Тема7. Водные разновидности кремнезема

ЗАДАНИЯ

К контрольной работе

по дисциплине: ОП.04 «Химия кремния»

Для специальности: 240111 «Производство тугоплавких неметаллических и силикатных материалов и изделий»

Для группы Т 1-1уз

1 Дайте краткую характеристику кремния, указав:

а) строение его атома и возможные степени окисления кремния
в соединениях с водородом и кислородом;

б) физические свойства;

в) химические свойства кремния.
Напишите уравнения реакций.

2Напишите уравнения реакций, характеризующих процесс по­лучения кремния лабораторным и промышленным методами.

3. Сколько килограммов кристаллического кремния получается
при восстановлении коксом в электрической печи 900 кг оксида

кремния (IV).

4. Определите массовую долю посторонних примесей, содержащихся
в оксиде кремния (IV), если при восстановлении магнием 180 г SiO₂
получено 70 г кремния.

5. С металлами (например: магнием, железом, молибденом) крем­
ний образует химические соединения. Как они называются? Составьте
уравнения реакций их образования.

6. Сколько килограммов кремния получится при прокаливании
20 кг песка с массовой долей SiO₂ 95 % и 10 кг кокса в электропечи.

7. Составьте уравнения следующих превращений. Укажите усло­
вия проведения реакций и назовите продукты каждой реакции:

Si → SiO₂ → Si → Mg₂Si → SiH₄.

8. Песок массой 2 кг сплавили с избытком гидроксида калия,
получив при этом 3,82 кг силиката калия. Определите выход про­
дукта реакции, если массовая доля оксида кремния (IV) в песке рав­
на 90 %.

9. Представьте с помощью уравнений химических реакций сле­
дующие превращения:

SiO_? → Mg₂Si →SiH₄ → SiO₂.

10. Напишите уравнения реакций и опишите процесс травления
стекла.

11 Как осуществить следующие превращения-

а) Na₂Si0₃ →X→ SiO₂;

б) SiO₂ → X -→ Mg₂Si → SiH₄.

12. Напишите уравнения реакций, характеризующие химические свойства карбида кремния. Где применяется SiC?

13. Какие соединения кремния называются силанами? Дайтеобщее представление о гомологическом ряде силанов.

14. Напишите уравнения реакций и объясните сущность процесса флюатирования.

15. Как можно получить кремнефторид натрия и какова областьприменения этой соли?

16. Дайте общее понятие о кремнеорганических соединениях и оспособах их получения.

17. На каких свойствах кремнеорганических соединений основано их применение?

18. При получении соли Na₂Si0₃ был сплавлен кремнезем с 10 кгедкого натра. Вычислить количество вступившего в реакцию кремнезема и образовавшегося силиката натрия.

19. Назовите важнейшие природные разновидности кремнезема. Какова область применения SiO₉?

 

20. Что называется полиморфизмом и в чем заключается сущность полиморфных превращений кремнезема? Нарисуйте схему полиморфных превращений кремнезема.

21. Назовите главные модификации кремнезема при полиморфных превращениях и укажите температурные границы стабильности этих модификаций.

22. Назовите метастабильные формы полиморфных разновид­
ностей кремнезема и дайте краткую характеристику каждой из них.

23. Какими процессами можно объяснить нарушение сплошнос­
ти в виде трещин поверхности кремнеземсодержащих изделий?

24. Какие процессы лежат в основе получения кварцевого стекла
и каково его применение? Какими преимуществами оно обладает
перед обыкновенным стеклом?

25. Какая связь в кислородных соединениях кремния называется
силоксановой? Какие соединения имеют силоксановую связь?

26. Сколько граммов диоксида кремния (IV) вступает в реакцию
с 0,5 моль плавиковой кислоты при разъедании обыкновенного си­
ликатного стекла?

27. Как, исходя из кремнезема и имея в распоряжении все необ­
ходимые вещества, получить кремневую кислоту? Приведите урав­
нения соответствующих реакций.

28. Составьте уравнения реакций между:

а) кремнеземом и содой;

б) силикатом натрия и соляной кислотой.

Укажите, при каких условиях идет каждая из названных реак­ций.

29 Какую массу силиката натрия можно получить при сплавле­нии оксида кремния (IV) с 64,2 кг соды, массовая доля примесей в которой составляет 5 %?

30. Составьте уравнения следующих превращений. Укажите ус­ловия проведения реакций и назовите продукты каждой реакции:

Si → SiO₂ → К₂Si0₃ → H₂Si0₃ → SiO₂.

31. Опишите условия получения силикагеля, какова область его

применения?

32. Составьте уравнения следующих превращений. При каких
условиях идет каждая из этих реакций и как называются участники
химических превращений?

Si → SiH₄ → SiO₂ → Na₂SiO₃ → H₂Si0₃ → SiO₂.

↓

SiF₄

33. Опишите способы получения растворимых стекол и объяс­
ните их назначение.

34. Напишите в виде оксидов- формулы молекул следующих си­
ликатов, определите, к какой группе силикатов они относятся и ука­
жите их свойства:

а) каолин H₄Al₂Si₂0₉;

б) альбит Na₂AI₂$i₆O_lg.

35. Сколько едкого натрия, содержащего 96 % NaOH, необходи­
мо для получения 180 кг силиката натрия?

36. Напишите о природных гидросиликатах магния. Перечисли­
те области их применения.

37. С помощью теории А.А. Байкова объясните процессы гидра­
тации, идущие при схватывании и твердении цементов.

38. Объясните сущность полиморфных превращений двухкаль-
циевого силиката. Какое значение это имеет в процессе силикатно­
го распада?

39. Представьте в виде оксидов следующие природные силикаты
и определите, к какой группе силикатов они относятся.

Укажите их свойства:

а) ортоклаз K[AiSi₃O₈];

б) форстерит Mg₂[Si0₄].

40. Представьте в виде оксидов следующие природные силикаты
и опишите их свойства:

а) нефелин Na[AISiO₄];

б) анортит Ca[Al ₂Si ₂O₈].

41. Представьте в виде оксидов следующие минералы и определи­
те, к какой группе силикатов они относятся. Укажите их свойства:

а) серпентин Mg₃H₄Si₂0₉;

б) асбест CaMg₃Si₄0₁₂,

 

42. Как осуществить следующие превращения:
SiH₄ → SiO₂ → X → SiO₂, → Na₂SiO₃

↓

SiC →Y → Na₂SiO₃

Укажите вещества X и У. Напишите уравнения соответствующих реакций.

43. Опишите свойства природных соединений силиката алюми­
ния. Каково их промышленное использование?

44. Состав глины выражается формулой А1₂О₃ • 2SiO₂ • 2Н₂О.
Определите массовую долю алюминия в ней.

 

45. Составьте уравнение процесса химического выветривания
ортоклаза. Какое практическое применение в силикатной промыш­
ленности имеют гидросиликаты алюминия?

46. Сколько поташа образуется при каолинизации из 135 кг ор­
токлаза?

47. Напишите о использовании полевых шпатов в промышленности.

 

48. Что называется алюмосиликатами? Каково использование
природных алюмосиликатов в силикатной промышленности?

49. Какие производства охватывает силикатная промышленность?

 

50. Назовите важнейшие природные силикаты, используемые
силикатной промышленностью.

51. Какую кислоту нельзя хранить ни в обыкновенной стеклян­
ной посуде, ни в посуде из кварцевого стекла? Почему?

52. Напишите уравнения реакций, выражающие сущность про­
цесса производства обычного силикатного стекла.

53. Сколько чистой двуокиси кремния необходимо для взаимо­
действия с 50 кг углекислого кальция и 53 кг углекислого натрия
согласно стехиометрическому расчету?

54. Изобразите химической формулой состав обычного силикат­ного стекла. Вычислите массовые доли в нем: а) натрия; б) кальция *

55. Опишите процесс получения хрусталя. Какие свойства ха­рактерны для тяжелого стекла?

56. На каких химических и физико-химических превращениях
базируется силикатное производство?

57. Опишите практическое применение стекломатериалов. Ка­
ковы их состав и свойства?

58. Что такое керамика? Опишите процессы изготовления кера­
мических изделий.

59. Опишите процессы производства цемента. Какие виды це­
мента существуют и какими свойствами они характеризуются?

60. Сколько стекла можно получить сплавлением 376,5 кг SiO₂ с
необходимым количеством оксидов натрия и кальция?

61. В производстве стекла применяют соду К ₂СОз • ХН₂О, массо­
вая доля воды в кристаллогидрате составляет 62,94 %. Определите X.

62. Исходя из состава стекла Na ₂ O• СаО • 6SiO₂, рассчитайте, в каких
количествах нужно взять исходные вещества ддя получения1 кг стекла.

63. Сколько каустической соды с массовой долей NaOH 95 % и
песка с массовой долей SiO₂ 90 % нужно взять для получения 1 т
силиката натрия?

64. Какое количество соды, известняка и кремнезема нужно иметь
для получения 1 т обычного стекла?

65. Какое количество соды с массовой долей 85 % следует взять
для получения 50 кг стекломассы?

66. Состав минерала асбеста можно выразить формулой 3MgSiO₃ *CaSiO₃. Определите массовую долю оксида кремния (IV) в асбесте.

67. Сколько соды с массовой долей Na₂CO₃ 96 % нужно взять
для получения 200 кг стекла?

68. Для производства тугоплавкого стекла вместо карбоната на­
трия применяется карбонат калия. Составьте уравнения реакций по­
лучения тугоплавкого стекла. Докажите, что относительно тяжелее:
оконное стекло или тугоплавкое стекло.

69. Какую массу поташа с массовой долей К₂СО₃ 80 %, мела с
массовой долей СаСО₃ 90 % надо взять с необходимым количеством
SiO₂, чтобы получить стекло состава К,О * СаО * 6SiO₂ массой 300 кг?

70. При сплавлении природного известняка массой 150 г с окси­
дом кремния (IV) образовался силикат кальция массой 145 г. Опре­
делите массовую долю карбоната кальция в природном известняке.

 

Таблица вариантов контрольной работы

 

 

Литература

 

1. Белостоцкая И.С. Химия кремния.– М.: ИНФРА-М, 2008

2. Электронный учебник «Химия кремния»

Вопросы для самоконтроля

1. Что называют полиморфизмом?

2. Какова последовательность полиморфных превращений различных кристаллических модификаций диоксида кремния?

 

3. С чем связаны превращения между стабильными формами кремнезема?

4. Каково значение полиморфных превращений диоксида кремния?

5. Какая связь между атомами кремния называется силоксановой?

6. Что является основной структурной единицей в кремнекислородных соединениях?

Тема 6. Аморфные разновидности кремнезема

При изучении данной темы необходимо познакомиться со свойствами и применением кварцевого стекла.

Вопросы для самоконтроля

1. Каковы свойства кварцевого стекла?

2. Где используется кварцевое стекло? Какими преимуществами оно обладает перед обыкновенным стеклом?

 

Тема7. Водные разновидности кремнезема

При изучении темы следует уяснить, что к водным разновидностям кремнезема относятся слабые малорастворимые в воде кремневые кислоты, их общая формула mSiO₂ • пН₂О. Необходимо обратить внимание на условия, способствующие образованию золя и геля кремневой кислоты, на использование силикагеля, природных гидратов кремнезема.

Вопросы для самоконтроля

1. Каково строение молекул кремневых кислот?

2. Какие условия способствуют образованию золя и геля кремневой кислоты?

3. Как используются силикагель и природные гидраты кремнезема?

 

Тема 8. Силикаты щелочных металлов

При изучении темы следует понять, что силикаты — это химические соединения, в которых кремний присутствует в составе комплексного иона [SiO₄]^{4 -} или производных последнего, а также обратить внимание на свойства силикатов натрия и калия, получение и применение растворимого стекла.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие химические соединения называют силикатами?

2. Каковы свойства силикатов натрия и калия?

3. Как получают растворимое стекло, где оно используется?

Тема 9. Силикаты щелочно-земельных металлов

При изучении данной темы необходимо познакомиться с использованием в промышленности силикатов магния, кальция, бария, стронция и бериллия, особенно силикатов магния в производстве керамики и магнезиальных огнеупорных изделий, а также со строением молекул гидросиликатов магния: талька, серпентина, со свойствами и использованием асбеста как разновидности серпентина.

 

 

Вопросы для самоконтроля

1. Каково значение силикатов магния в производстве строительных материалов?

2. В каком виде силикаты магния находятся в природе?

3. Каково строение молекул талька и серпентина?

4. Каковы свойства и использование асбеста?

Тема 10. Силикаты кальция

Основная цель темы — познакомиться с ролью силикатов кальция как главной частью цементов и металлургических шлаков, со значением ортосиликата 2СаО•SiO₂ и его природных разновидностей: минералов бредигита и ларнита, а также волостанита, псевдоволостанита, трехкальциевого силиката и трехкальциевого бисиликата. Далее необходимо уяснить, что двухкальциевый силикат существует в четырех кристаллических модификациях: ά, ά', β, γ. Для каждой модификации существует свой температурный режим. Для технологии вяжущих веществ важными являются β и γ -модификации двухкальциевого силиката.

Вопросы для самоконтроля

1. Какова роль силикатов кальция в производстве строительных
материалов?

2. Каковы природные разновидности силикатов кальция?

3. Как образуется силикат кальций при обжиге цементного клинкера?

4. Какое значение имеют β и γ -модификации двухкальциевого силиката?