Решебник по химии 9 класс. Рудзитис ФГОС §41

Кремний. Оксид кремния

Стр. 159

Вопросы

1. Какие типы кристаллических решёток вам известны?

Существует четыре основных типа кристаллических решёток:

1. Атомная кристаллическая решётка — узлы решётки занимают отдельные атомы. Связи между ними прочные, ковалентные. Примеры: алмаз, кремний, кремнезём (SiO₂).

2. Молекулярная решётка — узлы заняты молекулами, между ними действуют слабые межмолекулярные силы. Примеры: лёд, йод, сахар, сухой лёд (CO₂).

3. Ионная решётка — в узлах решётки находятся катионы и анионы. Между ними действуют электростатические силы. Примеры: NaCl, KBr, CaF₂.

4. Металлическая решётка — узлы заняты положительными ионами металлов, между которыми "плавают" свободные электроны. Примеры: все металлы — медь, железо, золото.

2. Какие свойства характерны для веществ с атомной кристаллической решёткой?

Свойства веществ с атомной кристаллической решёткой:

– высокая твёрдость и прочность,

– высокая температура плавления,

– низкая электропроводность (исключение — графит),

– химическая стойкость,

– нерастворимость в воде и органических растворителях,

– плохая теплопроводность (в большинстве случаев).

Пример — кремнезём (SiO₂), имеющий атомную решётку, твёрдый, тугоплавкий, нерастворим в воде.

Стр. 162

Подумай, ответь, выполни

1. Работая в парах, составьте характеристику кремния по плану: нахождение в природе → получение → состав → строение → свойства → применение.

Кремний — один из самых распространённых элементов в земной коре: он занимает второе место после кислорода, составляя около 26% массы. В природе чаще всего встречаются его соединения, особенно диоксид кремния (SiO₂), известный как кремнезём, и алюмосиликаты, такие как каолинит (Al₂O₃ · 2SiO₂ · 2H₂O) и ортоклаз (K₂O · Al₂O₃ · 6SiO₂). Свободный кремний в природе практически не встречается.

В промышленности кремний получают восстановлением диоксида кремния (песка) углём при высокой температуре. Уравнение реакции:

(2C + SiO₂ → Si + 2CO).

Частично образуется карбид кремния: (Si + C → SiC).

Кремний — химический элемент с атомным номером 14, находится в IV группе периодической системы. Он имеет атомную кристаллическую решётку и может существовать в двух формах: аморфной (бурый порошок) и кристаллической (серое вещество с металлическим блеском). Кристаллический кремний твёрдый, полупроводник.

Физические свойства: кремний — твёрдое вещество, плохо проводит тепло, но проводит электрический ток (полупроводник), особенно при нагревании и легировании.

Химические свойства: кремний проявляет как восстановительные, так и окислительные свойства. Он реагирует с фтором (Si + 2F₂ → SiF₄), при нагревании — с кислородом, галогенами, углеродом, серой и металлами. С азотной кислотой образует SiO₂ (Si + 4HNO₃ → SiO₂ + 4NO₂ + 2H₂O). Также он растворяется в щелочах: (Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 2H₂↑).

Применение кремния и его соединений очень широко. Кремнезём используется в производстве стекла, керамики, цемента. Карбид кремния применяется в шлифовальных устройствах. Кристаллический кремний — основа для производства микросхем и солнечных батарей. Кварцевое стекло, получаемое из расплавленного SiO₂, используется в лабораториях и медицине, так как пропускает ультрафиолет.

2. В чём сходство и различия высших оксидов углерода и кремния?

Высшие оксиды углерода и кремния — это CO₂ и SiO₂ соответственно. Они имеют сходства и различия.

Сходство: Оба оксида относятся к кислотным оксидам и взаимодействуют с щелочами. Например:

(SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O)

(CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O).

Оба образуются при горении соответствующих элементов в кислороде:

(C + O₂ → CO₂), (Si + O₂ → SiO₂).

Различия: CO₂ — это газ без цвета и запаха, растворим в воде с образованием угольной кислоты.

SiO₂ — это твёрдое кристаллическое вещество с высокой температурой плавления (1728 °C), нерастворимое в воде.

CO₂ — молекулярное соединение, с ковалентной полярной связью.

SiO₂ — немолекулярное, с атомной кристаллической решёткой, прочной и жёсткой структурой.

3. Напишите уравнения реакций, соответствующих следующим превращениям: SiO₂ → Si → Mg₂Si → SiH₄ → SiO₂.

Первое превращение — восстановление диоксида кремния углём:

(2C + SiO₂ → Si + 2CO)

Второе — образование силицида магния:

(2Mg + Si → Mg₂Si)

Третье — взаимодействие силицида магния с соляной кислотой:

(Mg₂Si + 4HCl → SiH₄ + 2MgCl₂)

Четвёртое — окисление силана до диоксида кремния:

(SiH₄ + 4O₂ → SiO₂ + 2H₂O)

Стр. 162

Тестовые задания

1. Для оксида кремния(IV) характерны следующие физические свойства:

1. газ, без запаха

2. твёрдое вещество жёлтого цвета

3. жидкость, легче воды

4. кристаллическое вещество, нерастворимое в воде

Ответ: 4) кристаллическое вещество, нерастворимое в воде.

Пояснение: Оксид кремния(IV) (SiO₂), или кремнезём, в природе встречается в виде кварца, песка и других минералов. Это твёрдое вещество с атомной кристаллической решёткой, которое не растворяется в воде. Он не является ни газом, ни жидкостью, и не имеет характерной жёлтой окраски (жёлтый оттенок бывает из-за примесей, но чистое вещество — бесцветное или белое).

2. Оксид кремния(IV) вступает в реакцию:

1. с кислородом

2. с водой

3. со щёлочью

4. с кислотой

Ответ: 3) со щёлочью.

Пояснение: SiO₂ — кислотный оксид, и, как все кислотные оксиды, он реагирует с основаниями (щёлочами). Пример реакции:

(SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O).

С кислородом оксид не реагирует, так как уже находится в максимальной степени окисления (+4). С водой он не взаимодействует — в отличие от некоторых других кислотных оксидов (например, SO₃). С кислотами он тоже не реагирует.