Изобразите строение атома кремния. Укажите валентные электроны.
Атом кремния состоит из ядра, содержащего 14 протонов и нейтронов, и электронных оболочек. Его электронная схема: 2 электрона на первом уровне, 8 на втором и 4 на третьем. Валентные электроны — 4 внешних электрона.
В виде каких соединений встречается кремний в природе? Приведите примеры.
В природе кремний встречается в виде оксидов и силикатов. Примеры: кварц (SiO₂), песок, полевой шпат (KAlSi₃O₈), слюда (KAl₂(OH,F)₂AlSi₃O₁₀).
При сжигании кремния на воздухе образуется кремнезём — оксид кремния(IV), при взаимодействии с хлором хлорид кремния(IV), при взаимодействии с сероводородом сульфид кремния(IV) и водород. Напишите уравнения реакций.
Сгорание кремния: Si + O₂ → SiO₂
Реакция с хлором: Si + 2Cl₂ → SiCl₄
Реакция с сероводородом: Si + 2H₂S → SiS₂ + 2H₂
Рассмотрите реакцию кремния с гидроксидом натрия как окислительно-восстановительную. Назовите окислитель и восстановитель.
При взаимодействии кремния с гидроксидом натрия происходит окислительно-восстановительная реакция: Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 2H₂↑
Кремний — восстановитель, так как он отдаёт электроны, а гидроксид натрия — окислитель, так как принимает их.
Расскажите о применении кремния в технике.
Кремний широко применяется в технике благодаря своим полупроводниковым свойствам, высокой прочности и термостойкости. Основные области его использования:
Электроника: производство полупроводниковых чипов, транзисторов, солнечных батарей. Строительство: силикатные материалы, бетон, стекло. Металлургия: легирование стали и алюминиевых сплавов. Химическая промышленность: производство силиконов, герметиков, смазок.
Напишите уравнения реакций по схеме:
Mg2Si > ... > ... > Si.
Mg₂Si + 2H₂O → 2Mg(OH)₂ + SiH₄ SiH₄ → Si + 2H₂ (при нагревании)
В промышленности кремний получают восстановлением кварцевого песка коксом. Напишите уравнение реакции. Сколько граммов кокса требуется для получения 1 кг кремния, если его выход составляет 90% ?
SiO₂ + 2C → Si + 2CO
Рассчитаем массу кокса: Молярные массы: SiO₂ = 60 г/моль, C = 12 г/моль, Si = 28 г/моль.
Из 60 г кварца получают 28 г кремния, при этом расходуется 24 г углерода.
1 кг (1000 г) кремния требует: (24/28) * 1000 = 857 г углерода.
С учётом 90% выхода: 857 / 0,9 ≈ 952 г кокса.
Во сколько раз простейшее водородное соединение кремния тяжелее простейшего водородного соединения углерода?
Сравним массы простейших водородных соединений кремния и углерода:
Метан (CH₄): 12 + 4 × 1 = 16 г/моль. Силан (SiH₄): 28 + 4 × 1 = 32 г/моль. Отношение масс: 32 / 16 = 2. Силан в 2 раза тяжелее метана.