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 Na₂CO₃ и SiO₂?

Решение:

а) При насыщении диоксидом углерода водного раствора силиката натрия образуются кремниевые кислоты в виде склеивающейся или изолирующейся плёнки:

СО₂ + Na₂SiO₃ + H₂O = H₂SiO₃↓ + Na₂CO₃

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:

4HF + SiO₂ = SiF₄↑ + 2H₂O

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

SiF₄ + 2HF = H₂[SiF₆]

Общее уравнение реакции:

6HF + SiO₂ = H₂[SiF₆] + 2H₂O

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:

SiF₄ + 3H₂O = H₂SiO₃↓ + 4HF

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

SiF₄ + 2HF = H₂[SiF₆]

Суммарный процесс выражается уравнением:

3SiF₄ + 3H₂O = H₂SiO₃↓  + 2H₂[SiF₆]

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

3SiF₄ + (2+х)H₂O = 2H₂[SiF₆] + 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:

CCl₄ + 2Н₂О = СО + 4HСl