Силикат натрия

Характеристики и физические свойства силиката натрия

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Силикат натрия представляет собой прозрачные кристаллы белого цвета, которые плавятся без разложения.

Он растворяется в холодной воде (гидролизуется по аниону).

Рис. 1. Силикат натрия. Внешний вид.

Таблица 1. Физические свойства силиката натрия.

Молекулярная формула	Na₂SiO₃
Молярная масса, г/моль	122
Температура плавления, ^oС	1089

Получение силиката натрия

Силикат натрия образуется при сплавлении оксида кремния (IV) с карбонатом натрия (1) или гидроксидом натрия (2):

SiO₂ + Na₂CO₃ = Na₂SiO₃ + CO₂↑ (t = 1150^oC) (1);

SiO₂ + 2NaOH = Na₂SiO₃ + H₂O (t = 900 — 1000^oC) (2).

Химические свойства силиката натрия

Силикат натрия представляет собой среднюю соль, образованную сильным основанием – гидроксидом натрия (NaOH) и слабой кислотой – кремниевой (H₂SiO₃). В водном растворе она подвергается гидролизу по аниону. Наличие гидроксид-ионов свидетельствует о щелочном характере среды.

Na₂SiO₃↔ 2Na⁺ + SiO₃^2-;

Na⁺ + SiO₃^2- + HOH ↔ HSiO₃^— + Na⁺ + OH^—;

Na₂SiO₃ + H₂O↔NaHSiO₃ + KOH.

Na⁺ + HSiO₃^— + HOH ↔H₂SiO₃+ Na⁺ + OH^—;

NaHSiO₃ +H₂O↔H₂SiO₃ + NaOH.

Силикат натрия разлагается в горячей воде:

Na₂SiO₃ + H₂O_hot = 2NaOH + SiO₂×nH₂O↓.

Эта соль взаимодействует с кислотами (3), щелочами (4) и диоксидом углерода (5):

Na₂SiO₃ + 2HCl_dilute = SiO₂↓ + 2NaCl + H₂O (3);

Na₂SiO₃ + 2NaOH_{conc., cold} = Na₄SiO₄ + 2H₂O (4);

Na₂SiO₃ + CO₂ = SiO₂↓ + Na₂CO₃ (5).

Применение силиката натрия

Силикат натрия используется в процессе изготовления стекла (компонент шихты), а также нашел применение в производстве жаростойких кислотоупорных бетонов.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Какая масса оксида кремния (IV), содержащего 25% примесей,потребуется для получения силиката натрия массой 5,6 г по реакции с карбонатом натрия?

Решение

Запишем уравнение реакции взаимодействия оксида кремния (IV) с карбонатом натрия с образованием силиката натрия:

SiO₂ + Na₂CO₃ = Na₂SiO₃ + CO₂↑.

Рассчитаем количество моль силиката натрия (молярная масса равна 122 г/моль):

n = m / M;

n(Na₂SiO₃) = m (Na₂SiO₃) / M (Na₂SiO₃);

n (Na₂SiO₃) = 5,6 / 122 = 0,05 моль.

Согласно уравнению реакции n (Na₂SiO₃) : n (SiO₂) = 1: 1. Значит,

n(SiO₂) = n(Na₂SiO₃) = 0,05 моль.

Тогда масса оксида кремния (IV) будет равна (молярная масса – 60 г/моль):

m = n × M;

m (SiO₂) = n (SiO₂)× M (SiO₂);

m (SiO₂) = 0,05× 60 = 3г.

Учитывая наличие примесей в составе оксида кремния (IV) его масса будет равна:

m (SiO₂) =3 × 0,25 = 0,75 г.

Ответ

Масса оксида кремния (IV) равна 0,75 г.

ПРИМЕР 2

Задание

Какая масса кремниевой кислоты может быть получена при взаимодействии 500 мл 15%-ного раствора силиката натрия (плотность 1,1 г/мл) и соляной кислоты?

Решение

Запишем уравнение реакции:

Na₂SiO₃ + 2HCl_conc = H₂SiO₃↓ + 2NaCl.

Найдем массу раствора силиката натрия, а также массу растворенного вещества Na₂SiO₃ в нем:

m_solution =V_solution × ρ;

m_solution =500 × 1,1 = 550 г.

ω = m_solute / m_solution × 100%;

m_solute = ω / 100% × m_solution;

m_solute (Na₂SiO₃) = ω (Na₂SiO₃) / 100% × m_solution;

m_solute (Na₂SiO₃) = 15 / 100% × 550 = 82,5 г.

Рассчитаем количество моль силиката натрия (молярная масса равна 122 г/моль):

n = m / M;

n(Na₂SiO₃) = m (Na₂SiO₃) / M (Na₂SiO₃);

n (Na₂SiO₃) = 82,5 / 122 = 0,676 моль.

Согласно уравнению реакции n (Na₂SiO₃) : n (H₂SiO₃) = 1: 1. Значит,

n(H₂SiO₃) = n(Na₂SiO₃) = 0,676 моль.

Тогда, масса образующейся кремниевой кислоты будет равна (молярная масса – 78 г/моль):

m = n × M;

m (H₂SiO₃) = n (H₂SiO₃)× M (H₂SiO₃);

m (H₂SiO₃) = 0,676 × 78 = 52,728г.