Silic và hợp chất của Silic: Lý thuyết, Bài tập và Sơ đồ tư duy

Silic là gì? Lý thuyết Silic và hợp chất của Silic như nào? Các dạng bài tập Silic và hợp chất silic? Sơ đồ tư duy bài silic và hợp chất của silic? Kiến thức về silic và công nghiệp silicat?… Trong phạm vi bài viết dưới đây, hãy cùng DINHNGHIA.VN tìm hiểu về chuyên đề Silic và hợp chất của Silic nhé!

Silic là gì?

• Silic có cấu hình electron là \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{2}\).
• Silic thuộc nhóm IVA, chu kỳ 3 trong bảng hệ thống tuần hoàn.

Tính chất của Silic là gì?

Trước khi tìm hiểu cụ thể về Silic và hợp chất của Silic, chúng ta cần nắm được đặc điểm của Silic như sau:

Tính chất vật lý của Silic

Silic có 2 dạng thù hình là silic vô định hình và silic tinh thể.

• Silic vô định hình: Là chất bột màu nâu, không tan trong nước nhưng tan trong kim loại nóng chảy.
• Silic tinh thể: Thường có màu xám, có ánh kim, có cấu trúc giống kim cương nên có tính bán dẫn

Tính chất hóa học của Silic

• Các mức oxi hóa có thể có của Si: -4; 0; +2; +4 (số oxi hóa +2 ít đặc trưng) nên Si có cả tính khử và tính oxi hoá.
• Silic vô định hình có khả năng phản ứng cao hơn silic tinh thể.

Tính khử

• Tác dụng với phi kim:

\(Si + 2F_{2} \rightarrow SiF_{4}\) (phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thường)

\(Si + 2O_{2} \rightarrow SiO_{2} (400 – 600^{\circ}C)\)

• Tác dụng với hợp chất:

• Si tan dễ dàng trong dung dịch kiềm tạo ra \(H_{2}\)

\(Si + 2NaOH + H_{2}O \rightarrow Na_{2}SiO_{3} + 2H_{2}\)

• Si tác dụng với axit

\(4HNO_{3} + 18HF + 3Si \rightarrow 3H_{2}SiF_{6} + 4NO + 8H_{2}O\)

• Trong hồ quang điện, Silic tác dụng với \(H_{2}\) tạo thành một hỗn hợp các silan:

\(Si + H_{2} \rightarrow SiH_{4} + Si_{2}H_{6} + Si_{3}H_{6} +…\)

Tính oxi hóa

• Si tác dụng được với nhiều kim loại ở nhiệt độ cao \(\rightarrow\) silixua kim loại.

\(2Mg + Si \rightarrow Mg_{2}Si\)

Điều chế Silic như nào?

Bên cạnh việc tìm hiểu Silic là gì, lý thuyết Silic và hợp chất của silic thì việc điều chế Silic cũng được rất nhiều người quan tâm:

\(SiO_{2} + C \rightarrow 2CO + Si\, (1800^{\circ}C)\)

\(SiO_{2} + 2Mg \rightarrow 2MgO + Si\) (có thể thay Mg bằng Al)

\(SiCl_{4} + 2Zn \rightarrow Si + 2ZnCl_{2}\)

\(SiH_{4} \overset{t^{\circ}}{\rightarrow}Si + 2H_{2}\)

\(SiI4 \overset{t^{\circ}}{\rightarrow}Si + 2I_{2}\)

Silic đioxit (\(SiO_{2}\))

Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên

• Là chất ở dạng tinh thể nguyên tử, không tan trong nước.
• Trong tự nhiên chủ yếu tồn tại ở dạng khoáng vật thạch anh.

Tính chất hoá học

• \(SiO_{2}\) có tính chất của oxit axit, tan chậm trong dung dịch kiềm và tan dễ trong kiềm nóng chảy hoặc cacbonat kim loại kiềm nóng chảy \(\rightarrow\) silicat:

\(SiO_{2} + 2NaOH \rightarrow Na_{2}SiO_{3} + H_{2}O\)

\(SiO_{2} + Na_{2}CO_{3} \rightarrow Na_{2}SiO_{3} + CO_{2}\)

• \(SiO_{2}\) tan dễ trong axit HF:

\(SiO_{2} + 4HF \rightarrow SiF_{4} + 2H_{2}O\)

Phản ứng này dùng để khắc chữ trên thủy tinh \(\rightarrow\) không dùng bình thủy tinh để đựng axit HF.

Axit silicic và muối silicat

Silic và hợp chất của Silic như nào? Dưới đây là tổng hợp về axit silicic và muối silicat

Axit \(H_{2}SiO_{3}\)

• Dạng keo, không tan trong nước, khi đun nóng dễ bị mất nước:

\(H_{2}SiO_{3} \overset{t^{\circ}}{\rightarrow} H_{2}O + SiO_{2}\)

• Khi sấy khô, \(H_{2}SiO_{3}\) mất một phần nước tạo thành vật liệu xốp là silicagen được dùng làm chất hút ẩm và hấp phụ nhiều chất.
• \(H_{2}SiO_{3}\) chỉ tác dụng với dung dịch kiềm mạnh:

\(H_{2}SiO_{3} + 2NaOH \rightarrow Na_{2}SiO_{3} + 2H_{2}O\)

• Là axit yếu, yếu hơn axit cacbonic nên điều chế bằng cách dùng axit mạnh đẩy ra khỏi muối hoặc thủy phân một số hợp chất của Si.

\(Na_{2}SiO_{3} + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_{2}SiO_{3}\)

\(Na_{2}SiO_{3} + CO_{2} + H_{2}O \rightarrow H_{2}SiO_{3} + Na_{2}CO_{3}\)

\(SiCl_{4} + 3H_{2}O \rightarrow H_{2}SiO_{3} + 4HCl\)

Muối silicat

• Là muối của axit silicic thường không màu, khó tan (trừ muối kim loại kiềm tan được).
• Dung dịch đậm đặc của \(Na_{2}SiO_{3}\) được gọi là thủy tinh lỏng được dùng để chế tạo keo dán thủy tinh và sứ, bảo quản vải và gỗ khỏi bị cháy.
• Trong dung dịch, silicat của kim loại kiềm bị thủy phân mạnh tạo môi trường bazơ:

\(Na_{2}SiO_{3} + 2H_{2}O \rightarrow 2Na^{+} + 2OH^{-} + H_{2}SiO_{3}\)

Silic và công nghiệp silicat

Thủy tinh

• Là hỗn hợp của natri silicat, canxi silicat và silic đioxit có thành phần gần đúng được viết dưới dạng các oxit là: \(Na_{2}O.CaO.6SiO_{2}\)
• Sản xuất thủy tinh bằng cách nấu chảy hỗn hợp cát trắng, đá vôi và sôđa ở \(1400^{\circ}C\):

\(6SiO_{2} + CaCO_{3} + Na_{2}CO_{3} \rightarrow Na_{2}O.CaO.6SiO_{2} + 2CO_{2}\)

• Thủy tinh là chất vô định hình không có nhiệt độ nóng chảy xác định. Khi đun nóng nó mềm ra rồi mới chảy.
• Một số loại thủy tinh:
• Thủy tinh thông thường.

• Thủy tinh Kali: Thay \(Na_{2}CO_{3}\) bằng \(K_{2}CO_{3}\).
• Thủy tinh pha lê: chứa nhiều chì oxit.
• Thủy tinh thạch anh: sản xuất bằng cách nấu chảy \(SiO_{2}\) tinh khiết.
• Thêm các oxit kim loại vào sẽ tạo ra các loại thủy tinh có màu sắc khác nhau.

Đồ gốm

Chủ yếu được tạo thành từ đất sét và cao lanh.

• Các loại đồ gốm:

• Gạch và ngói: Thuộc loại gốm xây dựng được sản xuất bằng cách đem đất sét và cát nhào với nước thành một khối dẻo, tạo hình rồi sấy khô, nung ở \(900 – 1000^{\circ}C\). Gạch và ngói thường có màu đỏ là màu của oxit sắt có trong đất sét.
• Gạch chịu lửa: Gồm 2 loại chính là gạch đinat và gạch samôt. Gạch đinat gồm 93 – 96% \(SiO_{2}\); 4 – 7% CaO và đất sét nung ở khoảng \(1300-1400^{\circ}C\). Gạch samôt gồm bột samôt trộn với đất sét và nước đem đóng khuôn và sấy khô, vật liệu được nung ở \(1300-1400^{\circ}C\).
• Sành: là đất sét sau khi nung ở nhiệt độ \(1200-1300^{\circ}C\)
• Sứ: được sản xuất từ cao lanh, fenspat, thạch anh và một số oxit kim loại. Đồ sứ được nung 2 lần, lần đầu ở \(1000^{\circ}C\), sau đó tráng men và trang trí rồi nung lần thứ 2 ở nhiệt độ khoảng \(1400-1450^{\circ}C\)
• Men: có thành phần chính gần giống sứ nhưng dễ nóng chảy hơn.

Xi măng

• Thành phần hóa học: TPHH chính của xi măng pooclăng là canxi silicat và canxi aluminat: \(Ca_{3}SiO_{5}\) hoặc \((3CaO.SiO_{2}), Ca_{2}SiO_{4}\) (hoặc \(2CaO.SiO_{2}\)), \(Ca_{3}(AlO_{3})_{2}\) (hoặc \(3CaO.Al_{2}O_{3}\)).
• Cách sản xuất: Nghiền nhỏ đá vôi trộn với đất sét có nhiều \(SiO_{2}\) và một ít quặng sắt bằng phương pháp khô hoặc phương pháp ướt rồi nung hỗn hợp trong lò quay hoặc lò đứng ở \(1400-1600^{\circ}C \rightarrow\) hỗn hợp màu xám là clanhke. Để nguội, nghiền clanke với các chất phụ gia thành bột mịn \(\rightarrow\) xi măng.
• Quá trình đông cứng của xi măng: Chủ yếu là sự kết hợp của các hợp chất có trong xi măng với nước tạo thành những tinh thể hiđrat đan xen nhau tạo thành khối cứng và bền:

\(3CaO.SiO_{2} + 5H_{2}O \rightarrow Ca_{2}SiO_{4}.4H_{2}O + Ca(OH)_{2}\)

2CaO.SiO2 + 4H2O → Ca2SiO4.4H2O\(2CaO.SiO_{2} + 4H_{2}O \rightarrow Ca_{2}SiO_{4}.4H_{2}O\)

\(3CaO.Al_{2}O_{3} + 6H_{2}O \rightarrow Ca_{3}(AlO_{3})_{2}.6H_{2}O\)

Sơ đồ tư duy bài silic và hợp chất của silic

Bên cạnh việc nắm được lý thuyết và bài tập silic và hợp chất của silic thì bạn cũng cần ghi nhớ phần kiến thức này qua sơ đồ tư duy bài silic và hợp chất của silic, cụ thể như sau:

Bài tập silic và hợp chất của silic trong SGK Hóa học 11

Bài 1: Sự giống và khác nhau giữa silic và cacbon trong tính chất hóa học.

Giống nhau

• Đều có các số oxi hóa -4; 0; +2; +4
• Vừa có tính khử, vừa có tính oxi hóa
• Tính khử

Ví dụ: C + O2 →t0 CO2

Si + O2 →t0 CO2

• Tính oxi hóa

Ví dụ: 4Al + 3C →t0 Cl2C3

2Mg + Si →t0 Mg2Si

Khác nhau

• Cacbon chủ yếu thể hiện tính khử.
• Silic tác dụng dễ dàng với dung dịch kiềm.
• Số oxi hóa +2 ít đặc trưng đối với silic.

Bài viết trên đây của DINHNGHIA.VN đã tổng hợp lý thuyết cũng như bài tập Silic và hợp chất của Silic. Hy vọng những kiến thức trên sẽ hữu ích với bạn trong quá trình học tập. Chúc bạn luôn học tốt!