Кремний и его соединения

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

Оборудование.

Для учителя: учебный фильм “Кремний”; мультимедийный проектор; экран; видеоролик с опытом; сменные девизы; карта Московской области; слова: “красная строка”, “заглавная буква”.

Для учащихся: рабочий лист ученика (Приложение 1); правила составления синквейна; периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева. Группой учащихся подготовлены и оформлены выставки: “Виды стёкол”, “Природные соединения кремния”, “Гжельский народный промысел”.

Тип урока: урок формирования новых знаний в форме самостоятельной работы с широким использованием межпредметных связей.

План:

1. Определение темы урока.
2. Постановка задач и определение цели урока.
3. Сообщение структуры урока.
4. Доклады и сообщения учащихся:

а) происхождение названия кремния и его физические свойства;
б) химические свойства кремния;
в) природные соединения кремния;
г) Гжельский народный художественный промысел;
д) производство стекла.

5. Подведение итогов занятия.
6. Информация о домашнем задании.
7. Рефлексия. Синквейн.

Эпиграф к уроку:

Ход урока

Учитель. Дорогие ребята! Сегодняшний урок потребует от вас знаний как химии, так и географии, русского языка и МХК. Его тему вы сформулируете самостоятельно. Закончите предложения, начиная каждый новый ответ заглавной буквой с красной строки.

Напоминаю, что “красная строка” означает то же самое, что и “новый абзац”. Это название осталось нам от переписчиков тех времён, когда ещё не было книгопечатания. В старинных рукописях текст писали обычными чернилами, а начальные буквы абзацев разукрашивали киноварью (красной краской). Эти буквы, а по ним и все первые строки абзацев стали называть “красными”. Химический состав минерала киноварь HgS - сульфид ртути (II).

Заглавная буква – до появления типографий так называлась первая буква слова.

Итак:

1. Положительно заряженный ион
2. Элемент 5 периода периодической системы химических элементов, щелочной металл
3. Лантаноид, в ядре его атома 63 протона
4. Автор периодического закона
5. Вещества, которые не проводят электрический ток
6. Разновидность атомов элементов с одинаковым зарядом ядра
7. Твердое вещество серого цвета, галоген

Ответы.

1. Катион
2. Рубидий
3. Европий
4. Менделеев
5. Неэлектролиты
6. Изотопы
7. Йод

Выделив только заглавную букву слов - ответов, составьте из этих букв слово.

Это слово – кремний. Запишите тему урока в рабочий лист. А теперь определим цель урока. Демонстрируется фрагмент учебного фильма “ Кремний ”. Звучит цель урока, которая записывается в рабочий лист ученика.

Учитель. Охарактеризуйте строение атома кремния, пользуясь планом характеристики элемента и периодической системой химических элементов Д.И. Менделеева. Идёт самостоятельная работа учащихся, которая через определенный промежуток времени взаимно проверяется.

Происхождение названия кремния представляет первый ученик.

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.

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 ”.

Учитель. А теперь продолжим просмотр видеофрагмента, в котором рассказывается о нахождении кремния в природе. Многочисленные соединения кремния входят в состав большинства горных пород. Это песок морских берегов, рек, бескрайних пустынь, мощные отложения глин, песчаники и сланцы, граниты и гнейсы, горные хребты и земная кора на глубину до 20 км состоят, главным образом, из соединений кремния. Демонстрируется продолжение учебного фильма “Кремний”. Подводится итог: кремний занимает 2 место в земной коре после кислорода.

Далее первый ученик продолжает рассказ о физических свойствах кремния.

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/см^{3 .}

Как и уголь, относится к тугоплавким веществам.

О химических свойствах кремния рассказывает второй ученик.

По химическим свойствам кремний является неметаллом. Поскольку на внешнем энергетическом уровне находится 4 электрона, то для кремния характерна степень окисления как -4, так и +4. Химически кремний мало активен .При комнатной температуре реагирует только с газообразным фтором, при этом образуется летучий тетрафторид кремния :

Si + 2F₂ = SiF₄

При нагревании измельченный кремний реагирует с кислородом с образованием оксида кремния (IV):

Si + O₂ = SiO₂

Кислоты (кроме смеси фтороводородной и азотной) на кремний не действуют. Однако он растворяется в щелочах, образуя силикат и водород.

Демонстрируется ролик “Взаимодействие аморфного кремния со щёлочью”, составляется уравнение реакции:

Si + 2 NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂

Уравнения всех химических реакций учащиеся записывают в рабочий лист, а затем, пользуясь степенью окисления, самостоятельно составляют формулы силана – соединения кремния с водородом, силицида магния, нитрида кремния, карбида кремния (карборунда) – соединения кремния с углеродом.

Учитель. На стенде, подготовленном группой учащихся, представлен материал новейших достижений химии по получению чистейшего кремния, открывающему дорогу в область полупроводниковой техники, микроэлектроники и солнечной энергетики.

Третий ученик представляет материал о наиболее стойком природном соединении кремния - оксиде кремния (IV). Это кремнезем, кварц, прозрачные кристаллы кварца – горный хрусталь, мелкокристаллическая разновидность кварца – яшма, мелкие зерна кварца – песок (все образцы представлены на выставке и демонстрируются). Чрезвычайно распространены в природе также силикаты.

Например:

полевой шпат слюда каолинит

K2O*Al2O3*6SiO2 K2O*3Al2O3*6SiO2*2H2O Al2O3*2SiO2*2H2O

Каолинит является главной составной частью белой глины.

Из искусственных силикатов наибольшее значение имеют керамика, стекло и цемент. Познакомимся с производством некоторых из материалов, выпускаемых силикатной промышленностью, подробнее.

Звучит сообщение четвертого ученика об истории глины и гжельском народном промысле.

Гжель – один из традиционных российских центров производства керамики. Это обширный район, состоящий из 27 деревень, объединенных в “Гжельский куст” , расположенный примерно в 60 километрах от Москвы по железнодорожной линии Москва – Муром – Казань .Сейчас это Раменский район Московской области (показывается на карте Московской области).

Издавна Гжель славилась своими глинами. Великий русский ученый М.В.Ломоносов , по достоинству оценивший гжельские глины, написал о них столь возвышенные слова: “Едва ли есть земля самая чистая и без примешения где на свете, кою химики у нас называют гжельскую, которой нигде не видал я белизною превосходнее”.До середины XVIII века Гжель делала обычную для того времени гончарную посуду, изготавливала кирпич, гончарные трубы , а также примитивные детские игрушки.

Вторая половина XVIII века – полуфаянс, полученный как промежуточный материал в поисках рецепта фарфора, расписанный синей смальтой по серому, толстому, пористому черепку. Роспись на квасниках, кувшинах, тарелках носила графический характер и имела вид раскрашенного контурного рисунка.

Начало XIX века – эпоха фарфора. Фарфор частных заводов Гжели отличался большой яркостью, сочетанием контрастных красок разнообразных форм бытовых предметов.

В 1972 году был создан современный Гжельский стиль продукции с использованием синей кобальтовой краски.

Стройная художественная система приемов гжельского письма закреплялась в индивидуальных почерках, своеобразных манерах исполнителей. Используя в творчестве один и тот же набор живописных элементов, каждый художник создавал свой индивидуальный сюжет росписи: букет или отдельный цветок, животный или растительный мир, изображения людей.

Важная особенность в гжельской росписи сине – белого фарфора – живописное начало. Большое значение придается движению кисти, способной создавать множество тончайших градаций синего цвета: от звучного насыщенного до размытого голубого. В сочетании с белым фоном рисунок создает ажурный узор на поверхности изделия: в центре – яркое, крупное пятно – изображение цветка, а вокруг легкая россыпь веточек с листьями и ягодками, завитков, усиков.

Фарфоровые изделия живописец расписывает оксидом кобальта (II). Учащимся предлагается составить его формулу и записать в рабочий лист.

Произведения гжельских мастеров, представленных на выставке, демонстрируются

учащимся, и они делают вывод: гжельский промысел – это промысел, сохранивший самобытные традиции, создавший свой современный художественный стиль является частью культурного достояния России.

Пятый ученик сообщает о производстве стекла.

Вывешивается сменный 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 Na₂O*CaO*6SiO₂

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):

SiO₂ + Na₂CO₃ = Na₂SiO₃ + CO₂

SiO₂ + CaCO₃ = CaSiO₃ + CO₂

Na₂SiO₃ + CaSiO₃ + 4SiO₂ = Na₂O*CaO*6SiO₂

Для получения специального стекла изменяют состав исходной смеси. Заменяя соду Na₂CO₃ поташом K₂CO₃ , получают тугоплавкое стекло (для химической посуды). Заменяя мел CaCO₃ 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

Учитель. А теперь заключительное задание. Найдите в полученном информационном материале наиболее существенные элементы и кратко их сформулируйте

Вывешивается сменный девиз:

“Едва ли не есть высшее наслаждение, чем наслаждение творить”. Н.В. Гоголь

Учащиеся работают над написанием синквейна.
Рабочие листы сдаются на проверку.