Характеристика кремния по его положению в Периодической системе

Рабочая ТЕТРАДЬ ПО  УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

ОП.04 ХИмия кремния

 

специальность

18.02.05 Производство тугоплавких неметаллических и силикатных материалов и изделий

Форма обучения – очная

Срок обучения 3 года 10 месяцев

Уровень подготовки: базовый

 

                                  Выполнил:

Обучающийся ГБПОУ СО «СМТ»

                                      Группы Т-22

                                              Кальсин Валерий

 

2015

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ	3
1 Кремний	4
2 Бинарные соединения кремния	6
3 Кремнийорганические соединения	13
4 Кислородные соединения кремния	15
5 Формы полиморфных разновидностей кремнезёма	18
6 Аморфные разновидности кремнезёма	21
7 Водные разновидности кремнезёма	23
8 Силикаты щелочных металлов	27
9 Силикаты щелочно-земельных металлов	30
10 Силикаты алюминия	34
11 Слюды	36
12 Химические процессы в силикатных производствах	43
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

2

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Рабочая тетрадь представляет собой дидактическое пособие по предмету «Химия кремния» для студентов специальности 240305 – «Производство тугоплавких неметаллических и силикатных материалов и изделий». Это сборник вопросов и упражнений, сгруппированных по 12 темам, в соответствии с действующей рабочей программой дисциплины.

Рабочая тетрадь предназначена для самостоятельной работы учащихся на уроках и дома. Пособие ориентировано на лучшее усвоение и закрепление учебного материала.

Выполнение заданий способствует восприятию материала учебника, помогает акцентировать внимание на ключевых вопросах.

Обращается внимание на знание формулировок, различных классификационных признаков, химических свойств веществ. Проверяются умения логически мыслить, анализировать. Предложены расчетные задачи и проблемные вопросы, имеются задания в форме таблиц, используются подсказки, с чего начать решение, в конце предложен обобщающий кроссворд. В результате формируются навыки, необходимые для сдачи экзамена по  предмету «Химия кремния», который вынесен на первый этап ИГА. Пособие будет полезно учителю в организации учебного процесса и учащимся для успешного изучения предмета.

3

Тема 1 КРЕМНИЙ

1. Заполните пропуски в тексте словами, числами.

Характеристика кремния по его положению в Периодической системе

Д.И. Менделеева

Положение элемента в Периодической системе.

Кремний (порядковый номер 14) – это элемент 3 периода, главной

Подгруппы 4 группы Периодической системы.

Строение атома, его свойства.

Число протонов в атоме кремния –(равно 14), число электронов - 14 (равно числу), число нейтронов - 14  (вычисляют по формуле - (масса – кол-во протонов))

Простое вещество.

Кремний – это Амфотерное в-во, т.к. не является ни металлом, ни неметаллом.

Он имеет атомнуюкристаллическую решетку и ковалентную химическую связь, образование которой можно изобразить схемой:

 

2. Указать какая связь более прочная.

 

a) Si – Si                                                         б) С – С

 

Ответ: А

 

4

3. Выбрать кристаллическую решетку характерную для кремния (подчеркнуть).

      

        атомная                            ионная                    металлическая

 

4. Составьте уравнения реакций получения кремния:

а) в промышленности                                                 б) в лаборатории

а) SiO2+2C=2CO+Si-ОВР

б)SiO2+2Mg=2MgO+Si-ОВР

 

5. Составьте схему получения кремния высокой чистоты:

SiCl4 + 2Zn = Si + 4ZnCl

6. Допишите уравнения реакций. Расставьте коэффициенты.

Укажите условия протекания реакций.

а) Si + 2F₂  → SiF4

б) Si + O₂  → Si02

в) Si + 2 Cl₂ → SiCl₄

г) Si + N₂ →Si3N4

д) 2 Si + 4KOH + 2 H₂O → 2K₂SIO₃ + 4 H₂

е) Si + 4 HF → SiF₄ + 2 H₂

ж) Si + AgF → SiF4 + 4Ag

 

7. Найдите фразы, в которых говорится об областях применения кремния. Из

букв, соответствующих правильным ответам, вы составите название АГАТ

полудрагоценного камня .

а) получение технического водорода…………………………………………….. А

б) получение этилового спирта…………………………………………………....И

в) синтез красителей и смол……………………………………………………… Н

г) изготовление полупроводниковых приборов…………………………………. Г

д) повышение прочности, упругости и коррозионной стойкости стали……….. А

е) дезинфицирующее средство…………………………………………………….Р

ж) «раскисление» железных сплавов……………………………………………... Т

5

Силициды

1. Запишите определение.

Силициды – это соединение кремния с менее элетроотрицательными элементами

2. Подчеркните металлы, с которыми химически взаимодействует кремний, образуя силициды.

Al Pb Mg Au Ca      Fe      Ag Cu Mn

 

3. Запишите уравнения реакций, отображающие образование силицидов в реакциях следующего типа:

а) прямые реакции с металлами

Ме + Si = MeSi

б) реакции с гидридами металлов

2MeH + Si = 2MeSi + H2

в) реакции восстановления

2MeO + 3Si = 2MeSi + SiO2

г) обменные реакции

MeO + SiC = MeSi + CO

В реакциях используйте условное обозначение металлов – Ме.

 

4. Допишите уравнения реакций получения силицидов. Расставьте недостающие коэффициенты. Укажите условия протекания реакций.

 

а) 4Mg + 2 SiO₂    → 2MgO + Si

б) 10CaO + 5Si → 10Ca + 5SiO2

 

в) Fe₃O₄ + SiO₂ + 10C + CaCO₃ → + 10CO +

 

6

5. Отметьте в таблице области применения указанных в ней силицидов. Из букв, соответствующих правильным ответам вы составите название активного металла, силицид которого бурно реагирует с водой .

Применение	Mg2Si	CaSi2	MoSi2	FeSi	Zr2Si
Изготавливают стержни для электронагревательных приборов	К	А	Л	Г	Д
Входит в состав дюралюмина	И	С	О	М	Ж
В качестве восстановителя для раскисления стали и удаления из неё серы и фосфора	В	Т	Е	У	З
Как раскислитель металла при выплавке стали, а также для получения кислотоупорных изделий	Я	Х	Ф	И	Н
Как огнеупор	Ц	Б	Э	П	Й

 

6. Известны, по крайней мере, три силицида кальция состава: CaSi, Ca₂Si и CaSi₂ . Какова формула силицида кальция, если при его образовании в реакцию вступает 28 г кремния и 80 г кальция?

Ca2Si

7. Решить задачу.

Какая масса силицида магния Mg₂Si получится при взаимодействии 60 г. кремния, содержащего 5% примесей, с магнием?

 

2Mg + Si = Mg2Si

 

m(Si) = 60 * 0.95=57 г
n(Si) = 57\28 = 2 моль(приблизительно) = n(Mg2Si)

m(Mg2Si) = 2 * 76= 152 г

 

7

Карбид кремния

1. Дайте название соединению состава SiС.

………………………………………                             ..……………………………

 

2. Запишите реакцию получения карборунда в промышленных условиях.

……………………………………………………………………………………………

Дайте характеристику реакции:

1) по числу и составу исходных веществ и продуктов реакции -……………………

2) по изменению степени окисления - ………………………………………………..

3) по обратимости - ……………………………………………………………………..

4) по тепловому эффекту - …………………………………………………..................

 

3. Составьте уравнения практически осуществимых реакций. Расставьте коэффициенты, укажите условия протекания реакций.

а) SiC + O₂   →……………………………………………………………………...

б) SiC + H₂SO₄ →………………………………………………………………….

в) SiC + Cl₂    →……………………………………………………………………..

г) SiC + Fe →……………………………………………………………………..

д) SiC + MgО →……………………………………………………………………

е) SiC + KOH + O₂  →…………………………………………………………...

 

4. Заполните пропуски, чтобы получилась последовательность:

свойство карборунда - область применения.

а) твердость - …………………………………………………………………………..

б) …………………………………………..- изготовляют элементы сопротивления в электропечах

в) огнеупорность - ………………………………………………………………………

 

5. Решить задачу.

8

Сколько песка с массовой долей SiO₂ 95% и угля с массовой долей углерода 98% необходимо взять для получения карборунда SiC массой 10 кг?

.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Силаны

1. Напишите общую формулу гомологического ряда силанов………………………

Пользуясь этой формулой, запишите формулы дисилана, тетрасилана, пентасилана, гексасилана.

…………………………………………………………………………………………….

 

2. Объясните, почему силаны более химически активны по сравнению с соответствующими углеводородами.

…………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………….

 

3. Подчеркните формулы веществ, взаимодействующих с силанами. Сумма номеров формул, соответствующих правильным ответам, равна порядковому номеру () одного из самых распространенных в земной коре элемента .

1             2              3              4                   5                  6                   7

               O₂          H₂          H₂O    Cl₂         Na₂CO₃     NaOH   MgO    

Составьте уравнения реакций веществ, формулы которых вы подчеркнули с моносиланом.

……………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………

9

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

 

4. Составьте уравнения реакций по схеме: Si → Mg₂Si → SiH₄

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………....

 

5. Решить задачу.

Сколько граммов силицида магния требуется для получения газа силана объемом 5,6 л (н.у.) и какой объем серной кислоты (пл. 1,3) с массовой долей Н₂SO₄ 40% при этом израсходуется?

..............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Галогениды кремния

1. Запишите определение.

Галогенсиланы – это ………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………….............

2. Подчеркните галогенопроизводные силанов с полным замещением одной чертой, с неполным замещением двумя чертами.

SiF₄  SiH₂Cl₂ Si₃Cl₈           SiHBr₃         Si₂Cl₆      SiClBr₃ SiHJ₃

 

3. Запишите формулы.

а) трийодсилан…………………………………………………………………………..

б) тетрабромсилан……………………………………………………………………….

в) октахлортрисилан…………………………………………………………………….

10

г) дихлорсилан…………………………………………………………………………..

 

4. Составьте уравнения реакций по схеме: Si → Mg₂Si → SiH₄ → SiCl₄ . Расставьте коэффициенты, укажите условия протекания реакций.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………....

 

5. Дополните схему названиями веществ.

Галогенсиланы

                       /                                  ↓                                \

                  газы                        жидкости               твердые вещества

        ………………..               ……………….         …………………….

       ………………...            ……………….         …………………….

 

6. Допишите уравнения реакций получения галогенсиланов. Расставьте недостающие коэффициенты. Укажите условия протекания реакций.

а) SiO₂    + HF → ……………………………………………………………………..                

б) 2CaF₂ + H₂SO₄  + SiO₂ → 2CaSO₄  + ………………………………………….                   

в) SiO₂ + 2C + Br₂    →…………………………………………………………...

г) Si + J₂  →………………………………………………………………………….

Тема 10 СИЛИКАТЫ АЛЮМИНИЯ

 

1. В предложенных рядах исключи (вычеркни) лишний минерал, который не образует с остальными однородную группу. Объясни свой выбор.

а) силлиманит, дистен, муллит, андалузит

б) андалузит, муллит, дистен, ларнит

в) монтмориллонит, каолинит, галлуазит

г) силлиманит, андалузит, каолинит, дистен, муллит

 

2.  Определи, о каких минералах – силикатах алюминия идет речь:

а) Кристаллы столбчатые, призматические; чаще всего окрашен в тусклые красноватые и зеленовато-серые тона со стеклянным блеском - ……………………

б) Образует игольчатые кристаллы, стебельчатые и волокнистые агрегаты. Цвет серый, серовато-белый, светло-бурый - ……………………………………………….

в) Кристаллизуется в виде удлиненных пластинок; чаще всего синевато-просвечивающий минерал - …………………………………………………………….

 

3. Запишите названия минералов силикатов и гидросиликатов алюминия.

а) Al₂O₃·SiO₂ - ……………………………………………………………………………

б) Al₂O₃·2SiO₂·2Н₂О - …………………………………………………………………...

в) 3Al₂O₃·2SiO₂ - …………………………………………………………………...........

г) Al₂O₃·2SiO₂·4Н₂О  - …………………………………………………………………..

 

4. Выберите из списка формулы кислот (подчеркни) смесь которых медленно разлагает силлиманит.

H₂S,  H₂SO₄, HCl, HNO₃, H₂SiO₃, HF, HBr

 

5. Образование силлиманитовых минералов объясняется воздействием магмы на глинистые породы при высоком давлении. Запишите уравнение реакции данного процесса на примере каолинита.

…………………………………………………………………………………………….

30

6. Силлиманит и дистен обладают одинаковым химическим составом, но некоторые их свойства отличаются друг от друга. Объясните почему?

…………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………….

Как называются такие разновидности?

…………………………………………………………………………………………….

 

 

7. На рисунке приведены положения цепочек октаэдрических групп возле алюминия в дистене, силлиманите и андалузите. Подпишите под моделями соответствующие им названия минералов.

                            

 

………………….                …………………….             ……………………….

 

Полевошпатовые минералы

1. Заполните таблицу.

Название минерала	Эмпирическая формула	Формула в виде оксидов
Ортоклаз
Натриевый нефелин
Альбит
Калиевый нефелин
Анортит
Геленит
Микроклин

2. Напишите формулу алюмосиликата в виде соединения оксидов, если в его состав входят SiO₂ (массовая доля 63,5%),  Al₂O₃ (19,5%), Na₂O (11,8%).

…………………………………………………………………………………………….

3. Запишите уравнение реакции процесса каолинизации анортита.

…………………………………………………………………………………………….

 

4. Составьте уравнения реакций.

а) взаимодействия натриевого нефелина с соляной кислотой с выделением водной двуокиси кремния в виде студня

…………………………………………………………………………………………….

б) взаимодействия альбита со щелочью при нагревании

…………………………………………………………………………………………….

в) взаимодействия ортоклаза с фтористоводородной кислотой

…………………………………………………………………………………………….

33

Тема 11 СЛЮДЫ

 

1. Дайте название описанным свойствам слюды:

а) Ионы  Mg²⁺ могут замещаться на ионы Fe²⁺. В тетраэдрических слоях Si⁴⁺ может замещаться Al³⁺, а ионы Fe³⁺ могут замещать тетраэдрический Al³⁺. –

…………………………………………………………

б) Способность расщепляться на чрезвычайно тонкие листочки, сохраняющие гибкость, упругость и прочность - ………………………………………………….

 в) Нечувствительна к большинству химических реактивов, таких как растворители, кислоты, основания - …………………………………………………...

г) Способность противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур (до 1000⁰ С) - ……………………………………………………………….

 

2. Разделите слюды по химическому составу на три группы, каждую из которых назовите.

Мусковит, флогопит, парагонит, биотит, лепидолит, циннвальдит, лепидомелан

             1                                           2                                            3

 …….…………………         ……………………….       …………………………

             ↓                                           ↓                                             ↓                                                 

......................................         ………………………..      …………………………

………………………..         ………………………..      …………………………

………………………..        …………………...........      …………………………

3. Запишите формулы веществ:

1) мусковит - …………………………………………………………………………….

2) биотит - ………………………………………………………………………………..

3) флогопит - …………………………………………………………………………….

4) парагонит - ……………………………………………………………………………

 

4. Найдите фразы, в которых говорится об областях применения представителей

34

слюд. Из букв, соответствующих правильным ответам, вы составите название  вида промышленной слюды. .

а) получение водорода…………………………………………………………...........И

б)как высококачественный электроизоляционный материал……………………...С

в) как огнестойкий изоляционный материал………………………………………...К

г) дезинфицирующее средство……………………………………………………….Л

д) при восстановлении предметов декоративно-прикладного искусства………….Р

е) производство керамики……………………………………………………………..Т

ж) для изготовления специальных оптических стёкол.…………………………......А

з) при производстве красок............................................................................................П

По горизонтали:

1-Водная разновидность кремнезема, используемая как активная минеральная добавка в производстве цемента.

3 – Полиморфная разновидность кремнезема.

4- Калиевая слюда.

5- Растение, в листьях которого содержится много кремния.

13- Глина или смесь глины с гончарным боем, подвергшаяся обжигу, имеющая пористую структуру.

14- Форма структурной единицы силикатов -  радикала [SiO₄]^4- .

16 - Соединение кремния с водородом, представляющее собой газ, который, сгущаясь, образует бесцветную жидкость, легко воспламеняющуюся на воздухе.

17- Полиморфная разновидность кремнезема, широко распространенная  в природе, как составная часть горных пород и самостоятельно.

18 - Скрытокристаллическая разновидность кремнезема.

19 – Водная разновидность кремнезема, образованная из окремнелых остатков – скелетов и панцирей животного и растительного происхождения.

 20 - Техническое название оксида кремния (II).

По вертикали:

2- Аюмосиликат калия.

5 – Карбид кремния.

6- Тонкозернистый кварц, желтоватый, красно-бурый или зеленый, с мерцающим отливом от включений золотистых блестков слюды.

7 – Кальциевый полевой шпат.

8 – Калиевый полевой шпат.

9 – Однородная часть системы, отделенная поверхностью раздела и легко отделяемая от других частей механическим путем.

10 – Галоген, с которым кремний взаимодействует при обычной температуре.

11 – Минерал - силикат алюминия.

12 – Природная разновидность ортосиликата кальция.

15 – Русское название этого минерала – змеевик.

42

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Белостоцкая И.С. Химия кремния: Учебное пособие. – М.: ИНФРА – М, 2004.

2. Бобкова Н.М. Физическая химия тугоплавких неметаллических силикатных материалов.- М: Высшая школа, 2007.

3. Габриелян О.С., Остроумов И.Г. Химия для профессий и специальностей технического профиля. – М.: Академия, 2010.

Рабочая ТЕТРАДЬ ПО  УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

ОП.04 ХИмия кремния

 

специальность

18.02.05 Производство тугоплавких неметаллических и силикатных материалов и изделий

Форма обучения – очная

Срок обучения 3 года 10 месяцев

Уровень подготовки: базовый

 

                                  Выполнил:

Обучающийся ГБПОУ СО «СМТ»

                                      Группы Т-22

                                              Кальсин Валерий

 

2015

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ	3
1 Кремний	4
2 Бинарные соединения кремния	6
3 Кремнийорганические соединения	13
4 Кислородные соединения кремния	15
5 Формы полиморфных разновидностей кремнезёма	18
6 Аморфные разновидности кремнезёма	21
7 Водные разновидности кремнезёма	23
8 Силикаты щелочных металлов	27
9 Силикаты щелочно-земельных металлов	30
10 Силикаты алюминия	34
11 Слюды	36
12 Химические процессы в силикатных производствах	43
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

2

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Рабочая тетрадь представляет собой дидактическое пособие по предмету «Химия кремния» для студентов специальности 240305 – «Производство тугоплавких неметаллических и силикатных материалов и изделий». Это сборник вопросов и упражнений, сгруппированных по 12 темам, в соответствии с действующей рабочей программой дисциплины.

Рабочая тетрадь предназначена для самостоятельной работы учащихся на уроках и дома. Пособие ориентировано на лучшее усвоение и закрепление учебного материала.

Выполнение заданий способствует восприятию материала учебника, помогает акцентировать внимание на ключевых вопросах.

Обращается внимание на знание формулировок, различных классификационных признаков, химических свойств веществ. Проверяются умения логически мыслить, анализировать. Предложены расчетные задачи и проблемные вопросы, имеются задания в форме таблиц, используются подсказки, с чего начать решение, в конце предложен обобщающий кроссворд. В результате формируются навыки, необходимые для сдачи экзамена по  предмету «Химия кремния», который вынесен на первый этап ИГА. Пособие будет полезно учителю в организации учебного процесса и учащимся для успешного изучения предмета.

3

Тема 1 КРЕМНИЙ

1. Заполните пропуски в тексте словами, числами.

Характеристика кремния по его положению в Периодической системе

Д.И. Менделеева