Кремний и его соединения.

Тема урока «Кремний и его соединения».

Цель: изучить свойства кремния и его соединений, совершенствовать знания о строении атомов, о свойствах кислотных оксидов. Задачи:

• образовательные: познакомить с кремнием и его соединениями, как необходимым элементом для жизни растений, животных и человека.
• воспитательные: формировать компетентности в сфере самостоятельной познавательной деятельности.
• 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, формировать коммуникативную компетентность.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Оборудование: Презентация, ПСХЭ Д. И, Менделеева, Таблица растворимости кислот, солей и оснований, инструктивная карта, штатив с пробирками, растворы силиката натрия (клей канцелярский), соляная кислота, вода.

Ход урока.

1. Организационный момент.
2. Мотивация учебной деятельности учащихся, целеполагание.

Представьте себе - встает человек в один прекрасный день рано утром, одевается, надевает очки и что же… у него на носу пустая оправа. Он чувствует холодный ветер, оглядывается. Куда же делись оконные стёкла? Он бросается к зеркалу – одна пустая рама; к буфету – буфет пуст: посуда, чашки, стаканы – всё исчезло бесследно. Тут раздаётся страшный треск и грохот. Рушится потолок, летят, рассыпаясь в пыль, камни… Чудом среди всеобщего разрушения он остаётся жив. Но и это ещё не всё: почти целиком исчезает земная кора, испаряются океаны. Происходит целый переворот в жизни Земли, и вместо привычных живых организмов на планете развиваются другие существа…

- Что это за элемент и почему его исчезновение могло вызвать такие катастрофические изменения?

Чтобы ответить на этот вопрос и сформулировать тему этого урока, вам надо справиться со следующим заданием: Закончите предложения, начиная каждый новый ответ заглавной буквой с красной строки. Выделив только заглавную букву слов - ответов, составьте из этих букв слово

1. Положительно заряженный ион (Катион)
2. Элемент 5 периода периодической системы химических элементов, щелочной металл (Рубидий)
3. Лантаноид, в ядре его атома 63 протона (Европий)
4. Автор периодического закона ( Менделеев)
5. Химические элементы, у которых на последнем энергетическом уровне от 4 до 8 электронов.(Неметаллы)
6. Разновидность атомов элементов с одинаковым зарядом ядра (Изотопы)
7. Твердое вещество серого цвета, галоген (Йод)

- Это элемент – кремний.

Следовательно, тема нашего урока: Кремний и его соединения.

Какую цель вы поставите себе на урок? На доске составляем кластер.

Физические свойства.

Нахождение в природе.

Химические свойства.

Положение в ПС

Применение.

1. Изучение нового материала.

1. Характеристика элемента по его положение в ПСХЭ Д.И.Менделеева. Строение атома.

Ребята, перед вами периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева. Все элементы расположены в периодах и группах. Сейчас я вам предлагаю найти кремний и дать ему характеристику по положению в Периодической системе, а именно, вставить пропущенные слова в тексте (групповая работа).

1. Кремний - элемент __________ группы, __________ подгруппы
2. Заряд ядра атома кремния равен ______
3. В ядре атома кремния __________ протонов.
4. В ядре атома кремния _________ нейтронов.
5. В атоме кремния ________ электронов.
6. Атом кремния имеет _________ энергетических уровня.
7. На внешнем уровне в атоме кремния _________ электронов.
8. Максимальная степень окисления атома кремния в соединениях равна___.
9. Минимальная степень окисления атома кремния в соединениях равна ____.
10. Простое вещество кремний является ____________.
11. Оксид кремния имеет ___________________ характер.

- Какой вывод мы можем сделать о положении кремния в ПС?

Предполагаемые ответы:

Кремний – химический элемент 4 группы главной подгруппы. В ядре кремния 14 электронов, 14 протонов, 14 нейтронов. Все электроны расположены на 3 энергетических уровнях. На внешнем энергетическом уровне находится 4 электрона. Максимальная степень окисления атома в соединениях равна +4. Минимальная степень окисления атома кремния в соединениях равна -4.

1. Нахождение в природе.

- Изучите текст.

Кремний как самостоятельный химический элемент был открыт в 1825 году шведским химиком и минерологом Й. Берцелиусом, а русский химик Г.И. Гесс дал элементу русское название – «кремний».

Кремний в земной коре второй по распространённости элемент после кислорода (29,5% от массы). В живой природе – это один из важнейших микроэлементов. В большинстве организмов содержание кремния очень невелико, но есть и лидеры: диатомовые водоросли, радиолярии, кремниевые губки, мхи, хвощи, папоротники.

Кремний и его соединения играют важную роль в обмене веществ живых организмов. Нехватка соединений кремния тормозит рост и развитие растений. Уже в древнем Египте в качестве удобрения использовали нильский ил, который по нынешним анализам содержит 58-60% двуокиси кремния. Хотя в грунтовых водах незначительное количество кремния и его соединений (20-50 мл/л), но за год растения впитывают его достаточное количество: так с одного гектара зерновые – 105-120 кг; бук – 63 кг; ель – 54 кг; клевер – 20 кг; овощи – 10 кг; картофель – 8 кг.

В организме животных, в том числе и человека, кремний поддерживает обмен веществ. Недостаток кремния и его соединений в организме приводит к истончению стенок кровеносных сосудов, к вымыванию кальция из костной ткани, к заболеваниям кожи и её составляющих. Повышается уровень холестерина и сахара в крови, снижается иммунитет и память. Норма потребления кремния в сутки у взрослого человека составляет 20 - 50 мг.

Чистый кремний стал одним из самых важных полупроводниковых материалов. Он работает в современных радиоприёмниках, фотоэлементах, которые применяются на космических кораблях, луноходах, искусственных спутниках земли. Кварцевый песок используют для выплавки стекла для сложных оптических устройств, для изготовления лабораторной посуды и осветительных приборов. Не будет без оксида кремния и строительных материалов, резцов для металлорежущих станков и т.д.

Вариант 1. Выпишите из основного текста не менее трёх доказательств, определяющих причину разрушений, приведших к глобальной катастрофе.

Вариант 2. Используя текст, ответьте «да» или «нет» на вопросы (поставьте любой знак в соответствующей ячейке).

Ответы:

Вариант 1.

1. Кремний в земной коре второй по распространённости элемент после кислорода (29,5% от массы).

2. Является важнейшим элементом растительного и животного царства.

3. Кварцевый песок используют для выплавки стекла, производства строительных материалов.

Вариант 2.

Вывод: Второй по распространенности элемент в земной коре, в природе находиться в виде оксида кремния.

1. Получение кремния.

- А какими способами можно получить кремний из оксида кремния?

( работа в парах)

Получение кремния в чистом виде - процесс достаточно затратный экономически. Кроме того, в силу его свойств любой способ дает лишь на 90-99 % чистый продукт, в то время как примеси в виде металлов и углерода остаются все равно. Поэтому просто получить вещество недостаточно. Его следует еще и качественно очистить от посторонних элементов.

В целом же производство кремния осуществляется двумя основными путями:

1. Из белого песка, который представляет собой чистый оксид кремния SiO₂. При прокаливании его с активными металлами (чаще всего с магнием) происходит образование свободного элемента в виде аморфной модификации. Чистота такого способа высока, продукт получается с 99,9-процентным выходом.
2. Более широко распространенный способ в промышленных масштабах - это спекание расплава песка с коксом в специализированных термических печах для обжига. Данный способ был разработан русским ученым Бекетовым Н. Н.

Дальнейшая обработка заключается в подвергании продуктов методам очистки. Для этого используются кислоты или галогены (хлор, фтор).

ЗАДАНИЕ: Запишите 2 уравнения реакций, изучив способы получения кремния в промышленности и в лаборатории.

1. Физические свойства. ( рассказ учителя)

Металлический кремний – тугоплавкое вещество (tпл.=1400°С) темно-серого цвета с металлическим блеском, хрупкое, плохо проводит электрический ток.

Аморфный кремний - бурый порошок, не имеющий постоянной температуры.

1. Химические свойства.

- На основе строения атома мы выяснили, что простое вещество кремний способен проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.

ЗАДАНИЕ: С помощью учебника постарайтесь определить, какие уравнения химических реакций отражают окислительные, а какие восстановительные свойства кремния и запишите в таблицу:

1. Соединения кремния.

Кремниевая кислота единственная из неорганических кислот, которую нельзя получить реакцией оксида кремния с водой. Выполните лабораторный опыт по инструктивной карте

Лабораторная работа : «Получение кремниевой кислоты, изучение её свойств»

Цель опыта: получить в лабораторных условиях кремниевую кислоту из силикатов, изучить её физические свойства.

Ход работы:

1. Прилейте к раствору силиката натрия раствор соляной кислоты. Что наблюдаете? Сделайте вывод о физических свойствах кремниевой кислоты. Составьте уравнение химической реакции в молекулярном и ионном виде.
2. Исследуем физические свойства кислоты, добавьте воды в пробирку.

- Кислота в воде нерастворима, раствор выполнить нельзя, что можно сказать тогда о химических свойствах кремниевой кислоты?

Вывод: Если кислота не растворима, то свойства характерные для других кислот для неё не характерны.

1. Закрепление пройденного материала.

Задание. Ознакомьтесь с данными таблицы «Продукты с высоким содержанием кремния»

Ответьте на вопросы (используя, в том числе и текст в начале работы):

1. На сколько % 100 г неочищенного зерна риса удовлетворяет суточную потребность человека в кремнии (при норме потребления человеком 30 мг в сутки)? Произведите расчёты и полученный результат округлите до целого числа.

ОТВЕТ: 4133 %.

1. Известно, что манную крупу производят из очищенных от кожуры зёрен твёрдых сортов пшеницы. Объясните, почему содержание кремния в крупе снижается в 8 раз по сравнению с зёрнами пшеницы?

ОТВЕТ: Основное содержание кремния в кожуре зерна. Перед помолом зерно обдирается (шлифуется).

1. Почему ржаной хлеб по сравнению с пшеничным намного полезнее по поставке кремния в организм человека?

ОТВЕТ: Белый хлеб выпекают из муки высшего сорта, полученной из зёрен пшеницы - содержание кремния 48 мг в 100 г, а в зёрнах ржи количество кремния доходит до 85 мг на 100 грамм массы.

1. Рефлексия.

Выбрать и закончить одно из предложенных утверждений.

1) Мне понравилось …

2) Это я возьму на заметку …

3) Вызывает сомнения …

4) Я думаю, что …

5) Психологическая атмосфера …

5. Домашнее задание.