населенный пункт: г. Луганск

Цели и задачи:

• ознакомить учащихся с составом и свойствами кремниевой кислоты и силикатов, выяснить сферы их применения;
• охарактеризовать возможности использования этих материалов;
• закрепить знания о физических и химических свойствах неорганических веществ.

 

Тип урока:

• изучение нового материала.

 

Оборудование:

• Мультимедийная доска, проектор, Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева.

 

Методы и приемы:

• Фронтальный опрос, информационно - рецептивный, рассказ учителя, составление опорного конспекта.

 

 

План урока:

 

I.Организационный момент.

II.Мотивация познавательной деятельности (объявление темы урока, целеполагание).

III.Актуализация опорных знаний и умений.

IV.Изучение нового материала.

V.Закрепление полученных знаний.

VI.Итог урока.

VII.Домашнее задание.

 

Ход урока:

 

I.Организационный момент.

 

Учитель:

-Добрый день, дорогие ребята! На прошлом уроке мы с вами продолжили изучение неорганических кислот и подробно изучили строение, физические и химические свойства, а так же область применения угольной кислоты и карбонатов. А наш сегодняшний урок мы посвятим изучению не менее интересного с химической, биологической, производственной, медицинской и бытовой точки зрения химического элемента – кремния. Мы познакомимся с веществами, которые он образует и, среди них, будет кремниевая кислота и ее соли – силикаты.

 

II.Мотивация познавательной деятельности.

 

Учитель:

- Люди с древнейших времен познавали природу. Эти знания накапливались, и становились теоретическими а , входе экспериментов – практическими. Человечество черпало прототипы простых и сложных механизмов из окружающего их естественного мира – мира растений и животных. И сейчас уже ни для кого не секрет, что принцип работы вертолета, его форма и динамика движения был заимствован учеными у виртуозного летчика – стрекозы! А первые летательные аппараты имели крылья, которые делали взмахи, под управлением человека, и могли парить, как это делают крупные хищные птицы - грифы и альбатросы!

 

 

 

Проблемный вопрос:

 

- Как вы считаете, кто в живой природе мог вдохновить ученых на создание очков, лупы, бинокля и других приборов, многократно усиливающих зрение, основой которых стало стекло?

 

 

III.Актуализация опорных знаний и умений.

 

Учитель:

-Но, прежде чем мы приступим к изучению нового материала, давайте вспомним основные понятия прошлого урока.

Какой основной способ получения угольной кислоты вы знаете?

 

Ученик:

- Углекислый газ CO2 растворяется в воде. При растворении происходит его частичное взаимодействие с водой с образованием угольной кислоты.

CO2 + H2O ↔ H2CO3

Эта кислота крайне неустойчива, она образуется на поверхности воды и существует в виде раствора всего 30-50 секунд, поэтому реакция обратима.

 

Учитель:

 

-Хорошо. Следующий вопрос: каким способом можно доказать, что раствор оксида углерода (IV) – кислота?

 

Ученик:

- Первый способ: необходимо пропустить сквозь воду с метилоранжем – появится красное окрашивание. Второй способ: пропустить сквозь известковую воду – раствор станет мутным.

 

Учитель:

-Молодцы!

 

IV.Изучение нового материала.

 

-А теперь мы приступим к изучению темы сегодняшнего урока, который посвящен кремниевой кислоте кислоте и силикатам. Вашим заданием будет самостоятельно составить конспект нашего сегодняшнего урока.

-Как вы уже знаете, кремний расположен в IV группе главной подгруппы –подгруппы углерода. Таким образом, становится понятно, что он обладает сходными с Карбоном свойствами. Но, он обладает и множеством своих особенных свойств, которые делают его непохожими ни на один другой химический элемент. Кремний был открыт в 1824 г. Йёнсом Якобом Берцелиусом. Его портрет вы можете увидеть на слайде.

Учитель:

-Название этого химического элемента происходит от латинского «silex» ,что в переводе означает кремень. Основные валентные возможности и порядок заполнения орбиталей в атоме кремния следующие:

на первом энергетическом уровне расположено 2 электрона, на втором – 8,на третьем – 4.

-Так же как сера, фосфор и кислород, кремний способен образовывать аллотропные модификации- кристаллический и аморфный. Кристаллический кремний представляет собой тугоплавкое вещество (t плав.= 1400°С), темно – серого цвета с металлическим блеском, хрупкое, плохо проводит электрический ток, неметалл. Аморфный кремний – бурый порошок, не имеющий постоянной температуры плавления.

-Как мы уже отмечали, кремний относиться к подгруппе углерода . О чем говорит этот факт? Каким образом строение его атома зависит от положения в Периодической системе?

 

Ученик:

- Количество электронов на последнем энергетическом уровне совпадает с номером группы, в которой стоит данный химический элемент. Так же номер группы показывает высшую валентность данного элемента.

 

Учитель:

 

-Верно! Молодец! А в связи с тем, что кремний стоит в подгруппе углерода, он имеет схожие с ним свойства. Одно из них – способность атома переходить в возбужденное состояние – состояние избытка энергии. При этом происходит выравнивание электронной плотности.

 

-Из курса 8 класса вы знаете, какова биологическая роль углерода на нашей планете - он относится к элементам-органогенам. Карбон обладает свойствами, которым нет равных в природе - он способен образовывать огромнейшее количество органических соединений. Он содержится во всех без исключения органических веществах, поэтому органическую химию еще называют химией соединений углерода. А какова же биологическая роль кремния? Ведь он относится к той же группе, что и углерод! Он входит в состав опорных образований у растений и скелетных — у животных. До наших дней на нашей планете не сохранились формы кремниевой жизни, которые раньше, миллионы лет назад, были на ней в большинстве. Сегодня известны лишь одноклеточные диатомовые водоросли, которые используют чистый кремний для формирования защитных панцирей.

Большие количества кремния концентрируют хвощи и злаки, в первую очередь — подсемейства Бамбуков и Рисовидных, в том числе — рис посевной.

Кремний способен образовывать разнообразные соединения в природе.

Среди них: кремнезем SiO2, ортоклаз K2O∙Al2O3∙6SiO2, альбит Na2O∙Al2O3∙6SiO2, анортит CaO∙Al2O3∙2SiO2

тальк MgO∙4SiO2∙H2O, лунный грунт – до 40% SiO2

каменные метеориты – до 20% SiO2

-А теперь давайте приступим к изучению одного из соединений кремния - кремниевой кислоты. Это очень слабое соединение, не растворимое в воде. Данную кислоту получают действием сильных кислот на ее соли, т.к. оксид кремния (IV) не растворим, на пример:

Na2SiO3 + 2 HCl = 2 NaCl + H2SiO3

K2SiO3 + 2 HBr = 2 KBr +H2SiO3

В результате реакции кислота образует коллоидный раствор.

-В связи со слабостью, эта кислота не вступает в химические реакции, основным ее свойством является способность к разложению уже при комнатной температуре:

 

H2SiO3 = SiO2 + H2O

 

-Но , как мы уже отмечали, кремний способен образовывать разнообразные вещества, поэтому, помимо кремниевой кислоты, есть еще масса его соединений, на пример – силикаты. SiO2 – оксид кремния (IV), или кремнезем.

Данное соединение находится в природе в чистом виде (чистый песок, горный хрусталь) или в составе минералов и горных пород, кварц, самый чистый и прозрачный - горный хрусталь, мелкий – песок, а также: глины, полевые шпаты (разновидности минералов, куда входит не только оксид кремния, но и другие оксиды),слюда, асбест, тальк, драгоценные камни- топаз, аквамарин.

 

Учитель:

-Соединения кремния играют важную роль в народном хозяйстве. Кремнезем и природные силикаты служат основным материалом в производстве стекла, керамических изделий ,фарфора и фаянса а так же строительных материалов. Все эти производства составляют большую отрасль народного хозяйства нашей страны - силикатную промышленность. Стекло – это один из самых древних и, благодаря разнообразию своих свойств — универсальный в практике человека материал. Физико -химически — неорганическое вещество, твёрдое тело; структурно — аморфно, изотропно; агрегатно все виды стёкол — чрезвычайно вязкая переохлаждённая жидкость, достигающая стеклообразного состояния в процессе остывания со скоростью, достаточной для предотвращения кристаллизации расплавов, получаемых в заданных температурных пределах (от 300 до 2500 ºС), которые обусловлены оксидным, фторидным или фосфатным происхождением их составов.

 

-История развития стекольной промышленности уходит далеко в глубь истории всего человечества. До сих пор не установлено достоверно, как и где впервые было получено стекло. Долгое время первенство в открытии стеклоделия признавалось за Египтом, несомненным свидетельством чему считались глазурованные стеклом фаянсовые плитки внутренних облицовок пирамиды Джессера (середина III тысячелетия до н. э.); к ещё более раннему периоду (первой династии фараонов) относятся находки фаянсовых украшений , то есть стекло существовало в Египте уже 5 тысяч лет назад.

Египетские стеклоделы плавили стекло на открытых очагах в глиняных мисках. Спёкшиеся куски бросали раскалёнными в воду, где они растрескивались, и эти обломки, так называемые фритты, растирались в пыль жерновами и снова плавились

-Затем люди научились получать цветное стекло и в средние века очень популярными стали витражные стекла. Цветное стекло широко используют для изготовления витража. Слово витраж происходит от французского слова – vitre – оконное стекло.
Витраж – это декоративная орнаментальная композиция, изготовленная из кусков разноцветного стекла, заполняющая оконный проем.
Витраж использовался для архитектурного оформления готических храмов, а в современное время для оформления зданий общественного назначения. Ими украшали храмы и королевские дворцы.

-Основными компонентами для получения стекла являются кварцевый песок, известняк, сода. Они спекаются при высокой температуре и получается однородная масса.

- В зависимости от основного используемого стеклообразующего вещества, стекла бывают оксидными фторидными, сульфидными и т. д. Базовый метод получения силикатного стекла заключается в плавлении смеси кварцевого песка (SiO2), соды (Na2CO3) и извести (CaO). В результате получается химический комплекс с составом Na2O*CaO*6SiO2.

Кварцевое стекло получают плавлением кремнезёмистого сырья высокой чистоты (обычно кварцит, горный хрусталь), его химическая формула — SiO2. Кварцевое стекло может быть также природного происхождения, образующееся при попадании молнии в залежи кварцевого песка.

Оптическое стекло — применяют для изготовления линз, призм, кювет и др.

- Стекло пока незаменимо для изготовления большого количества химической посуды, которая должна выдерживать колебания высоких температур. Поэтому ее изготавливают из кварцевого стекла, полученного из чистого кварцевого песка или горного хрусталя.

Его так же используют в оптических приборах.

-А так же оно широко используется для получения «безопасного» стекла.«Безопасное стекло» - это непробиваемое стекло, которое готовится двумя способами. Триплекс – безопасное стекло, которое состоит из пакета, образованного из двух или более листов обыкновенного стекла, между которыми проложена прозрачная пластичная пленка, соединенная со стеклом склеивающим составом. Если происходит удар, осколки удерживаются на прокладке. Также внутрь стекла может вводиться металлическая сетка, которая удерживает осколки.

-Так же стекло используют для получения других , не менее важных, продуктов: при нагревании стекло размягчается и легко вытягивается в тонкие и длинные нити, что позволяет использовать их для получения стекловаты, стеклонитей и стеклотканей. Стекловата обладает тепло- и изоляционными свойствами.
Ткани на основе стекловолокна обладают высокой химической стойкостью и огнестойкостью, поэтому применяются для изготовления одежды пожарных, электросварщиков, для пошива театральных занавесей, драпировок, ковров и т.д.

-Стекло является незаменимым продуктом для технической промышленности. В наше время существуют различные новейшие виды стекла: лазерные, фотохромные, полупроводниковые, магнитоактивные .
Эти виды технического стекла широко используют в разных областях промышленности.
Для их получения вводятся разнообразные неметаллы и металлы, а также оксиды металлов, которые и придают стеклу нужные свойства.

Из расплавленной стеклянной массы можно изготовить изделие любой причудливой формы, это радует глаз и создает атмосферу красоты!

 

V.Закрепление полученных знаний.

 

Учитель:

- А сейчас дайте, пожалуйста, ответ на мои вопросы! Какова биологическая роль кремния и силикатов?

В каких отраслях человеческой деятельности используется стекло?

 

Ученик:

 

- Кремний входит в состав опорных образований у растений и скелетных — у животных.

Большие количества кремний концентрируют в себе рис.

Он способен образовывать разнообразные соединения в природе : кремнезем , ортоклаз, альбит , анортит,

тальк, лунный грунт ,горный хрусталь, песок, разнообразные глины, полевые шпаты ,слюда, асбест, тальк, драгоценные камни- топаз, аквамарин, входит в состав горных пород и метеоритов.

 

Ученик:

 

- Продукция силикатной промышленности используется человеком в быту, в химической, косметической и ювелирной промышленности, а так же оно незаменимо в строительстве, в текстильной и технической промышленности, при изготовлении оптических приборов и спец. одежды.

 

 

Учитель:

- Молодцы! Абсолютно верно!

Еще один вопрос. Всем известно, что при заболеваниях, для скорейшего восстановления сил, нам прописывают к приему таблетки глюконата кальция. А в Китае человеку после длительной болезни для скорейшего восстановления сил прописывают кушать блюда из побегов папоротника и хвоща. Как вы думаете, с чем связаны подобные назначения?

Ученик:

- Я думаю, что из – за высокой концентрации кремния в побегах папоротника и хвоща его биологическая усвояемость гораздо выше, чем у глюконата кальция. И биодоступность кремния в растительной форме гораздо выше, чем у продукта фармацевтической промышленности, коим является глюконат кальция. И еще один момент. Так как кремний в ПСХЭ Д.И. Менделеева находится в той же группе, что и углерод, он по своим свойствам гораздо ближе к белковым структурам нашего организма, состоящим из углерода, чем кальций, являющийся щелочноземельным металлом.

Учитель:

- Ты прав. Хочу добавить к твоим рассуждениям еще один момент. Металлы, попадая в организм человека, способны склеротизировать стенки сосудов и жизненно важных органов, а кремний и его соединения – нет.

 

 

VI.Итог урока.

 

-Итак, ребята, на сегодняшнем уроке мы с вами познакомились с положением кремния в ПСХЭ Д.И. Менделеева, узнали, какие модификации способен образовывать кремний, в каких валентных состояниях он способен находиться, поговорили о биологической роли кремния и о распространении его в природе, узнали, какими химическими свойствами обладает кремниевая кислота и каким образом ее возможно получить, узнали, что такое силикаты и какими свойствами они обладают, а так же увидели разнообразие стекол, способов их получения и областей их применения.

А сейчас мне хотелось бы услышать ваш ответ на проблемный вопрос, поставленный мной в начале нашего урока: как вы считаете, кто в живой природе мог вдохновить ученых на создание очков, лупы, бинокля и других увеличительных приборов, основой которых стало стекло?

 

Ученик:

 

- Очки, бинокль, лупа – это разновидности линз. Линзой называют прозрачное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями, либо одной сферической и одной плоской поверхностями. Как известно, в оптической системе глаза есть хрусталик— прозрачное тело, расположенное внутри глазного яблока напротив зрачка. Именно он является биологической линзой и составляет важную часть светопреломляющего аппарата глаза человека и животных. Стекло было идеальным материалом для изготовления выпуклых и вогнутых линз, которые дают возможность человеку в определенных условиях улучшить свое зрение в сотни раз, а так же корректировать зрение больных.

 

Учитель:

 

-Да, ты абсолютно прав! С древности люди отмечали возможности зрения животных и птиц и, конечно же, они стремились к улучшению своего зрения. Поэтому, со временем ,люди создали оптические приборы на основе стекла.

 

VII.Домашнее задание.

 

-Запишите, пожалуйста, домашнее задание:

выучить конспект, решить задачу:

В процессе нагревания смеси кальций карбоната и магний карбоната массой 18,4 г. образовалось 4,48 л. СО2 (н.у.).Вычислить содержание каждого карбоната в смеси.

(Ответ:10,17 г.,8,23 г.)

 

-А следующее задание будет творческим. Подготовьте, пожалуйста, сообщения на выбор о строительных материалах на следующие темы:

1.Керамика,ее виды. Применение керамических изделий.

2.Цемент и бетон в современном строительстве.

 

 

- Благодарю за внимание! До свидания.

 

 

 

 

1. file1.ppt (2,8 МБ)

Опубликовано: 11.11.2025