Разработка урока по химии в 9 классе «Кремний и его соединения»

Разработка урока по химии в 9 классе

Тема: Кремний и его соединения


Тип урока: лекция (включает элементы беседы и лабораторный опыт)

Цели урока:

- дать общую характеристику кремния;

- рассмотреть природные соединения кремния;

- провести сравнительный анализ с соединениями углерода;

- изучить свойства кремния и его соединений: SiH4, SiO2, H2SiO3.


Оборудование: презентация к уроку, 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. Вводная часть (слайды 1,2,3)

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

2. Открытие кремния (слайд 4)

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

- 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.


3. нахождение в природе (слайды 5,6,7,8,9)

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

(слайд 5)

- 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 (слайд 6).

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)


4. Строение и свойства атомов (слайд 10)

(в сравнении с углеродом)

1 ученик у доски: характеристика положения кремния в таблице химических элементов

Д.И. Менделеева, возможные степени окисления, построение электронной формулы атома кремния.

2 ученик: характеристика положения углерода в таблице химических элементов

Д.И. Менделеева, возможные степени окисления, построение электронной формулы атома углерода.

(слайд 11)

3 ученик делает обобщение:

-У кремния электроны расположены на трёх энергетических уровнях, а у углерода – на двух, следовательно, окислительные (неметаллические) свойства у кремния выражены слабее, а восстановительные (металлические) – сильнее.

-- 4e-

Si Si + O2 (CI,C) Si+4

восстановитель

+4e-

Si Si + металл Si -4

окислитель


5. 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.


6. 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: 

1900oC 

SiO2 + 2C 2CO + Si 


SiCi4 + 2Zn = 2ZnCi2 + Si


7. Химические свойства (слайд 14) 


а) кремний - восстановитель

Все реакции протекают при нагревании!

Si + O2 = SiO2 (оксид кремния (IV))

Si0 – 4e- Si+4 восстановитель

O2 + 4e- 2O-2 окислитель


Si + 2Cl2 = SiCl4 (хлорид кремния)

Si + 2S = SiS2 (сульфид кремния)

20000C

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

Si + 2H2O(пар) = SiO2 + H2

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.


8. 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



SiO32- + 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 

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


10. Заключительные выводы (слайд 23)