Кремний и его соединения

 П о л о ж е н и е в п е р и о д и ч е с к о й с и с т е м е и с т р о е н и е а т о м а . Х и м и ч е с к и й э л е м е н т к р е м н и й 8 ^ р а с п о л о ж е н в III п е р и о д е , г л а в н о й п о д г р у п п е ^ г р у п п ы п е р и о д и ч е с к о й с и с т е м ы . С т р у к т у р а его а т о м а : К р е м н и й + 1 4 ) ) ) 2е 8е 4е А т о м к р е м н и я и м е е т 4 в а л е н т н ы х э л е к т р о н а . О н ч е т ы р е х в а л е н т е н во в с е х с о е д и н е н и я х . Каолинит А120 3-28Ю2-2Н20 Неметаллы и их соединения 114 Кварц 8Ю2 Нахождение в природе. К р е м н и й в с т р е ч а е т с я в п р и ­ р о д е т о л ь к о в в и д е с о е д и н е н и й . Н а п р и м е р : 8 Ю 2 - о к с и д к р е м н и я - к р е м н е з е м , кварц, о с н о в н а я ч а с т ь п е с к а ; А120 3 . 2 8 Ю 2 . 2 Н 20 - каолинит - о с н о в н а я ч а с т ь б е ­ л о й г л и н ы , а ж е л т а я г л и н а , к р о м е т о г о , с о д е р ж и т п р и ­ м е с и о к с и д о в ж е л е з а ; К 20 .А 120 3 . 6 8 Ю 2 - ортоклаз - м и н е р а л , с о с т о я щ и й и з с и л и к а т а к а л и я К 28 Ю 3, а л ю м и н а т а к а л и я К А 1 0 2 и о к с и д а к р е м н и я 8 Ю 2. С о с та в о р т о к л а з а зд е с ь и з о б р а ж е н у с л о в н о к а к с у м м а о к с и д о в : о сн о в н о го (К 2О ), к и с л о т н о г о (8 Ю 2) и а м ф о т е р н о г о (А120 3). Важнейшими соединениями кремния я в л я ю т с я : 8 Ю 2 Н 28 Ю 3 ^ 28 Ю 3, К 28 Ю 3 оксид кремния (IV), кремниевая кислота, силикаты, кислотный оксид, нерастворимая в воде растворимые в воде нерастворимый в воде Оксид кремния ( IV ) - т в е р д о е , п р о з р а ч н о е , т у г о ­ п л а в к о е в е щ е с т в о , н е р а с т в о р и м о е в во д е. В п р и р о д е в с т р е ч а е т с я в в и д е м и н е р а л а к в а р ц а . П о ч т и ч и с т ы м о к с и д о м к р е м н и я (IV ) я в л я е т с я р е ч н о й п е с о к , н а з ы в а е ­ м ы й кварцевым песком. О б ы ч н ы й п е с о к к р о м е 8 Ю 2 с о д е р ж и т п р и м е с и о к с и д о в ж е л е з а , к о т о р ы е п р и д а ю т п е с к у ж е л т о в а т ы й ц в е т . П р о з р а ч н ы е б е с ц в е т н ы е к р и с ­ т а л л ы к в а р ц а н а з ы в а ю т с я горным хрусталем. В о к с и д е к р е м н и я (IV ) к а ж д ы й а т о м к р е м н и я о к р у ­ ж е н а т о м а м и к и с л о р о д а , а а т о м ы к и с л о р о д а - к р е м н и е м . П о э т о м у в е с ь к у с о к к в а р ц а п р е д с т а в л я е т о д н у г и г а н т ­ с к у ю м о л е к у л у , и м е ю щ у ю с л е д у ю щ е е с т р о е н и е : Добавки СГ203 придают стеклу зеленый оттенок - О - 8^ - О - 8^ - О - 8 - О - О О О (8Ю2)п - о - & - о - & - о - & - о - Э то н е о р г а н и ч е с к и й п о л и м е р (8 Ю 2)П. О б ы ч н о п и ш у т у п р о щ е н н у ю ф о р м у л у 8 Ю 2. О к с и д к р е м н и я (IV ) - к и с л о т н ы й о к с и д , он р е а г и ­ р у е т п р и с п л а в л е н и и с о с н о в н ы м и о к с и д а м и , щ е л о ч а м и и н е к о т о р ы м и с о л я м и с о б р а з о в а н и е м с и л и к а т о в : 1° СаО + 8Ю 2 = Са8Ю 3; 1° 2^ О Н + 8Ю2 = ^ 28Ю3 + Н2О .о СаСО3 + 8Ю 2 = Са8Ю 3 + СО2 Т В п о с л е д н е й р е а к ц и и о к с и д к р е м н и я (IV ) в ы т е с н я е т б о ­ л е е л е т у ч и й о к с и д С 0 2 и з с о л и . Неметаллы и их соединения & Кремниевая кислота и ее соли. К р е м н и е в а я к и с л о т а т а к ж е и м е е т п о л и м е р ­ н о е с т р о е н и е : 0 - Н 0 - Н | | и л и ( Щ 8 Ю з)п ...- 0 - 8 ^ - 0 - 8 ^ - 0 - .. и л и п 8 Ю 2 • т Н 20 0 - Н 0 - Н У с л о в н о к р е м н и е в а я к и с л о т а з а п и с ы в а е т с я ф о р м у л о й Н 28 Ю 3. К р е м н и е в а я к и с л о т а - г е л е о б р а з н о е в е щ е с т в о , н е р а с т в о р и м о е в во д е. П о э т о м у ее п о л у ч а ю т р е а к ц и е й о б м е н а к и с л о т с р а с т в о р и м ы м и с и л и к а т а м и : ^ 28 Ю 3 + 2Н С 1 = Н 28 Ю 3! + 2 ^ С 1 ; студенистый осадок 2 Н + + 8 Ю 2- = Н 28 Ю 3! П р и н е б о л ь ш о м н а г р е в а н и и о н а л е г к о р а з л а г а е т с я : 1° Н 28Ю 3 = Н 20 + 8Ю 2 С о л и к р е м н и е в о й к и с л о т ы - силикаты. С и л и к а т ы н а т р и я и к а л и я р а с т в о р и м ы в в о д е, и х н а з ы в а ю т растворимым, и л и жидким стеклом, и п о л у ­ ч а ю т с п л а в л е н и е м щ е л о ч и и л и со д ы с п е с к о м : .0 ^ 2С 0 3 + 8 Ю 2 = ^ 28 Ю 3 + С 0 2Т силикат натрия П р и м е н я ю т с и л и к а т н а т р и я д л я и з г о т о в л е н и я з а м а з о к и ц е м е н т о в , к а н ц е л я р ­ с к о г о к л е я . В се с и л и к а т ы т а к ж е и м е ю т с л о ж н у ю п о л и м е р н у ю с т р у к т у р у . Применение соединений кремния. Г л и н а и п е с о к - д о с т у п н ы е п р и р о д н ы е м а т е р и а л ы , ш и р о к о и с п о л ь з у ю т с я в с т р о и т е л ь с т в е . П р и т е р м и ч е с к о й о б р а б о т к е и з п е с к а и г л и н ы п о л у ч а ю т в а ж н ы е м а т е р и а л ы (с т е к л о , ц е м е н т ), и з г о т а в л и в а ю т к е р а м и ч е с к у ю п о с у д у (рис. 4.39). О бы ч н ое о к о н н о е с т е к л о и м еет со став ^ 20 .С а 0 . 6 8 Ю 2. Е го “ в а р я т ” , с п л а в л я я ( ~ 1 5 0 0 оС) сод у ^ 2С 0 3, и з в е с т н я к СаСО3 и п е с о к 8 Ю 2. П р и это м о б р а зу ю тс я с и л и к а т ы н а т р и я и к а л ь ц и я , с п л а в л е н н ы е с и зб ы т к о м п е с к а . Р а с п л а в л е н н а я м асс а за с т ы в а е т без о б р а зо в а н и я к р и с т а л л о в . П р и н а г р е в а н и и с т е к л о р а з м я г ч а е т с я и ем у м о ж н о п р и д а т ь л ю б у ю ф о р м у . С т ек л о х и м и ч е с к и и н е р т н о , п о это м у и з н его п р о ­ и зв о д я т п о су д у р а з л и ч н о г о в и д а и п р е д н а з н а ч е н и я . С в о й ств а с т е к л а м о ж н о Рис. 4.39. Области применения кремния и оксида кремния 115 116 Н к Неметаллы и их соединения Горизонты • Как разрушаются горы? Даже слабая угольная кислота способна вытеснить из силикатов кремниевую кислоту. В природе происходит “выветривание” минералов с образованием глины и песка - основы всех почв: К2О . А12О3.68Ю2 + СО2 + ортоклаз 2Н20 = К2С 0 3 + А12О3. 25Ю 2.2Н2О + 45Ю2 каолин кремнезем глина песок • Кварцевое стекло было обнаружено при раскопках в древнем Египте и Багдаде. Его возраст около 5000 лет. изменять. Например, при замене СаО на РЬО и ^ 2О на К 2О получается хрусталь К 20 .Р Ь О .6 8 Ю 2. Химическое стекло имеет состав К 2О . С а О . 68Ю 2. М ож но получить цветное стекло. Добавлением оксида кобальта (II) СоО получают синее стекло, оксид хрома (III) Сг2О3 придает стеклу зеленый цвет, мелкораздробленное золото - красный (рубиновое стекло). Кроме обычного стекла (для окон) существует и кварцевое стекло. Его производят, расплавляя кварцевый песок 8 Ю 2. В отличие от оконного стекла, кварцевое пропускает ультрафиолетовые лучи. Керамика (от греч. “керамос” - глина) - это изделия из глины А12О 3.2 8 Ю 2.2 Н 2О. И з белой глины изготавливают фарфоровую и фаянсовую посуду, а из обычной, окрашенной оксидами железа в коричневые тона, - обычную глиняную посуду. Глина с водой при перемеш ивании образует “глиняное тесто”. И з него лепят посуду, затем ее суш ат и, наконец, обжигают при температуре 1000оС. П р и этом испаряется вода, в том числе из состава самой глины. Получается керам ика - прочный материал, в котором атомы алю миния и кремния чередуются с атомами кислорода. Сверху посуду покрывают глазурью - стеклянной массой. Цемент - это смесь безводных силикатов и алюминатов кальция. Цемент получают обжигом мергеля - смеси известняка и глины. П ри смешивании сухого цемента с водой происходит химическое присоединение воды и образуются кристаллические твердые алюмосиликаты. Такой процесс твердения цемента называется “схватыванием”. РАБОТА В ГРУППЕ 1. Напишите уравнения реакций для следующих превращений: 81 ® 8Ю2 ® Nа28Ю3 ® Н28Ю3 ® 8Ю2 2. Сравните способы получения угольной и кремниевой кислот. Как они действуют на индикаторы? Какова сила этих кислот? 3. Вычислите массу соды, известняка и песка, необходимых для получения стекла массой 100 кг. ^ВО П РО СЫ И УПРАЖНЕНИЯ_______________________ 1. Выбери и распредели в две колонки: слева - характеристики оксида кремния (IV), справа - характеристики оксида углерода (IV): а) состоит из отдельных молекул; б) представляет собой огромную полимерную (многомерную) молекулу; в) газ; г) не имеет цвета и запаха; д) твердое вещество; е) растворяется в воде и химически с ней взаимодействует (уравнение реакции); ж) в воде не растворяется; з) кислотный оксид. 2. Напиши уравнения реакций получения стекла из: а) Nа2С0з, СаС03, 5Ю2; б) К2С03, РЬС03, 5Ю2. Назови каждый тип стекла. Неметаллы и их соединения 4 , ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА Р е ш е н и е эксп ер и м е нтал ьны х зад ач по тем е «Н ем еталлы и их соединения» (Вспомните правила работы в лаборатории. Приложения 1 и 2) Приборы и реактивы: ш татив с пробирками, спиртовка, держатель, предметное стекло, нихромовое кольцо, фильтровальная бумага, воронка, стеклянная трубка, реактивы (согласно выбранному варианту): СиО - порош ок; СаСО 3 (мрамор); растворы: НС1 - 1 3,6% ; метилоранж - 0 ,1 % ; А д Ш 3 - 0 ,8 5 % ; ^ С 1 - 1,12% ; ^ О Н - 7 ,4 % ; Си8О 4 - 0 ,8 % ; ^ 2С О 3 - 1,59% ; К 2С О 3 - 2 ,0 7% ; ВаС12 - 1,04% ; ^ 28О 4 - 0 ,7 1 % ; СаС12 - 1,66% ; С а(О Н )2 - 0,17% насыщ.; ГеС13 - 0 ,5 4% . Задача 1. Докажите, что в растворе соляной кислоты есть ионы водорода и хлорид-ионы. Задача 2. Каков состав поваренной соли? Установите его экспериментально. Задача 3. Определите, в какой из трех пробирок содержатся растворы а) соляной кислоты; б) гидроксида натрия; в) хлорида натрия. Задача 4. Получите хлорид меди двумя способами. Задача 5. К а к очистить хлорид натрия от примеси карбоната натрия? Задача 6. Осуществите практически следующие превращения: С а С 0 3 ® СаС12 ® С а (О Н ) 2 ® СаС12 ® АдС1 * Задача 7. Без дополнительных реактивов распознайте, в какой из трех предложенных пробирок находятся растворы а) соляной кислоты; б) хлорида бария; в) карбоната калия. Задача 8. Получите тремя способами хлорид натрия и выделите его из смеси. Задача 9. Получите тремя способами карбонат кальция и выделите его из смеси. Задача 10. И з хлорида железа (III) получите оксид железа (III). Н апиш ите выводы по выполненной работе. О статки хлорида серебра вылейте в специальную посуду. Приведите в порядок рабочее место. Э тап ы работы Определите тип экспериментальной задачи I Составьте план решения I Напишите уравнения реакций I Составьте план проведения опыта I Выполните опыт 118 Неметаллы и их соединения по т е м е Н Е М Е Т А Л Л Ы И И Х С О Е Д И Н Е Н И Я Обведи буквы правильных ответов в заданиях I и II. I. Наиболее сильные неметаллические свойства проявляет: а) хлор; в) сера; б) азот; г) углерод. II. Электроотрицательность элементов в ряду С -Ы -О -Р : а) уменьшается; б) возрастает; в) не изменяется; г) уменьшается, а потом растет. III. Покажи стрелками соответствие неметаллов их агрегатному состоянию: жидкость твердое вещество IV. Составь электронную формулу молекулы НС1 на основе электронных схем атомов. Назови тип химической связи. V. Напиши уравнения реакций получения аммиака в лаборатории и промышленности иустанови физические свойства аммиака, зачеркнув неправильный ответ. жидкость белого цвета приятного малой А м м и а к - э т о --------------, ----------------------, -------------------запаха, ---------------плотности. газ бесцветный неприятного большой VI. Получи тремя способами нитрат меди (II). Напиши уравнения соответствующих реакций. VII. В трех пробирках без этикеток находятся вещества белого цвета: а) хлорид бария; б) сульфат натрия; в) нитрат аммония. Напиши уравнения реакций, с помощ ью которых можно распознать каждое вещество. Составь схему распознавания веществ. VIII. Вычисли объем оксида углерода (IV) (н.у.), который может образоваться из м рамора массой 1 кг (при термическом разложении).