Нахождение в природе и получение

В свободном виде кремний в природе не встречается, он существует только в виде соединений (главным образом диоксида кремния $\mathrm{SiO_2}$ и силикатов). В промышленности кремний получают восстановлением кварцевого песка ( $\mathrm{SiO_2}$ ) углём в электрических печах при высоких температурах: $\mathrm{SiO_2 + 2C \xrightarrow{t^\circ} Si + 2CO}$ . В лаборатории его восстанавливают магнием: $\mathrm{SiO_2 + 2Mg \to Si + 2MgO}$ .

Физические и химические свойства

Кремний — тёмно-серое, твёрдое и хрупкое вещество с металлическим блеском, полупроводник. Химически он не очень активен. При обычных условиях реагирует только со фтором ( $\mathrm{Si + 2F_2 \to SiF_4}$ ). При высокой температуре вступает в реакцию с кислородом (даёт $\mathrm{SiO_2}$ ), хлором, азотом, углеродом (образует карборунд $\mathrm{SiC}$ ) и некоторыми металлами (образует силициды, например, $\mathrm{Mg_2Si}$ ). С кислотами кремний не реагирует (кроме HF), но в реакциях со щёлочами выделяет водород: $\mathrm{Si + 2NaOH + H_2O \to Na_2SiO_3 + 2H_2}$ .

Оксид кремния(IV) и кремниевая кислота

Диоксид кремния ( $\mathrm{SiO_2}$ ) — тугоплавкое твёрдое вещество (кварц, песок). Это кислотный оксид, с водой он не реагирует. Однако при сплавлении с основаниями и щёлочами образует силикаты. Кремниевая кислота ( $\mathrm{H_2SiO_3}$ ) — очень слабая нерастворимая в воде кислота. Её можно получить только косвенным путём: действуя сильными кислотами (например, $\mathrm{HCl}$ ) на растворимые силикаты.

Запомните

В промышленности кремний получают реакцией: $\mathrm{SiO_2 + 2C \xrightarrow{t^\circ} Si + 2CO}$ .
Кремний реагирует со щёлочью с выделением водорода: $\mathrm{Si + 2NaOH + H_2O \to Na_2SiO_3 + 2H_2}$ .
Оксид кремния(IV) не реагирует с водой; кремниевая кислота — слабая, нерастворимая в воде кислота.

Разобранные примеры

Пример 1
Сколько граммов кремния вступило в реакцию с раствором гидроксида натрия, если выделилось 4,48 л (н.у.) водорода? ( $A_r(\mathrm{Si}) = 28$ ).
Решение
1. Вычислим количество вещества выделившегося водорода: $\nu = \frac{4{,}48}{22{,}4} = 0{,}2$ моль.
2. Напишем уравнение реакции: $\mathrm{Si + 2NaOH + H_2O \to Na_2SiO_3 + 2H_2}$ .
3. По уравнению реакции при взаимодействии 1 моль $\mathrm{Si}$ выделяется 2 моль $\mathrm{H_2}$ .
4. Составим пропорцию: 1 моль $\mathrm{Si}$ — 2 моль $\mathrm{H_2}$ $x$ моль $\mathrm{Si}$ — 0,2 моль $\mathrm{H_2}$ $x = \frac{1 \cdot 0{,}2}{2} = 0{,}1$ моль $\mathrm{Si}$ .
5. Рассчитаем массу кремния: $m = 0{,}1 \cdot 28 = 2{,}8$ грамма.
Ответ: 2,8 грамма.
Пример 2
В каких реакциях кремний проявляет свойства восстановителя? 1. $\mathrm{Si + 2F_2 \to SiF_4}$ , 2. $\mathrm{Si + 2Mg \to Mg_2Si}$ , 3. $\mathrm{Si + O_2 \to SiO_2}$ .
Решение
Кремний отдаёт электроны и является восстановителем в реакциях с более электроотрицательными элементами (неметаллами), при этом его степень окисления повышается. В 1-й и 3-й реакциях фтор (F) и кислород (O) более электроотрицательны, чем кремний. Степень окисления кремния повышается с 0 до +4, следовательно, он — восстановитель. Во 2-й реакции магний — это металл, он менее электроотрицателен. Здесь кремний принимает электроны (от 0 до -4) и выступает в роли окислителя.

Ответ: 1 и 3.

Проверьте себя

Сначала решите сами, потом откройте ответ.

С каким из следующих веществ реагирует диоксид кремния ( $\mathrm{SiO_2}$ )?
1. Вода
2. Соляная кислота
3. Гидроксид натрия
4. Кислород
5. Азотная кислота
Показать ответСкрыть ответ
Правильный ответ: C Гидроксид натрия
$\mathrm{SiO_2}$ — кислотный оксид, с водой не реагирует (кремниевая кислота нерастворима). Он реагирует с основаниями и щёлочами (например, $\mathrm{NaOH}$ ), образуя силикаты. С кислотами (кроме плавиковой HF) он не взаимодействует.
Как получают кремний в промышленности?
1. Восстановлением $\mathrm{SiO_2}$ углеродом
2. Разложением гидрида кремния
3. Гидролизом силицида магния
4. Взаимодействием $\mathrm{SiO_2}$ с водой
5. Восстановлением $\mathrm{SiCl_4}$ водородом
Показать ответСкрыть ответ
Правильный ответ: A Восстановлением $\mathrm{SiO_2}$ углеродом
В промышленности кремний получают восстановлением кварцевого песка ( $\mathrm{SiO_2}$ ) углём ( $\mathrm{C}$ ) при высоких температурах в электрических печах по реакции: $\mathrm{SiO_2 + 2C \to Si + 2CO}$ .
Что общего между кремнием и углеродом?
1. Оба встречаются в природе только в свободном виде
2. Оба реагируют со щёлочью с выделением водорода
3. На внешнем электронном слое у них по 4 электрона
4. Оба при обычных условиях реагируют с водой
5. Оба являются типичными полупроводниками p-типа
Показать ответСкрыть ответ
Правильный ответ: C На внешнем электронном слое у них по 4 электрона
Оба элемента находятся в главной подгруппе IV группы периодической системы, поэтому на их внешнем электронном уровне находится одинаковое число электронов — 4 ( $ns^2np^2$ ). Углерод в природе встречается в свободном виде, а кремний нет.

Типичные ошибки

Считать, что диоксид кремния ( $\mathrm{SiO_2}$ ) вступает в реакцию с водой, образуя кремниевую кислоту (на самом деле он с водой не реагирует).
Думать, что кремний реагирует с кислотами с выделением водорода (такую реакцию он даёт только со щёлочами).

Всё ещё не до конца понятно?

Объяснит тему голосом, как на уроке, запишет всё на доске и проверит вопросами.

Изучить с Живым репетитором Решить задачу по фото