Silic Và Hợp Chất Của Silic

SILIC VÀ HỢP CHẤT CỦA SILIC

PHẦN I: LÝ THUYẾT

I) SILIC

Silic có cấu hình electron là : 1s²2s²2p⁶3s²3p². Silic thuộc nhóm IVA, chu kỳ 3 trong bảng hệ thống tuần hoàn.

1) Tính chất vật lý:

-Silic có hai dạng thù hình là silic vô định hình và silic tinh thể.

-Silic vô định hình: là chất bột màu nâu, không tan trong nước nhưng tan trong kim loại nóng chảy.

- Silic tinh thể: có màu xám, có ánh kim, có cấu trúc giống kim cương nên có tính bán dẫn.

2) Tính chất hóa học:

- Các mức oxi hóa có thể có của Si: -4; 0; +2; +4 (số oxi hóa +2 ít đặc trưng) nên Si có cả tính khử và tính oxi hoá.

- Silic vô định hình có khả năng phản ứng cao hơn silic tinh thể.

a. Tính khử

- Tác dụng với phi kim:

Si + 2F₂ \[\xrightarrow{{}}\] SiF₄ (phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thường)

Si + 2O₂ \[\xrightarrow{{}}\]SiO₂ (400 – 600^oC)

- Tác dụng với hợp chất:

+ Si tan dễ dàng trong dung dịch kiềm \[\xrightarrow{{}}\] H2

Si + 2NaOH + H2O \[\xrightarrow{{}}\] Na2SiO3 + 2H2

+ Si tác dụng với axit

4HNO3 + 18HF + 3Si \[\xrightarrow{{}}\] 3H2SiF6 + 4NO + 8H2O

- Trong hồ quang điện, Silic tác dụng với H₂ tạo thành một hỗn hợp các silan:

Si + H₂ \[\xrightarrow{{}}\] SiH₄ + Si₂H₆ + Si₃H₆ + ...

b. Tính oxi hóa

Si tác dụng được với nhiều kim loại ở nhiệt độ cao \[\xrightarrow{{}}\] silixua kim loại.

2Mg + Si \[\xrightarrow{{}}\] Mg₂Si

3. Điều chế

SiO2 + C Than cốc \[\xrightarrow{{{1800}^{o}}C}\] 2CO + Si

SiO₂ + 2Mg \[\xrightarrow{{}}\] 2MgO + Si (có thể thay Mg bằng Al)

SiCl₄ + 2Zn \[\xrightarrow{{}}\] Si + 2ZnCl₂

SiH₄ \[\xrightarrow{{{t}^{o}}}\] Si + 2H₂

SiI₄ \[\xrightarrow{{{t}^{o}}}\] Si + 2I₂

\[II\]) Silic đioxit (SiO₂)

1. Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên

- Là chất ở dạng tinh thể nguyên tử, không tan trong nước.

- Trong tự nhiên chủ yếu tồn tại ở dạng khoáng vật thạch anh.

2. Tính chất hoá học

- SiO₂ có tính chất của oxit axit, tan chậm trong dung dịch kiềm và tan dễ trong kiềm nóng chảy hoặc cacbonat kim loại kiềm nóng chảy \[\xrightarrow{{}}\] silicat:

SiO₂ + 2NaOH \[\xrightarrow{{}}\] Na₂SiO₃ + H₂O

SiO₂ + Na₂CO₃ \[\xrightarrow{{}}\] Na₂SiO₃ + CO

- SiO₂ tan dễ trong axit HF:

SiO₂ + 4HF \[\xrightarrow{{}}\] SiF₄ + 2H₂O

Phản ứng này dùng để khắc chữ trên thủy tinh \[\xrightarrow{{}}\] không dùng bình thủy tinh để đựng axit HF.

\[III\])Axit Slicic và muối silicat

1.Axit H₂SiO₃

- Dạng keo, không tan trong nước, khi đun nóng dễ bị mất nước:

H₂SiO₃ \[\xrightarrow{{{t}^{o}}}\] H₂O + SiO₂

- Khi sấy khô, H₂SiO₃ mất một phần nước tạo thành vật liệu xốp là silicagen được dùng làm chất hút ẩm và hấp phụ nhiều chất.

- H₂SiO₃ chỉ tác dụng với dung dịch kiềm mạnh.

H₂SiO₃ + 2NaOH \[\xrightarrow{{}}\] Na₂SiO₃ + 2H₂O

- Là axit yếu, yếu hơn axit cacbonic nên điều chế bằng cách dùng axit mạnh đẩy ra khỏi muối hoặc thủy phân một số hợp chất của Si.

Na₂SiO₃ + 2HCl \[\xrightarrow{{}}\] 2NaCl + H₂SiO₃

Na₂SiO₃+ CO₂ + H₂O \[\xrightarrow{{}}\] H₂SiO₃ + Na₂CO₃

SiCl₄ + 3H₂O \[\xrightarrow{{}}\]H₂SiO₃ + 4HCl

2. Muối silicat

Là muối của axit silicic thường không màu, khó tan (trừ muối kim loại kiềm tan được).

- Dung dịch đậm đặc của Na₂SiO₃ được gọi là thủy tinh lỏng được dùng để chế tạo keo dán thủy tinh và sứ, bảo quản vải và gỗ khỏi bị cháy. Trong dung dịch, silicat của kim loại kiềm bị thủy phân mạnh tạo môi trường bazơ:

Na₂SiO₃ + 2H₂O \[\xrightarrow{{}}\] 2Na⁺ + 2OH‑ + H₂SiO₃^-

IV. Công nghiệp silicat

1. Thủy tinh

- Là hỗn hợp của natri silicat, canxi silicat và silic đioxit có thành phần gần đúng được viết dưới dạng các oxit là Na₂O.CaO.6SiO₂.

- Sản xuất thủy tinh bằng cách nấu chảy hỗn hợp cát trắng, đá vôi và sôđa ở 1400^oC:

6SiO₂+ CaCO₃ + Na₂CO₃ \[\xrightarrow{{}}\] Na₂O.CaO.6SiO₂ + 2CO₂

- Thủy tinh là chất vô định hình không có nhiệt độ nóng chảy xác định. Khi đun nóng nó mềm ra rồi mới chảy.

- Một số loại thủy tinh:

+ Thủy tinh thông thường (như trên).

+ Thủy tinh Kali: Thay Na₂CO₃ bằng K₂CO₃.

+ Thủy tinh phalê: chứa nhiều chì oxit.

+ Thủy tinh thạch anh: sản xuất bằng cách nấu chảy SiO₂ tinh khiết.

+ Thêm các oxit kim loại vào sẽ tạo ra các loại thủy tinh có màu sắc khác nhau.

2. Đồ gốm

Chủ yếu được tạo thành từ đất sét và cao lanh.

- Các loại đồ gốm:

+ Gạch và ngói: thuộc loại gốm xây dựng được sản xuất bằng cách đem đất sét và cát nhào với nước thành một khối dẻo, tạo hình rồi sấy khô, nung ở 900 – 1000^oC. Gạch và ngói thường có màu đỏ là màu của oxit sắt có trong đất sét.

+ Gạch chịu lửa: gồm 2 loại chính là gạch đinat và gạch samôt. Gạch đinat gồm 93 - 96% SiO₂; 4 - 7%CaO và đất sét nung ở khoảng 1300 – 1400^oC. Gạch samôt gồm bột samôt trộn với đất sét và nước đem đóng khuôn và sấy khô, vật liệu được nung ở 1300 – 1400^oC

+ Sành: là đất sét sau khi nung ở nhiệt độ 1200 – 1300^oC

+ Sứ: được sản xuất từ cao lanh, fenspat, thạch anh và một số oxit kim loại. Đồ sứ được nung 2 lần, lần đầu ở 1000^oC, sau đó tráng men và trang trí rồi nung lần thứ 2 ở nhiệt độ khoảng 1400 – 1450^oC.

+ Men : Có thành phần chính gần giống sứ nhưng dễ nóng chảy hơn.

3. Xi măng

- Thành phần hóa học chính của xi măng pooclăng là canxi silicat và canxi aluminat: Ca₃SiO₅ hoặc (3CaO.SiO₂), Ca₂SiO₄ (hoặc 2CaO.SiO₂), Ca₃(AlO₃)₂ (hoặc 3CaO.Al₂O₃).

- Cách sản xuất: Nghiền nhỏ đá vôi trộn với đất sét có nhiều SiO₂ và một ít quặng sắt bằng phương pháp khô hoặc phương pháp ướt rồi nung hỗn hợp trong lò quay hoặc lò đứng ở 1400 – 1600^oC \[\xrightarrow{{}}\] hỗn hợp màu xám là clanhke. Để nguội, nghiền clanke với các chất phụ gia thành bột mịn \[\xrightarrow{{}}\] xi măng.

- Quá trình đông cứng của xi măng: chủ yếu là sự kết hợp của các hợp chất có trong xi măng với nước tạo thành những tinh thể hiđrat đan xen nhau tạo thành khối cứng và bền:

3CaO.SiO₂ + 5H₂O \[\xrightarrow{{}}\]Ca₂SiO₄.4H₂O + Ca(OH)₂

2CaO.SiO₂ + 4H₂O \[\xrightarrow{{}}\] Ca₂SiO₄.4H₂O

3CaO.Al₂O₃ + 6H₂O \[\xrightarrow{{}}\] Ca₃(AlO₃)₂.6H₂O

PHẦN II: BÀI TẬP

Câu 1: Nguyên tử cacbon và silic giống nhau về:

A .Cấu hình electron B .số electron ở lớp ngoài cùng

C .Số lớp electron D . Số điện tích hạt nhân

Câu 2: Trong các phản ứng sau( theo thư tự), Si là chất oxi hóa hay chất khử?

Si + 2KOH + H₂O\[\xrightarrow{{}}\]K₂SiO₃ + 2H₂ (1)

Si + 2F_{2\[\xrightarrow{{}}\]}SiF₄ (2)

A . đều là chất khử B .đều là chất oxi hóa

C .chất khử và chất oxi hóa D .Chất oxi hóa và chất khử.

Câu 3: Silic đioxit phản ứng được các chất trong daxy nào sau đây?

A . NaOH, MgO, HCl B .KOH, MgCO₃, HF

C .NaOH, Mg, HF D .KOH, Mg, HCl

Câu 4: Phương trình ion thu gọn :

2H⁺ + SiO₃^2- \[\xrightarrow{{}}\]H₂SiO₃(\[\downarrow \]) là của phản ứng hóa học xảy ra giữa:

A .H₂CO₃ và Na₂SiO₃ B .H₂CO₃ và K₂SiO₃

C .HCl và CaSiO₃ D .HCl và Na₂SiO₃

Câu 5: Chọn hóa chất có thể hòa tan được Si và Al:

A .KOH B .HCl

C .H₂SO_4
(loãng) D .dung dịch NH₃

Câu 6: Chọn phát biểu đúng về silicat:

A .Thủy tinh có cấu trúc vô định hình nên nhiệt độ nóng chảy xác định.

B .Xi măng là vật liệu dung trong xây dựng, là loại vật liệu không kết dính.

C .Thủy tinh, sành sứ, xi măng đều có chứa một số muối silicat trong thành phần.

D .Sứ là loại gốm dân dụng, gốm kỹ thuật và gốm xây dựng.

Câu 7: Để khắc chữ và hình lên thủy tinh, ta dung:

A .HCl đặc B .HBr

C .H₂SO₄ đặc D .HF

Câu 8:Một loại thủy tinh dung để chế tạo công cụ nhà bếp chứa 16% Na₂O, 9%CaOvà 75% SiO₂ về khối lượng.Trong loại thủy tinh này, 1 mol CaO kết hợp với :

A . 1,6125 mol Na₂O và 7,8125 mol SiO₂

B . 1,6 mol Na₂O và 7,77 mol SiO₂

C . 2 mol Na₂O và 6 mol SiO₂

D .1 mol Na₂O và 6 mol SiO₂

Câu 9: Thủy tinh không có cấu trúc tinh thể mà là chất vô định hình, nên thủy tinh:

A .có hệ số nở nhiệt rất nhỏ

B . có nhiều màu sắc khác nhau

C .trong suốt

D . không có nhiệt độ nóng chảy xác định.

Câu 10: Khối lượng Na₂CO₃ cầ dung để sản xuất 120kg thủy tinh( Na₂O.CaO.6SiO₂) với hiệu suất 90% là:

A .25,38 kg B .29,56 Kg

C .30,52 Kg D 32,64 Kg