Опыт 1 (демонстрационный). Получение аморфного кремния восстановлением диоксида кремния металлическим магнием Получение аморфного кремния основано на реакции

SiO₂ + 2Mg = Si + 2MgO; Н = -89 ккал/моль.

Реакция протекает очень бурно. Чтобы замедлить ее и предупредить образование силицида магния, который в присутствии НСl образует кремневодород (силан), опыт проводят при избытке SiО₂.

Выполнение опыта. Для наблюдения за опытом следует пользоваться защитными очками.

В тугоплавкую пробирку внести 3 - 4 г тщательно перемешанной смеси, состоящей из трех компонентов: кварцевого песка (15 г), порошка магния (12 г) и оксида магния (6 г). Смесь подогревать и наблюдать за реакцией, которая протекает с выделением тепла и света. После охлаждения пробирки полученный аморфный кремний отделить от оксида магния путем растворения MgO в 2 н. растворе соляной кислоты.

Следует знать, что при избытке металлического магния образуется силицид:

4Mg + SiO₂ = Mg₂Si + 2MgO,

взаимодействие которого с раствором НСl сопровождается выделением силана, самовоспламеняющегося на воздухе с образованием SiO₂.

Написать уравнение реакции взаимодействия силицида магния с соляной кислотой, а также уравнение реакции горения силана.

Опыт 2. Получение геля кремниевой кислоты

Гидраты кремнезема nSiО₂mН₂О являются смесью метакремниевой Н₂SiО₃, ортокремниевой H₄SiO₄ и поликремниевых nSiO₂mH₂O кислот. Они легко образуют коллоидные растворы. Кислоты с большим содержанием атомов кремния имеют вид бесцветного студня, труднорастворимого в воде.

(При высушивании геля образуются пористые продукты (силикагели), применяемые в качестве осушителей и адсорбентов.)

Выполнение опыта. В пробирку с раствором силиката натрия (5 капель) внести 6 - 7 капель 2 н. раствора соляной кислоты. Тщательно перемешать раствор cтеклянной палочкой и отметить образование геля кремниевой кислот. Написать уравнение соответствующей реакции.

Опыт 3. Гидролиз силиката натрия

Выполнение опыта. В пробирку внести 3 - 5 капель раствора силиката натрия и 1 каплю фенолфталеина. Отметить изменение окраски индикатора. Какую реакцию среды имеет раствор?

Написать уравнение реакции гидролиза силиката натрия, учитывая, что в результате образуется дисиликат натрия.

Опыт 4. Гидролиз силиката натрия

в присутствии хлорида аммония

Выполнение опыта. В пробирку с раствором силиката натрия (3 - 5 капель) добавить равный объем 0,5 н. раствора хлорида аммония. Отметить образование осадка, дать его название.

Написать уравнение реакции взаимодействия растворов силиката натрия и хлорида аммония. Какое влияние оказывает хлорид аммония на процесс гидролиза силиката натрия?

Опыт 5. Получение простых труднорастворимых силикатов

Выполнение опыта. В четыре пробирки внести по 3 - 5 капель растворов следующих солей: в первую - хлорида кальция; во вторую - нитрата кобальта; в третью - нитрата свинца и в четвертую – сульфата меди. Добавить в каждую из пробирок по 2 - 3 капли раствора силиката натрия до образования осадков. Отметить цвета осадков. Написать уравнения соответствующих реакций.

Опыт 6 (демонстрационный).

Травление силикатного стекла фтороводородной кислотой

Выполнение опыта. На покрытый слоем воска или парафина стеклянный предмет нанести рисунок с помощью металлической иглы, затем обработать поверхность 10%-ным раствором фтороводородной (плавиковой) кислоты. Вместо HF можно брать смесь, содержащую 1,5 г NaF в 10 мл 2 н. уксусной кислоты.

Операция травления продолжается 5 - 7 мин. После окончания травления предмет тщательно промыть водой и удалить воск или парафин механическим путем или растворением в спирте, бензине или скипидаре. Отметить на поверхности стекла появление рисунка вследствие вытравливания стекла фтороводородной кислотой на обнаженных участках.

Написать уравнение реакции взаимодействия стекла (SiO₂) с плавиковой кислотой.