В каком виде встречается оксид кремния в природе?
Оксид кремния (SiO₂) – это твёрдое вещество, нерастворимое в воде, а углекислый газ (CO₂) – газ, хорошо растворимый в воде с образованием слабой угольной кислоты.
Почему кварцевая посуда, раскалённая в пламени, не трескается, даже если её опустить в холодную воду?
Кварцевая посуда обладает высокой термостойкостью благодаря низкому коэффициенту теплового расширения. В отличие от обычного стекла, кварц расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении очень слабо. Это значит, что при резком перепаде температур в материале не возникают значительные термические напряжения, которые могли бы привести к образованию трещин. Поэтому даже при резком охлаждении, например при погружении в холодную воду, кварцевая посуда остаётся целой.
Сравните свойства оксида кремния и углекислого газа, рассмотрев взаимодействие их с водой, щелочами, магнием, углём. Расскажите о применении оксида кремния.
SiO₂ не реагирует с водой, в то время как CO₂ образует слабую угольную кислоту: CO₂ + H₂O = H₂CO₃
С щелочами SiO₂ реагирует при сплавлении, образуя силикаты: SiO₂ + 2NaOH (тв) = Na₂SiO₃ + H₂O CO₂ реагирует с растворами щелочей, образуя карбонаты или гидрокарбонаты: CO₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + H₂O
При нагревании с магнием SiO₂ восстанавливается до кремния: SiO₂ + 2Mg = Si + 2MgO CO₂ реагирует с магнием при высокой температуре: CO₂ + 2Mg = C + 2MgO
С углем SiO₂ реагирует при высокой температуре, образуя карбид кремния или кремний: SiO₂ + 3C = SiC + 2CO CO₂ взаимодействует с углем, образуя угарный газ: CO₂ + C = 2CO
Оксид кремния широко применяется в производстве стекла, керамики, бетона, как компонент песка, в микроэлектронике и в качестве сорбента.
Что называют силикагелем? Где он используется?
Силикагель – это пористая форма SiO₂, получаемая из растворов силикатов. Используется как адсорбент для удаления влаги, в газовых масках, осушителях воздуха, упаковках.
Напишите уравнения реакций, соответствующие схеме
Na2SiO3 - H2SiO3 - SiO2 - CaSiO3
Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃ + 2NaCl H₂SiO₃ → SiO₂ + H₂O (при нагревании) SiO₂ + CaO = CaSiO₃
Почему раствор силиката натрия при хранении на воздухе мутнеет? Напишите уравнение реакции.
При хранении раствора силиката натрия на воздухе он мутнеет из-за реакции с углекислым газом, что приводит к образованию нерастворимого кремнезема: Na₂SiO₃ + CO₂ + H₂O = SiO₂ + Na₂CO₃
При добавлении к силикату натрия раствора хлорида аммония выпадает осадок кремниевой кислоты. Как объяснить это явление?
При добавлении раствора хлорида аммония к силикату натрия выпадает осадок кремниевой кислоты. Это связано с тем, что ионы аммония взаимодействуют с ионами силиката, образуя слабую кремниевую кислоту, которая сразу выпадает в осадок: Na₂SiO₃ + 2NH₄Cl + H₂O = H₂SiO₃↓ + 2NaCl + 2NH₃↑
Прокомментируйте слова из трактата алхимика Василия Валентина: «Если драгоценные камни кипятятся с щелочами, они растворяются; жидкость при обработке кислотой выделяет осадок того же веса, каков был вес растворившегося камня». Приведите примеры драгоценных и поделочных камней, к которым применимы слова алхимика.
Слова Василия Валентина объясняются тем, что многие драгоценные и поделочные камни представляют собой соединения кремния (например, кварц, опал, топаз), которые растворяются в расплавленных щелочах с образованием силикатов. При добавлении кислоты из раствора выделяется нерастворимый кремнезём, имеющий ту же массу, что и растворённый камень: SiO₂ + 2NaOH = Na₂SiO₃ + H₂O Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃↓ + 2NaCl
Примерами камней, которые подчиняются этому процессу, являются кварц (SiO₂), топаз (Al₂SiO₄(F,OH)₂), опал (SiO₂·nH₂O).
Почему нельзя выпаривать растворы щёлочи в кварцевой или стеклянной посуде?
Растворы щелочей нельзя выпаривать в кварцевой или стеклянной посуде, потому что стекло и кварц содержат кремнезём (SiO₂), который реагирует со щелочами, постепенно разрушая посуду: SiO₂ + 2NaOH = Na₂SiO₃ + H₂O
При сплавлении кремнезёма с содой получили 6,1 г силиката натрия. Выделившийся газ был поглощён 18 мл 10%-го раствора NaOH (р в 1.1 г/мл). Определите состав полученной соли и её массовую долю в растворе.
Масса раствора NaOH: m(NaOH) = ρ * V = 1,1 г/мл * 18 мл = 19,8 г
Масса NaOH в растворе: ω(NaOH) = 10% = 0,1 m(NaOH) = 0,1 * 19,8 г = 1,98 г
Реакция сплавления кремнезёма с содой: SiO₂ + Na₂CO₃ = Na₂SiO₃ + CO₂↑
Масса образовавшегося Na₂SiO₃: m(Na₂SiO₃) = 6,1 г
Массовая доля соли в растворе: m(раствора) = m(Na₂SiO₃) + m(раствора NaOH) = 6,1 + 19,8 = 25,9 г ω(Na₂SiO₃) = 6,1 / 25,9 ≈ 23,6%
Ответ: в растворе содержится 23,6% силиката натрия.
Какая реакция лежит в основе процессов выветривания?
В основе процессов выветривания лежит химическое разложение минералов под действием воды, углекислого газа и других природных агентов. Одна из основных реакций — гидролиз силикатов с образованием кремниевой кислоты и гидроксидов металлов: Na₂SiO₃ + 2H₂O + CO₂ = H₂SiO₃↓ + 2NaHCO₃
Что называют «растворимым стеклом»? Где оно применяется?
"Растворимое стекло" — это водный раствор силиката натрия (Na₂SiO₃) или силиката калия (K₂SiO₃). Оно используется в строительстве для пропитки древесины и тканей с целью повышения огнестойкости, в производстве моющих средств, клеевых составов, силикатных красок, а также в литейном производстве.
Определите массу 12,2%-го раствора силиката натрия, который можно получить, имея в распоряжении 26,5 г кальцинированной соды, 20 г кремнезёма и воду.
Реакция получения силиката натрия: SiO₂ + Na₂CO₃ = Na₂SiO₃ + CO₂↑
Найдём, сколько силиката натрия можно получить. Молярные массы: SiO₂ = 60 г/моль, Na₂CO₃ = 106 г/моль, Na₂SiO₃ = 122 г/моль
Находим количество вещества для каждого исходного реагента: n(SiO₂) = 20 / 60 = 0,333 моль n(Na₂CO₃) = 26,5 / 106 ≈ 0,25 моль
Согласно уравнению реакции, соотношение реагентов 1:1, значит, кальцинированная сода является лимитирующим веществом.
Масса образовавшегося Na₂SiO₃: m(Na₂SiO₃) = 0,25 * 122 = 30,5 г
Найдём массу раствора с концентрацией 12,2%: ω(Na₂SiO₃) = 12,2% = 0,122 m(раствора) = m(Na₂SiO₃) / ω = 30,5 / 0,122 ≈ 250 г Ответ: можно получить 250 г 12,2%-го раствора силиката натрия.
Что происходит при внесении кристалла хлорида железа(III) в раствор силиката натрия? Напишите уравнение реакции.
FeCl₃ гидролизуется в воде с образованием Fe(OH)₃, который далее реагирует с силикатом натрия, образуя гель кремниевой кислоты: FeCl₃ + 3Na₂SiO₃ + 3H₂O = Fe(OH)₃↓ + 3H₂SiO₃↓ + 3NaCl
При этом выпадает осадок бурого цвета (Fe(OH)₃) и образуется студенистый осадок кремниевой кислоты (H₂SiO₃).