Урок по химии 9 класс Кремний и его соединения

Автор: Кулакова Инесса Евгеньевна

Организация: МБОУ Гимназия им. И.М. Макаренкова с.Ольговка

Населенный пункт: Липецкая область, жд/ст. Плавица

Цель: Развивать и систематизировать знания о строении и свойствах элемента и простого вещества кремния, а также его важнейших соединениях.

Тип урока: урок изучения и первичного закрепления новых знаний.

Формы организации работы детей: групповая (просмотр презентации), индивидуальная (беседа, работа с рабочей тетрадью), проблемное обучение (решение проблемных вопросов).

Техническое оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, презентация «Кремний и его соединения», коллекция «Горные породы и минералы», таблица Д. И. Менделеева, оборудование и реактивы, необходимые для эксперимента.

Лабораторное оборудование и реактивы для эксперимента:

Опыт: «Ка­чественная реакция на силикат-ион»: HCl, Na₂SiO_3, штатив с пробиркам

Ход урока

1.Организационный этап

2.Актуализация знаний

Учитель обращает внимание на стол на котором стоят горные породы, минералы, керамика, фарфор, компьютер. Вопрос к классу: «Что общего между этими предметами? Выясняем с классом, что объединяет вещество или элемент. Разбираем какой элемент. Учитель зачитывает стих:

Сосед углерода привык к работе,

Замену ему нигде не найдете,

Если бы этот пропал элемент,

Где бы мы взяли кирпич и цемент,

Чем бы стеклили окно, и куда

Делись бы кварц, и фарфор, и слюда?

Учащиеся определяют, что это кремний.

Итак, тема урока «Кремний и его соединения», обсуждение целей урока

-изучить положения кремния в ПСХЭ;

-открытие элемента;

-физические свойства;

-получение;

-химические свойства;

-нахождение в природе;

-применение;

-соединения кремния;

Ребята, что вы знаете о кремнии. В виде тезисов записывают в свои тетради.

Например:

-кремний –неметалл

-кремний-твердое вещество;

-оксид кремния-кислотный оксид;

-оксид кремния-песок

-Кремниевая кислота-нерастворима в воде

-кремний содержится во многих минералах

-кремний и его соединения имеют широкое применение

 

3. Изучение нового материала

 Положения кремния в ПСХЭ

1.Химический знак-

2.Порядковый номер-14;

3.Атомная масса-28

4.Кремний находится в 4 группе, главной подгруппе, 3 период

2) Рассмотрим строение атома:

1. число протонов, электронов, нейтронов:

14, 14, 14.

2.Электронная формула:

1s22s22p63s23p2

3) семейство-з-элемент

4) важнейшие степени окисления: -4; 0;+4;

5) характер элемента-неметалл

Работа в группах

Нахождение в природе.  (1 группа)

(Рассказ учащегося. Учитель демонстрирует слайды презентации)

- 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.

Второй тип природных соединений кремния – силикаты. Самые распространённые алюмосиликаты: гранит, различные виды глин, слюды  

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). 

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

Открытие элемента (2группа)

(Рассказ учащегося. Учитель демонстрирует слайды презентации)

-  Уже в глубокой древности люди широко использовали в своём быту соединения кремния. Кремень, именно этот невзрачный и очень прочный камень, положил начало каменному веку – веку кремневых орудий труда.

Причин две:

   - распространенность и доступность кремния;

   - способность образовывать при сколе острые режущие края;

В 1824 году шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус действием металлического калия на фтористый кремний SiF₄ получил чистый элементарный кремний. 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. Русское название «кремний» введено в 1834 году российским химиком Германом Ивановичем Гессом. С греческого языка «кремнос» - утёс, скала.

 

Физические свойства  (3группа)

- 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.). Хотя в истории были отмечены единичные факты нахождения чистого кремния в самородном виде.

Кремний – неметалл, имеет аллотропные модификации.

Кристаллический кремний – серовато-стального цвета с металлическим блеском, твёрдый (7 баллов по шкале Мооса), но хрупкий, малореакционноспособный; полупроводник, (с повышением температуры электропроводность повышается)

Такие свойства обусловлены строением кристаллов, аналогичным структуре алмаза. Атомная кристаллическая решетка.

Физические константы: t пл.= 1415 ⁰С; t кип.= 3500 ⁰С

Аморфный кремний представляет собой бурый порошок.

Получение кремния   (4группа)

- Способы получения кремния основаны в основном на восстановлении оксида кремния (IV) сильными восстановителями – активными металлами (Mg, Al) и углеродом.

 

 Лабораторный способ:     

Свободный кремний можно получить прокаливанием с магнием мелкого белого песка, который представляет собой диоксид кремния:

SiO₂ + 2Mg → 2MgO + Si

     При этом образуется бурый порошок аморфного кремния.

Промышленный способ:

                 1900^oC     

SiO₂ + 2C                2CO + Si

 

     В промышленности кремний технической чистоты получают, восстанавливая расплав SiO₂ коксом при температуре около 1800^оС в руднотермических печах шахтного типа. Чистота полученного таким образом кремния может достигать 99,9% (основные примеси – углерод, металлы). Возможна дальнейшая очистка кремния от примесей.

 

Химические свойства  (5группа)

а) кремний - восстановитель

1. Si + O₂ = SiO₂  (оксид кремния (IV))

             Si⁰  –  4e^-          Si⁺⁴   восстановитель

             O₂ + 4e^-         2O^-2     окислитель

 

2. Si + 2Cl₂ = SiCl₄  (хлорид кремния 4)
3. Si + 2S = SiS₂       (сульфид кремния 4)

                   2000⁰C

4. Si + C                  Si⁺⁴C^-4  (карбид кремния 4 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

Наиболее распространенные соединения кремния-его оксид

SiO₂ - оксид кремния (IV), песок, кварц, кремень – нерастворимое в воде твердое вещество, очень тугоплавкое, t_пл. =1700⁰ С. Атомная кристаллическая решетка.

Кварц – белый – горный хрусталь – поделочный камень;

Молочный, серый, дымчатый – опал, агат, яшма, халцедон

Кремень – имеет очень острые края; в древности изготавливали орудия труда и оружие.

Химические свойства: SiO₂ - кислотный оксид

1. При сплавлении взаимодействует с основными оксидами, щелочами, а также с карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов с образованием солей — силикатов:

SiO₂ + CaO → CaSiO₃

SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O

SiO₂ + CaCO₃ → CaSiO₃ + CO₂­

SiO₂ + K₂CO₃ → K₂SiO₃ + CO₂

2) С водой не реагирует

3) Окислительно — восстановительные реакции

Взаимодействие с металлами

При температуре выше 1000 °С реагирует с активными металлами,
при этом образуется кремний:

SiO₂ + 2Mg → Si + 2MgO

SiO₂ + 2Mg → Si + 2MgO

II. H₂SiO_{3 –} кремниевая кислота.

Оксид кремния – песок, нерастворимый в воде. Следовательно, получить кремниевую кислоту растворением ее соответствующего оксида в воде невозможно. Ставится проблемный вопрос: «Как получить кремниевую кислоту?» H₂SiO₃ — очень слабая (слабее угольной), непрочная, в воде малорастворима (образует коллоидный раствор).

Получение кремниевой кислоты:

Na₂SiO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂SiO₃

При нагревании разлагается:

H₂SiO₃ –^t°→ H₂O + SiO₂

Соли кремниевой кислоты – силикаты. Обычно они нерастворимы в воде, исключения составляют силикаты натрия и калия, их называют «жидким стеклом». Силикаты широко распространены в природе. Свойства силикатов различны в зависимости от их состава и строения, очень часто они имеют красивую окраску, некоторые из них используются в ювелирном деле (гранат, топаз, изумруд).

4.Закрепление нового материала

Лабораторная работа «Ознакомление с природными силикатами»

Цель: рассмотреть и изучить некоторые физические свойства природных разновидностей оксида кремния (IV).

Оборудование: стеклянная пластинка, «шкала твердости»

1 группа: кварц

2 группа: кремнезем

3 группа: полевой шпат

4группа: слюда

5группа: песок

Инструкция 1. Рассмотрите образцы природных силикатов. 2. Отметьте их свойства: цвет, твердость и др. 3. Результаты исследований оформите в виде таблицы.   Название силиката Состав силикатов Свойства (цвет, твердость) Применение

 

Подведение итогов (стихотворение «Кремний»)

«Он с тобой в любое время,

Лишь нагнись, возьми кусок…

На Земле содержит кремний

Камни, глина и песок.

Друг, проверенный веками, -

В нем история сама,

Подружился кремний с нами,

Стал полезным, и весьма.

Чтоб огнем согреть жилище

Среди холода и скал,

Чтобы приготовить пищу,

Кремень искры высекал…

Черепицу и кувшины.

Крынки и горшки для щей…

Люди делают из глины

Много нужных им вещей.

Н.К. Шабалина

 

Рефлексия

• Учитель предлагает учащимся ответить на вопросы.
• Достигли ли мы цели урока?
• Что изучили на сегодняшнем уроке?
• Что понравилось на уроке?
• Оцените свою деятельность на уроке.
• Свойства каких природных соединений кремния изучили?
• Чем отличаются свойства оксида кремния от типичных свойств кислотных оксидов?
• Чем отличаются свойства кремниевой кислоты от типичных свойств кислот?

Домашнее задание:

Опубликовано: 06.12.2022