Опыт 5: Кремниевый ангидрид, кремниевая кислота и их соли

а) Конторский клей десятикратно разбавили дистиллированной водой и оттитровали 0,1 н соляной кислотой в присутствии фенолфталеина.

Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃↓ + 2NaCl f_экв(Na₂SiO₃) = 1/2

V₁ = 19,38 мл

V₂ = 19,42 мл V_ср = 19,41 мл

V₃ = 19,43 мл

V(Na₂SiO₃) * C(1/2 Na₂SiO₃) = V(HCl) * C(HCl)

C(1/2 Na₂SiO₃) = V(HCl) * C(HCl)/ V(Na₂SiO₃)

C(1/2 Na₂SiO₃) = 19,41 * 0,1 / 5 = 0,3882 моль/л

C(Na₂SiO₃) = 0,7764 моль/л

С учетом проведенного разбавления:

C(Na₂SiO₃) = 15,582 моль/л

б) В пробирку поместили несколько капель раствора конторского клея, прилили равный объем 2н соляной кислоты и взболтали. Образовался белый осадок, который растворяется в концентрированном растворе щелочи, но не растворяется в концентрированном растворе соляной кислоты. Образовавшийся осадок представляет собой кремниевую кислоту, поэтому она взаимодействует со щелочами, а с кислотами – нет.

Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃↓ + 2NaCl

H₂SiO₃ + 2NaOH = Na₂SiO₃ + 2H₂O

H₂SiO₃ +2OH^- = + 2H₂O

H₂SiO₃ + HCl реакция не идет

в) Смешали водные растворы конторского клея и хлорида аммония в объемном отношении 1:3. Раствор помутнел. Это обусловлено взаимным усилением гидролиза и протеканием его в этих условиях до конца.

г) В водный раствор конторского клея пропустили из аппарата Киппа ток очищенного углекислого газа. На поверхности раствора в пробирке образовалась плотная, прозрачная пленка геля.

д) В пробирку поместили 5 мл концентрированной соляной кислоты, добавили 1 мл водного раствора конторского клея и взболтали.

Образовался гелеобразный мутный раствор, содержащий мицеллы кремниевой кислоты:

е) Измерили рН равномолярных водных растворов карбоната и силиката натрия. рН(Na₂CO₃) = 9 , pH(Na₂SiO₃) = 12. Отсюда можно сделать вывод о том, что угольная кислота сильнее кремниевой, а её соли менее подвержены гидролизу.

гидролиз по первой ступени:

Na₂CO₃ + H₂O ↔ NaHCO₃ + NaOH

CO₃^2- + H₂O ↔ HCO₃^- + OH^-

Na₂SiO₃ + H₂O ↔ NaHSiO₃ + NaOH

SiO₃^2- + H₂O ↔ HSiO₃^- + OH^-

гидролиз по второй ступени:

NaHCO₃ + H₂O ↔ NaOH + H₂O + CO₂↑

HCO₃^- + H₂O ↔ OH^- + H₂O + CO₂↑

NaHSiO₃ + H₂O ↔ NaOH + H₂SiO₃↓

HSiO₃^- + H₂O ↔ OH^- + H₂SiO₃↓

ж) Сильно нагрели конец стеклянной трубки и быстро опустили его в воду. Осколки тщательно растерли в ступке, смочили дистиллированной водой и добавили каплю фенолфталеина. Появилась малиновая окраска. Это обусловлено тем, что силикат натрия – это соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой, а значит гидролизуется по аниону. Поэтому в растворе имеет щелочную среду. (Уравнения гидролиза в опыте 5е)

з) Наполнили стаканчик разбавленным водным раствором конторского клея и опустили в него по одному крупному кристаллику солей железа, кобальта, никеля и меди. Кристаллики стали увеличиваться в размерах и распределились по объему раствора.

Na₂SiO₃ + CuSO₄ + 2H₂O ↔ Cu(OH)₂ + H₂SiO₃ + Na₂SO₄

SiO₃^2- + Cu²⁺ +2H₂O ↔ Cu(OH)₂ ↓ + H₂SiO₃ (кристаллы синего цвета)

SiO₃^2- + Ni²⁺ + ↔ Ni(OH)₂↓+ (кристаллы зеленого цвета)

Na₂SiO₃ + CoCl₂ + 2H₂O ↔ Co(OH)₂ + H₂SiO₃ + 2NaCl

SiO₃^2- + Co²⁺ + 2H₂O ↔ Co(OH)₂↓ + H₂SiO₃ (кристаллы фиолетового цвета)

Na₂SiO₃ + FeCl₂ + 2H₂O ↔ Fe(OH)₂↓ + H₂SiO₃ + 2NaCl

SiO₃^2- + Fe²⁺ + 2H₂O ↔ Fe(OH)₂↓ + H₂SiO₃ (кристаллы красно-коричн. цвета)

и) В водный раствор конторского клея пропустили из аппарата Киппа ток очищенного углекислого газа до прекращения гелеобразования. Полученный гидрогель отфильтровали, промыли дистиллированной водой и высушили в вакуумном сушильном шкафу при 150°С в течении часа. Высушенный препарат охладили в эксикаторе и растерли в ступке. Часть препарата обработали слабым (светло-синим) аммиачным раствором сульфата меди. Раствор обесцветился, что свидетельствует об адсорбции ионов меди на внутренней поверхности гидрогеля.

Методика проведения десорбции. Сорбент с сорбатом поместить в фарфоровый тигель, высушить до удаления влаги и прокаливать при 500 в течение 10 мин. После охлаждения остаток обработать 1 М Н₂SO₄ (по 3 мл на 1 г сорбента), отфильтровать твердую фазу и промыть ее на фильтре небольшими порциями дистиллированной воды (5 мл). Фильтрат нейтрализовать до рН 4–5 и определить содержание меди.

Вывод. Изучили свойства кремния и его соединений. Выяснили, что элементарный кремний проявляет восстановительную активность, а его соединения не имеют выраженных окислительно-восстановительных свойств. Помимо этого легко наблюдать кислотные свойства кремния и его соединений. Помимо этого, оксид кремния в разных своих формах является хорошим адсорбентом .

Вывод по работе.

Были исследованы свойства соединений углерода и кремния. Показано их кислотно-основное взаимодействие, окислительные превращения, а так же некоторые специфические свойства, связанные с процессом гидролиза и образованием полимерных соединений для кремния.