Điều chế Silic trong công nghiệp

Câu hỏi: Điều chế Silic trong công nghiệp

Silic được điều chế trong công nghiệp bằng cách dùng chất khử mạnh như cacbon để khử SiO₂ ở nhiệt độ cao.

SiO₂ + 2C → Si + CO₂

Cùng Top lời giải đi tìm hiểu chi tiết về Silic và hợp chất của silic nhé.

A. SILIC

I. Tính chất vật lí

Silic có các dạng thù hình: silic tinh thể và silic vô định hình.

- Silic vô định hình: là chất bột màu nâu, không tan trong nước nhưng tan trong kim loại nóng chảy.

- Silic tinh thể: có màu xám, có ánh kim, có cấu trúc giống kim cương nên có tính bán dẫn.

Silic tinh thể có cấu trúc giống kim cương, màu xám, có ánh kim, nóng chảy ở nhiệt độ 1420˚C. Silic tinh thể có tính bán dẫn: ở nhiệt độ thường dẫn điện thấp, nhưng khi tăng nhiệt độ thì độ dẫn điện tăng lên.

Silic vô định hình là chất bột màu nâu.

II. Tính chất hóa học

- 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.

1. Tính khử

- Tác dụng với phi kim:                      

Si + 2F₂ → SiF₄ (phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thường)

Si + 2O₂ → SiO₂ (400 - 600⁰C)

- Tác dụng với hợp chất:

     + Si tan dễ dàng trong dung dịch kiềm → H₂            

Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 2H₂

     + Si tác dụng với axit                                                 

4HNO₃ + 18HF + 3Si → 3H₂SiF₆ + 4NO + 8H₂O

- Trong hồ quang điện, Silic tác dụng với H₂ tạo thành một hỗn hợp các silan:

Si + H₂ → SiH₄ + Si₂H₆ + Si₃H₆ + ...

2. Tính oxi hóa

     Si tác dụng được với nhiều kim loại ở nhiệt độ cao → silixua kim loại.      

2Mg + Si → Mg₂Si

III. Điều chế và ứng dụng

1. Điều chế

SiO₂ + C Than cốc → 2CO + Si (1800⁰C)

SiO₂ + 2Mg → 2MgO + Si (có thể thay Mg bằng Al)

SiCl₄ + 2Zn → Si + 2ZnCl₂

SiH₄ → Si + 2H₂ (t⁰)

2. Ứng dụng

 Silic là nguyên tố rất có ích, là cực kỳ cần thiết trong nhiều ngành công nghiệp. SiO₂ trong dạng cát và đất sét là thành phần quan trọng trong chế tạo bê tông và gạch cũng như trong sản xuất xi măng. Silic là nguyên tố rất quan trọng cho thực vật và động vật. Silica dạng nhị nguyên tử phân lập từ nước để tạo ra lớp vỏ bảo vệ tế bào. Các ứng dụng khác có:

- Gốm/ men sứ - Là vật liệu chịu lửa sử dụng trong sản xuất các vật liệu chịu lửa và các silicat của nó được sử dụng trong sản xuất men sứ và đồ gốm.

- Thép - Silic là thành phần quan trọng trong một số loại thép.

- Đồng thau - Phần lớn đồng thau được sản xuất có chứa hợp kim của đồng với silic.

- Thủy tinh - Silica từ cát là thành phần cơ bản của thủy tinh. Thủy tinh có thể sản xuất thành nhiều chủng loại đồ vật với những thuộc tính lý học khác nhau. Silica được sử dụng như vật liệu cơ bản trong sản xuất kính cửa sổ, đồ chứa (chai lọ), và sứ cách điện cũng như nhiều đồ vật có ích khác.

B. SILIC ĐIOXIT (SiO­₂)

I. Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên

Silic đioxit (SiO₂) là chất ở dạng tinh thể, nóng chảy ở 1713⁰C, không tan trong nước. Trong tự nhiên, SiO₂ tinh thể chủ yếu ở dạng khoáng vật thạch anh. Thạch anh tồn tại ở dạng tinh thể lớn, không màu, trong suốt. Cát SiO₂ có chứa nhiều tạm chất.

II. Tính chất hoá học

- SiO­₂­ 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 → silicat:

SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O

SiO₂ + Na₂CO₃ → Na₂SiO₃ + CO₂

- SiO­₂ tan dễ trong axit HF:                

SiO₂ + 4HF → SiF₄ + 2H₂O

Phản ứng này dùng để khắc chữ trên thủy tinh → không dùng bình thủy tinh để đựng axit HF.

C. AXIT SILICIC VÀ MUỐI SILICAT

I. Axit H₂SiO₃ 

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

H₂SiO₃ → H₂O + SiO₂ (t⁰)

- Khi sấy khô, H₂SiO₃ mất một phần nước tạo thành vật liệu xốp là silicagen được dùng làm chất hút ẩm và hấp phụ nhiều chất.

- H₂SiO₃ chỉ tác dụng với dung dịch kiềm mạnh.      

H₂SiO₃ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + 2H₂O

- 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.

Na₂SiO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂SiO₃

Na₂SiO₃ + CO₂ + H₂O → H₂SiO3 + Na₂CO₃

SiCl₄ + 3H₂O → H₂SiO₃ + 4HCl

II. Muối silicat

Axit silixic dễ tan trong dung dịch kiềm, tạo thành muối silicat. Chỉ có silicat kim loại kiềm tan được trong nước. Dung dịch đậm đặc của Na₂SiO₃ và K₂SiO₃ được gọi là thủy tinh lỏng. Vải hoặc gỗ tẩm thủy tinh lỏng sẽ khó bị cháy. Thủy tinh lỏng còn được dùng chế tạo keo dán thủy tinh và sứ.
Ở trong dung dịch, silicat kim loại kiềm bị thủy phân mạnh tạo ra môi trường kiềm.
Thí dụ:

Na₂SiO₃ + 2H₂O → 2Na⁺ + 2OH^‑ + H₂SiO₃