Плавиковая кислота и оксид кремния уравнение реакции

Оксид кремния (IV)

Оксид кремния (IV)

Физические свойства и нахождение в природе

Оксид кремния (IV) SiO₂ – это твердое вещество с атомной кристаллической решеткой. В природе встречается в виде кварца, речного песка, кремнезема и прочих модификаций:

Химические свойства

Оксид кремния (IV) – типичный кислотный оксид . За счет кремния со степенью окисления +4 проявляет слабые окислительные свойства.

1. Как кислотный оксид, диоксид кремния (IV) взаимодействует с растворами и расплавами щелочей и в расплаве с основными оксидами . При этом образуются силикаты.

Например , диоксид кремния взаимодействует с гидроксидом калия:

Еще пример : диоксид кремния взаимодействует с оксидом кальция.

SiO₂ + CaO → CaSiO₃

2. Оксид кремния (IV) не взаимодействует с водой , т.к. кремниевая кислота нерастворима .

3. Оксид кремния (IV) реагирует при сплавлении с карбонатами щелочных металлов . При этом работает правило: менее летучий оксид вытесняет более летучий оксид из солей при сплавлении.

Например , оксид кремния (IV) взаимодействует с карбонатом калия. При этом образуется силикат калия и углекислый газ:

4. Из кислот диоксид кремния реагирует только с плавиковой или с газообразным фтороводородом:

5. При температуре выше 1000 °С оксид кремния реагирует с активными металлами, при этом образуется кремний.

Например , оксид кремния взаимодействует с магнием с образованием кремния и оксида магния:

SiO₂ + 2Mg → Si + 2MgO

Видеоопыт взаимодействия оксида кремния (IV) с магнием можно посмотреть здесь.

При избытке восстановителя образуются силициды:

SiO₂ + 4Mg → Mg₂Si + 2MgO

6. Оксид кремния (IV) взаимодействует с неметаллами.

Например , оксид кремния (IV) реагирует с водородом в жестких условиях. При этом оксид кремния проявляет окислительные свойства:

Еще пример : оксид кремния взаимодействует с углеродом. При этом образуется карборунд и угарный газ:

SiO₂ + 3С → SiС + 2СО

При сплавлении оксид кремния взаимодействует с фосфатом кальция и углем:

Характеристика свойств диоксида кремния и фтороводорода

Задача 962.
В каком направлении и почему будет происходить смещение равновесий: а) при насыщении диоксидом углерода водного раствора силиката натрия; б) при прокаливании смеси Na 2 CO 3 и SiO 2 ?
Решение:
а) При насыщении диоксидом углерода водного раствора силиката натрия образуются кремниевые кислоты в виде склеивающейся или изолирующейся плёнки:

Объясняется это тем, что угольная кислота Н₂СО₃ гораздо сильнее кремниевой кислоты H₂SiO₃, поэтому равновесие системы произойдёт вправо, т.е. в сторону поглощения СО₂ и образования нерастворимых кремниевых кислот.

б) При прокаливании смеси Na₂CO₃ и SiO₂ в эквивалентных отношениях образуются стекловидная масса оксида натрия, диоксида кремния и газообразный диоксид углерода:

SiO₂ + Na₂CO₃ Na₂SiO₃↓ + CO₂↑

Равновесие в системе будет смещено вправо, в сторону выделения газообразного СО₂ и стекловидной массы Na₂SiO₂.

Задача 963.
Какую кислоту нельзя хранить ни в обычной стеклянной посуде, ни в посуде из кварцевого стекла? Почему?
Решение:
Раствор фтороводорода (или плавиковая кислота) реагирует с диоксидом кремния SiO₂, входящим в состав обычного стекла и составляющего основу кварцевого стекла:

В растворе плавиковой кислоты выделения фторида кремния не происходит, так как SiF₄ взаимодействует с молекулой HF с образованием хорошо растворимой кремнефтороводородной кислоты:

Общее уравнение реакции:

На основе взаимодействия плавиковой кислоты с диоксидом кремния основано применение её для вытравления на стекле различных меток, рисунков, росписей и т. п.. Ввиду того, что плавиковая кислота разрушает стекло её хранят в сосудах из пластмасс.

Задача 964.
Написать уравнения реакций гидролиза галогенидов кремния. В чем особенность гидролиза SiF₄? Может ли по этой схеме протекать гидролиз CCl₄? Ответ мотивировать.
Решение:
При действии воды все галогениды кремния подвергаются гидролизу с образованием кремниевой и соответствующей галогеноводородной кислоты:

Образующийся фтороводород взаимодействует с молекулой HF с образованием хорошо растворимой гексафтористокремниевой (кремнефтористоводородной) кислоты:

Суммарный процесс выражается уравнением:

Фактически при этом образуется растворимая гексафтористокремниевая кислота (H₂[SiF₆]) и гель диоксида кремния (SiO₂ . хН₂О):

CCl₄ – химически инертное вещество. Собственная растворимость CCl₄ в воде очень мала (порядка 5 . 10 -5 моль/л), т. е. гидролизу не подвергается. Только в присутствии Al или Fe четырёххлористый углерод уже при обычных условиях постепенно разлагается водой по схеме:

Оксид кремния (IV)

В природе:

SiO ₂ — кварц, горный хрусталь, аметист, агат, яшма, опал, кремнезём (основная часть песка)
Al ₂ O ₃ •2SiO ₂ • 2H ₂ O — каолинит (основная часть глины)
K ₂ O • Al ₂ O ₃ • 6SiO ₂ — ортоклаз (полевой шпат)

Физические свойства
Твёрдое, тугоплавкое вещество, t°пл.= 1728°C, t°кип.= 2590°C, атомная кристаллическая решетка.

Химические свойства оксида кремния

SiO ₂ — кислотный оксид, ему соответствует кремниевая кислота Н ₂ SiO ₃
1) При сплавлении взаимодействует с основными оксидами, щелочами, а также с карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов с образованием солей — силикатов :

2) С водой не реагирует

3) С плавиковой кислотой (гексафторкремниевая кислота):
SiO ₂ + 4HF → SiF ₄ ­ + 2H ₂ O
SiO ₂ + 6HF → H ₂ [SiF ₆ ] + 2H ₂ O
(реакции лежат в основе процесса травления стекла)

Окислительно — восстановительные реакции

Взаимодействие с металлами

При температуре выше 1000 °С реагирует с активными металлами,
при этом образуется кремний:

SiO ₂ + 2Mg → Si + 2MgO

или при избытке восстановителя – силициды:

SiO ₂ + 4Mg → Mg ₂ Si + 2MgO.

Взаимодействие с неметаллами