Осуществите следующие превращения: Si → SiO2 → Na2SiO3 → H2SiO3 → SiO2 → CaSiO3

Ответы на вопрос

Отвечает Добровольская Милана.

Ниже приведена цепочка превращений с уравнениями реакций и кратким указанием условий проведения каждого этапа.

1. Кремний → диоксид кремния

Реакция окисления при нагревании

\mathrm{Si\;+\;O_2 \;\xrightarrow{\,t\,}\; SiO_2}

Тонко раздробленный кремний нагревают в токе сухого кислорода. Реакция экзотермическая, начинается около 600 °C и идёт до образования твёрдого кварцевого SiO₂.

2. Диоксид кремния → силикат натрия

Плавление с содой

\mathrm{SiO_2\;+\;Na_2CO_3 \;\xrightarrow{\,1200{-}1400\,^{\circ}C\,}\; Na_2SiO_3\;+\;CO_2\uparrow}

Смесь песка и кальцинированной соды сплавляют в огнестойкой тигле. Выделяющийся CO₂ удаляется газоотводом; расплав быстро охлаждают, получая «растворимое стекло» — Na₂SiO₃.

(Иногда используют реакцию с твёрдым NaOH: $\mathrm{SiO_2 + 2\,NaOH \xrightarrow{\,t\,} Na_2SiO_3 + H_2O}$ .)

3. Силикат натрия → двуокись кремниевой кислоты (метакремниевая кислота)

Кислотный гидролиз

\mathrm{Na_2SiO_3 + 2\,HCl + H_2O \rightarrow H_2SiO_3\downarrow + 2\,NaCl}

Водный раствор жидкого стекла постепенно подкисляют сильной кислотой (HCl или H₂SO₄) при температуре ≈ 20–30 °C, постоянно помешивая. Выпадает желеобразный осадок H₂SiO₃, который промывают на фильтре.

4. H₂SiO₃ → SiO₂

Обезвоживание при прокаливании

\mathrm{H_2SiO_3 \xrightarrow{\,300{-}400\,^{\circ}C\,} SiO_2 + H_2O\uparrow}

Сушёный гель метакремниевой кислоты прокалывают в фарфоровой лодочке. Вода удаляется, образуется аморфный («осаждённый») диоксид кремния.

5. SiO₂ → CaSiO₃

Плавление с известняком

\mathrm{SiO_2 + CaCO_3 \xrightarrow{\,1400{-}1500\,^{\circ}C\,} CaSiO_3 + CO_2\uparrow}

Тщательно перемешанные порошки кварцевого песка и измельчённого CaCO₃ сплавляют в шахтной печи. После выделения CO₂ расплав кристаллизуется, образуя силикат кальция (вольстонит). Аналогично можно использовать негашёную известь:

\mathrm{SiO_2 + CaO \xrightarrow{\,t\,} CaSiO_3}

Таким образом, исходный кремний через серию последовательных высокотемпературных плавлений и кислотного гидролиза превращается в силикат кальция CaSiO₃.