Кремний и его соединения
Опорный конспект № 8.10 Кремний и его соединения.
Проверяемый элемент содержания: ОГЭ 4.2. Физические и химические свойства простых веществ-неметаллов: кремния. ОГЭ 4.5. Физические и химические свойства оксидов неметаллов: кремния (IV). ОГЭ 4.8. Химические свойства кислот: кремниевой.
Вернуться к Списку конспектов
Характеристика элемента кремния
Кремний — второй по распространённости элемент в земной коре (после кислорода). Он входит в состав песка, глины, горных пород. Кремний — основа современной электроники: из него делают полупроводники для компьютеров и телефонов.
📌 Кремний Si — элемент № 14, 3-го периода, IVA группы.
Электронная конфигурация: 1s²2s²2p⁶3s²3p²
На внешнем слое у кремния 4 электрона. Как и у углерода, у него есть вакантные орбитали, поэтому кремний может проявлять степени окисления –4, 0, +2, +4.
⚠️ Основные степени окисления кремния:
- –4 — в силицидах (Mg₂Si, Ca₂Si)
- 0 — в простом веществе (кристаллический кремний)
- +4 — в оксиде кремния(IV) SiO₂, кремниевой кислоте H₂SiO₃, силикатах
Интересный факт: кремний был открыт в 1824 году Й. Берцелиусом. Он получил его, восстанавливая гексафторсиликат калия калием.
Кремний — простое вещество
📌 Кремний образует две аллотропные модификации:
| Свойство | Кристаллический кремний | Аморфный кремний |
| Внешний вид | Тёмно-серые кристаллы с металлическим блеском | Коричневый порошок |
| Структура | Атомная (как у алмаза) | Неупорядоченная |
| Электропроводность | Полупроводник (зависит от температуры) | Меньше, чем у кристаллического |
| Температура плавления | 1412 °С | ~1412 °С |
| Реакционная способность | Менее активен | Более активен |
💡 Кристаллический кремний — основа современной электроники. Из него делают полупроводниковые чипы (процессоры, транзисторы).
Химические свойства кремния
📌 Кремний проявляет окислительно-восстановительную двойственность. При обычных условиях он довольно инертен, химическую активность проявляет при нагревании.
1. Кремний — восстановитель
📌 В реакциях с кислородом, галогенами, щелочами кремний выступает как восстановитель (с.о. Si повышается до +4):
- С кислородом — при нагревании:
Si + O₂ → SiO₂ (при 1200-1300 °С)
- С галогенами — с фтором при комнатной, с хлором при нагревании:
Si + 2F₂ → SiF₄ (газ, дымит на воздухе)
Si + 2Cl₂ → SiCl₄
- С углеродом — при 2000 °С (образуется карборунд):
Si + C → SiC (карбид кремния, абразив)
- Со щелочами — растворяется с выделением H₂:
Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 2H₂↑
⚠️ С водой и кислотами кремний не реагирует (за исключением HF).
2. Кремний — окислитель
📌 В реакциях с металлами кремний выступает как окислитель (с.о. Si понижается до –4):
2Mg + Si → Mg₂Si (силицид магния)
2Ca + Si → Ca₂Si (силицид кальция)
💡 Силициды — соли, образованные анионом Si⁴⁻. При гидролизе выделяют силан SiH₄ (аналог метана, очень ядовит).
Оксид кремния(IV) SiO₂
📌 Физические свойства: твёрдое, тугоплавкое вещество, нерастворимое в воде.
Строение: атомная кристаллическая решётка, каждый атом Si соединён с четырьмя атомами O.
⚠️ Важно: в отличие от CO₂, SiO₂ — немолекулярное вещество с атомной решёткой. Именно поэтому он твёрдый и тугоплавкий.
Природные формы:
- Кварц — горный хрусталь, аметист, яшма, агат
- Песок (SiO₂ с примесями)
- Опал (SiO₂·nH₂O)
Химические свойства SiO₂
📌 1. Кислотный оксид (но не реагирует с водой!).
- Реагирует со щелочами (при сплавлении или в растворе):
SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O (при сплавлении)
SiO₂ + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 2H₂O (в растворе)
- Реагирует с основными оксидами (при сплавлении):
SiO₂ + CaO → CaSiO₃
- Реагирует с карбонатами (вытесняет CO₂):
SiO₂ + Na₂CO₃ → Na₂SiO₃ + CO₂↑
💡 Эта реакция лежит в основе производства стекла.
- Реагирует с HF (единственная кислота, с которой реагирует SiO₂):
SiO₂ + 4HF → SiF₄↑ + 2H₂O
⚠️ Именно поэтому стекло (SiO₂) не используют для хранения плавиковой кислоты (HF).
📌 2. Восстановительные свойства (с активными восстановителями):
SiO₂ + 2Mg → 2MgO + Si
Кремниевая кислота H₂SiO₃
📌 Физические свойства: белое студенистое вещество (гель), нерастворимое в воде.
Строение: полимерное (не выделена в чистом виде, существует в виде геля).
Получение: Na₂SiO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂SiO₃↓
⚠️ Кремниевая кислота — очень слабая кислота (слабее угольной). Поэтому CO₂ вытесняет H₂SiO₃ из силикатов: Na₂SiO₃ + CO₂ + H₂O → Na₂CO₃ + H₂SiO₃↓
Химические свойства
📌 Разложение при нагревании:
H₂SiO₃ → SiO₂ + H₂O
📌 Реагирует со щелочами (проявляет кислотные свойства):
H₂SiO₃ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + 2H₂O
Силикаты — соли кремниевой кислоты
📌 Силикаты — соли кремниевой кислоты, содержат анион SiO₃²⁻ (условно). На самом деле силикаты имеют более сложное строение.
Физические свойства:
- Твёрдые кристаллические вещества
- Растворимы только силикаты Na и K (жидкое стекло)
Химические свойства силикатов
📌 Реакция с кислотами (качественная реакция на силикат-ион):
Na₂SiO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂SiO₃↓
💡 Выпадение геля H₂SiO₃ — качественная реакция на силикаты.
📌 Взаимодействие с CO₂:
Na₂SiO₃ + CO₂ + H₂O → Na₂CO₃ + H₂SiO₃↓
Стекло и его производство
💡 Стекло — один из важнейших материалов на основе SiO₂ и силикатов.
Сырьё для производства стекла:
- Песок (SiO₂) — 60-70%
- Сода (Na₂CO₃) — 15-20%
- Известняк (CaCO₃) — 10-15%
Реакции при варке стекла:
Na₂CO₃ + SiO₂ → Na₂SiO₃ + CO₂↑
CaCO₃ + SiO₂ → CaSiO₃ + CO₂↑
Состав обычного стекла: Na₂O·CaO·6SiO₂ (сложный силикат).
💡 Температура варки стекла — 1500-1700 °С. Примеси оксидов металлов придают стеклу цвет: CoO — синий, Cr₂O₃ — зелёный, Fe₂O₃ — жёлтый.
Применение кремния и его соединений
| Соединение | Применение |
| Кремний (Si) | Полупроводники (транзисторы, процессоры, солнечные батареи), сплавы (силумин) |
| SiO₂ (песок, кварц) | Производство стекла, керамики, строительные материалы, абразивы |
| Силикаты (Na₂SiO₃) | Жидкое стекло (клей, пропитка для тканей) |
| Стекло | Оконное, оптическое, химическое (лабораторная посуда) |
| SiC (карборунд) | Абразивные материалы, огнеупоры |
Практическое задание
📌 Задание 1. Напишите уравнения реакций, подтверждающих свойства кремния:
- Si + O₂ →
- Si + Cl₂ →
- Si + NaOH + H₂O →
- Si + Mg →
📌 Задание 2. Напишите уравнения реакций, подтверждающих свойства SiO₂:
- SiO₂ + NaOH (сплавление) →
- SiO₂ + CaO →
- SiO₂ + Na₂CO₃ →
- SiO₂ + HF →
📌 Задание 3. Как получить кремниевую кислоту? Напишите уравнение реакции.
📌 Задание 4. Качественная реакция на силикат-ион? Напишите уравнение реакции.
⚡️ Проверьте себя:
- Задание 1: 1) Si + O₂ → SiO₂; 2) Si + 2Cl₂ → SiCl₄; 3) Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 2H₂↑; 4) 2Mg + Si → Mg₂Si.
- Задание 2: 1) SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O; 2) SiO₂ + CaO → CaSiO₃; 3) SiO₂ + Na₂CO₃ → Na₂SiO₃ + CO₂↑; 4) SiO₂ + 4HF → SiF₄↑ + 2H₂O.
- Задание 3: Na₂SiO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂SiO₃↓.
- Задание 4: Na₂SiO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂SiO₃↓ (гель кремниевой кислоты).
Памятка
- ✅ Кремний (Si) — элемент IVA группы, полупроводник, атомная кристаллическая решётка.
- ✅ Восстановитель: с O₂ → SiO₂, с Cl₂ → SiCl₄, со щелочами → силикаты + H₂.
- ✅ Окислитель: с металлами → силициды (Mg₂Si, Ca₂Si).
- ✅ SiO₂ — кислотный оксид, атомная решётка, не реагирует с водой.
- ✅ Реагирует с : щелочами (силикаты), основными оксидами, карбонатами (вытесняет CO₂), HF (единственная кислота).
- ✅ H₂SiO₃ — очень слабая кислота, нерастворима, полимер.
- ✅ Силикаты — соли H₂SiO₃, растворимы только Na и K (жидкое стекло).
- ✅ Качественная реакция на силикаты: с кислотой → гель H₂SiO₃.
- ✅ Стекло: Na₂O·CaO·6SiO₂ (SiO₂ + Na₂CO₃ + CaCO₃ при нагревании).
Вы смотрели конспект урока химии по теме «Кремний и его соединения». Выберите дальнейшее действие:
- Перейти к Списку конспектов по химии (по классам)
- Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
- Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии
