硅的化合物释疑

硅的化合物释疑

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作者：佚名来源：文章中心 加入时间：2006-11-3 人气：284

    1．实验室盛放碱液的试剂瓶要用橡胶塞而不能用玻璃塞，原因是玻璃成份中的SiO2要和NaOH反应生成Na2SiO3，将玻璃瓶口和玻璃塞粘住。可为什么试剂瓶壁却不与NaOH溶液反应呢？
    事实证明：NaOH和玻璃中SiO2的反应速率、程度与NaOH的浓度、反应的温度及仪器表面的光滑度有关。盛放NaOH溶液的试剂瓶口内壁、玻塞只所以能和碱液发生反应是因为瓶口内壁和瓶塞经磨砂处理后，表面变得粗糙，形成无数的突起和棱角，这既增加了反应的活性，又造成了溶液的滞留，而且由于水份的逐渐蒸发会使NaOH溶液浓度增大，常温下碱溶液长时间与玻塞附近的玻璃接触就发生了反应生成Na2SiO3，使瓶口与瓶塞粘在一起。而光滑度很好的玻璃与碱液接触，即使加热也极难反应。较长时间加热盛NaOH溶液的试管不见任何现象，就可以证明这一点。但如果把NaOH固体和SiO2混合加热，则反应很容易进行。我们可以用一个实验来证实：在一个小试管中放入少量固体NaOH，夹持在铁架台上加热，NaOH熔融（熔点318.4℃）后，再加热较短时间，冷却，可观察到试管底失去透明现象，这是由于玻璃受到了融熔NaOH的腐蚀。如果加热较长时间，熔融的NaOH则会穿透试管底。
    2．二氧化硅是立体网状的晶体，其中最小的封闭环上有几个原子？
    通过观察金刚石的结构模型和课本上金刚石结构示意图，我们可以得出：在金刚石的晶体中，有许多共价键形成的碳原子环，其中最小的环上有6个碳原子。硅的结构类似于金刚石，如果在硅的结构中每个Si—Si中间嵌入一个氧原子，就可以得到SiO2的结构模型。通过它很容易得出，SiO2晶体中最小的封闭环上有6个氧原子，6个硅原子，共12个原子。
    3．二氧化碳与硅酸钠溶液反应可以生成硅酸，另外生成的是Na2CO3还是NaHCO3？
    H2CO3是二元弱酸，其电离常数K1=4.30×10-7 K2=5.61×10-11，H2SiO3是更弱的二元酸，其电离常数K3=2.0×10-10，K4=1.0×10-12，两者相比得K1＞K3＞K2＞K4，所以酸性强弱的次序为：
    H2CO3>H2SiO3>HCO3-

    因此CO2与Na2SiO3溶液反应时，一般情况下是生成NaHCO3，但当CO2的量不足或很少时，也会生成Na2CO3。
    4．硅酸和常见含氧酸相比有什么特点？
    硅酸和常见含氧酸相比，特点主要有：
    （1）组成复杂。硅酸为组成复杂的白色固体，常随形成条件的不同而有不同的组成。主要有：硅酸（H2SiO3）、原硅酸（H4SiO4）、二硅酸（H6Si2O7）、三硅酸（H4Si3O8）等。在各种硅酸中常以硅酸的组成最简单，所以常用H2SiO3这一化学式代表硅酸。
    （2）制法不同。SiO2为硅酸的酸酐，由于SiO2不溶于水，所以不能用SiO2与水直接反应得到硅酸，而只能用可溶性硅酸盐与酸反应制取。
    （3）难溶弱酸。在常见含氧酸中，只有硅酸难溶于水，且酸性极弱，它不能使指示剂变色。
    （4）极易缩合。一般来说，含氧酸的酸性越弱，缩合性越强（H2CO3除外）。在常见的含氧酸中，原硅酸（H4SiO4）缩合性最强，它经过脱水可得到一系列酸，包括硅酸和多硅酸。
    （5）易成凝胶。在可溶性硅酸盐中加入酸，开始生成单分子硅酸，当单分子硅酸逐渐缩合为多酸时，就形成硅酸溶胶。在此溶液中加入电解质，或者在适当浓度的Na2SiO3溶液中加入酸则得到半凝固状态、软而透明、且有弹性的硅酸凝胶。将硅酸凝胶用热水充分洗涤除去可溶性盐类，在60℃～70℃烘干，并徐徐升温至300℃脱水即得包含有无数微】紫丁⒈砻婊艽蟮囊恢治镏省杞骸Ｈ绻杷崮河肅oCl2溶液润泡，干燥脱水即得变色硅胶。
    5．为什么常用氧化物的形式来表示硅酸盐的组成？
    硅酸盐的种类繁多，组成结构复杂。其阴离子的基本结构单元为SiO4四面体。除了可以由单个的硅氧四面体和阳离子形成硅酸盐外，还可由多个SiO4四面体通过顶角上的1个或2个或3个、4个氧原子连接形成环状、链状、片状或三向空间网络结构，金属阳离子则分布于环、链、片或网的空隙之中。因此硅酸盐既可以看作是金属的硅氧化合物，也可以看作是酸性氧化物和碱性氧化物组成的复杂化合物，而用通式aMxOy·bSiO2·cH2O来表示。虽然我们可以用一般化学式来表示硅酸盐的组成，但不如用元素氧化物形式表示显得更清楚、更直观。需要注意的是：通式aMxOy·bSiO2·cH2O中a、b、c不能是分数；除氧外，有几种元素就写几种氧化物。如果金属氧化物多于一种时，按K、Na、Ca、Mg、Al的顺序排列；氧化物的形式要与盐的组成相符。

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