ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКА
Химия · 9 класс · § 38
Открываем, наблюдаем, объясняем

§ 38. Оксид кремния(IV). Кремниевая кислота и ее соли

Почему SiO₂ не ведёт себя как молекулярный CO₂ и как из него получают силикаты?

Обучающая модель4 смысловых раздела10 вопросов
Главный вопрос

Почему SiO₂ не ведёт себя как молекулярный CO₂ и как из него получают силикаты?

Исследуем вместе

От кварца к растворимому силикату и гелю

Переключай стадии. На схеме выделяется текущая форма вещества, а подпись у стрелки объясняет, какое условие связывает её со следующей.

Схема объясняет процесс; размеры, расстояния и цвета частиц условны. Это учебная модель, а не инструкция проведения опыта.

01

SiO₂ — сеть, а не отдельные молекулы

В кварце атомы связаны в пространственную структуру; формула SiO₂ задаёт отношение Si : O = 1 : 2. Прочные связи объясняют твёрдость и высокую температуру плавления. Структура отличается от молекулярного CO₂, хотя простейшие формулы похожи.

Кислотный характер оксида не означает обязательной реакции с водой. SiO₂ с водой в обычных условиях не образует заметного количества кремниевой кислоты. Поэтому схему «любой кислотный оксид + вода» нужно проверять для конкретного вещества.

Признак / объектЧто означаетПояснение
CO₂Молекулярное строениеГаз при обычных условиях
SiO₂Пространственная сетьТвёрдое вещество
Общий признакКислотные оксидыНе гарантирует одинаковых реакций с водой

В кварце атомы связаны в пространственную структуру; формула SiO₂ задаёт отношение Si : O = 1 : 2. Прочные связи объясняют твёрдость и высокую температуру плавления.

02

Силикаты получают взаимодействием с основаниями

При нагревании SiO₂ реагирует со щёлочами и некоторыми основными оксидами. Например, SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O. С карбонатом натрия при нагревании образуются силикат и CO₂.

Эти реакции подтверждают кислотные свойства SiO₂. Условия существенны: смешение песка с прохладной водой не эквивалентно химической переработке при нагревании. Коэффициенты 1 : 2 перед SiO₂ и NaOH связаны с зарядом силикатного остатка в учебной формуле.

Со щёлочью

SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O

С основным оксидом

SiO₂ + CaO → CaSiO₃

С карбонатом

SiO₂ + Na₂CO₃ → Na₂SiO₃ + CO₂

При нагревании SiO₂ реагирует со щёлочами и некоторыми основными оксидами. Например, SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O.

Кристаллы кварца

Кварц — кристаллический SiO₂ с пространственной сетью связей, а не набором отдельных молекул.

JJ Harrison · Wikimedia Commons · CC BY-SA 2.5. Без изменений.

Образец очищенного кремния

Простое вещество Si имеет блеск, но хрупко и обладает полупроводниковыми свойствами.

Enricoros · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.

03

Кислота из растворимого силиката

При подкислении раствора силиката натрия появляется студенистый продукт. Школьная запись Na₂SiO₃ + 2HCl → H₂SiO₃↓ + 2NaCl обозначает образование гидратированного кремнезёма, состав и структура которого сложнее отдельной молекулы H₂SiO₃.

При обезвоживании получают материал на основе SiO₂. Запись H₂SiO₃ → SiO₂ + H₂O удобна как схема состава. Она не означает, что любые кремниевые кислоты существуют как одинаковые простые молекулы или дают абсолютно одинаковый гель.

Раствор Na₂SiO₃

Растворимая силикатная система

Подкисление

Снижение устойчивости растворённой формы

Гель

Гидратированный кремнезём

Обезвоживание

Материал на основе SiO₂

При подкислении раствора силиката натрия появляется студенистый продукт. Школьная запись Na₂SiO₃ + 2HCl → H₂SiO₃↓ + 2NaCl обозначает образование гидратированного кремнезёма, состав и структура которого сложнее отдельной молекулы H₂SiO₃.

04

Силикаты — большое семейство материалов

Многие природные силикаты образуют сложные структуры и плохо растворяются. Растворимые силикаты Na и K известны как жидкое стекло в виде водных растворов. Их применяют в связующих и покрытиях благодаря способности образовывать твёрдые силикатные материалы.

Силикагель имеет развитую поверхность и способен удерживать воду, поэтому используется как осушитель. Кварц, силикагель и силикатный раствор нельзя считать одним веществом с одинаковыми свойствами: важны состав, гидратация и структура.

МатериалОсноваОсобенность
КварцКристаллический SiO₂Пространственная сеть
СиликагельПористый материал на основе SiO₂Развитая поверхность
Жидкое стеклоРастворы силикатов Na или KСвязующие свойства

Многие природные силикаты образуют сложные структуры и плохо растворяются. Растворимые силикаты Na и K известны как жидкое стекло в виде водных растворов.

Соберём главное

Шесть выводов

01В кварце атомы связаны в пространственную структуру; формула SiO₂ задаёт отношение Si : O = 1 : 2. Прочные связи объясняют твёрдость и высокую температуру плавления.
02При нагревании SiO₂ реагирует со щёлочами и некоторыми основными оксидами. Например, SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O.
03При подкислении раствора силиката натрия появляется студенистый продукт. Школьная запись Na₂SiO₃ + 2HCl → H₂SiO₃↓ + 2NaCl обозначает образование гидратированного кремнезёма, состав и структура которого сложнее отдельной молекулы H₂SiO₃.
04Многие природные силикаты образуют сложные структуры и плохо растворяются. Растворимые силикаты Na и K известны как жидкое стекло в виде водных растворов.
05Эти реакции подтверждают кислотные свойства SiO₂. Условия существенны: смешение песка с прохладной водой не эквивалентно химической переработке при нагревании.
06Силикагель имеет развитую поверхность и способен удерживать воду, поэтому используется как осушитель. Кварц, силикагель и силикатный раствор нельзя считать одним веществом с одинаковыми свойствами: важны состав, гидратация и структура.
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
1. Что обозначает SiO₂ в кварце?
2. Реагирует ли SiO₂ с водой заметно в обычных условиях?
3. Кислотные свойства SiO₂ доказывает…
4. Продукт SiO₂ + 2NaOH?
5. Что образуется при подкислении силиката в школьной схеме?
6. Что называют жидким стеклом?
7. Почему SiO₂ и CO₂ имеют разные свойства?
8. Что характерно для силикагеля?
9. Соль кремниевой кислоты называется…
10. В реакции SiO₂ + Na₂CO₃ при нагревании выделяется…

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Химия, 9 класс», § 38. Материал переработан для объяснения; источник: 9 класс. Химия — § 38. Оксид кремния(IV). Кремниевая кислота и ее соли.pdf. Научные уточнения учитывают различие молекулярного и немолекулярного строения и границы учебных моделей.

Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.

Royal Society of Chemistry: данные о химических элементах
↑

Загрузка прогресса…