Trả lời nhanh
Phương trình: SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O (điều kiện: đun nóng, dùng NaOH đặc hoặc nung chảy). SiO2 là oxit axit nên phản ứng với bazơ mạnh tạo muối natri silicat và nước. Ở nhiệt độ thường, phản ứng xảy ra rất chậm nên thường coi là không đáng kể.
Phương trình hoá học SiO2 tác dụng với NaOH
Phương trình phân tử:
SiO2 + 2NaOH t°→ Na2SiO3 + H2O
Phương trình ion thu gọn (khi NaOH ở dạng dung dịch đặc, nóng):
SiO2 + 2OH− → SiO32− + H2O
Kiểm tra cân bằng: vế trái có 1 Si, 2 Na, 3 O (2 từ SiO2 cộng 2 từ NaOH, tổng 4 O) và 2 H. Chính xác hơn: vế trái 1 Si, 4 O, 2 Na, 2 H; vế phải Na2SiO3 có 1 Si, 3 O, 2 Na và H2O có 2 H, 1 O, tổng 4 O. Hai vế cân bằng.
Điều kiện và hiện tượng
- Điều kiện: dung dịch NaOH đặc, đun nóng; hoặc nung SiO2 với NaOH rắn ở nhiệt độ cao (nóng chảy) thì phản ứng nhanh và hoàn toàn hơn.
- Hiện tượng: chất rắn SiO2 (cát, bột trắng) tan dần, tạo dung dịch trong suốt của Na2SiO3. Khi nung chảy, hỗn hợp chuyển thành khối thuỷ tinh có hơi nước bay ra.
- Vì sao cần nóng? SiO2 có cấu trúc mạng tinh thể nguyên tử rất bền (mỗi Si liên kết với 4 O), nên cần năng lượng để phá mạng và cho phản ứng xảy ra với tốc độ đáng kể.
Giải thích bản chất: SiO2 là oxit axit
SiO2 là oxit của phi kim, tương ứng với axit silicic H2SiO3 (axit rất yếu, ít tan). Vì vậy SiO2 có tính chất của oxit axit: tác dụng với bazơ mạnh, với oxit bazơ và muối cacbonat khi nung chảy. Tuy nhiên SiO2 không tan trong nước nên không điều chế H2SiO3 trực tiếp từ SiO2 + H2O.
Mẹo nhớ: “oxit axit + bazơ → muối + nước”. Với SiO2 chỉ cần nhớ thêm chữ nóng.
Các phản ứng khác của SiO2 thường gặp cùng dạng
| Chất tác dụng | Phương trình | Điều kiện |
|---|---|---|
| CaO | SiO2 + CaO → CaSiO3 | nhiệt độ cao |
| Na2CO3 | SiO2 + Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2↑ | nung chảy |
| HF | SiO2 + 4HF → SiF4↑ + 2H2O | nhiệt độ thường (dùng khắc thuỷ tinh) |
| Mg | SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO | nhiệt độ cao |
Lưu ý: SiO2 không phản ứng với HCl, H2SO4 hay HNO3. Axit duy nhất tác dụng là HF.
Sản phẩm Na2SiO3 và ứng dụng
- Na2SiO3 là chất rắn màu trắng, tan trong nước; dung dịch đặc gọi là thuỷ tinh lỏng, dùng chế tạo keo dán thuỷ tinh, sứ, chất chống cháy cho gỗ, vải.
- Muối của axit yếu nên dung dịch Na2SiO3 có tính kiềm (thuỷ phân SiO32−).
- Bị axit mạnh hơn, kể cả CO2, đẩy ra axit silicic dạng keo:
Na2SiO3 + CO2 + H2O → H2SiO3↓ + Na2CO3.
Một ứng dụng thực tế: không đậy lọ đựng dung dịch NaOH đặc bằng nút thuỷ tinh nhám, vì thuỷ tinh có thành phần SiO2 bị kiềm ăn mòn từ từ tạo Na2SiO3 làm nút dính chặt vào cổ lọ. Người ta dùng nút cao su hoặc nút nhựa.
Lỗi sai thường gặp
- Viết sản phẩm là Na2SiO4 hoặc NaSiO3. Đúng là Na2SiO3 (gốc SiO32− hoá trị II).
- Quên hệ số 2 trước NaOH.
- Viết SiO2 + H2O → H2SiO3. Phản ứng này không xảy ra.
- Viết ion thu gọn mà vẫn để SiO2 dưới dạng ion; SiO2 là chất rắn không điện li nên giữ nguyên phân tử.
Bài tập vận dụng
Bài 1. Cho 6 gam SiO2 tác dụng hết với NaOH dư (nóng). Tính khối lượng Na2SiO3 thu được và khối lượng NaOH phản ứng.
Giải: n(SiO2) = 6/60 = 0,1 mol. Theo phương trình, n(Na2SiO3) = 0,1 mol → m = 0,1 × 122 = 12,2 gam. n(NaOH) = 0,2 mol → m = 0,2 × 40 = 8 gam.
Bài 2. Nung chảy hỗn hợp gồm 12 gam SiO2 và 10 gam NaOH đến phản ứng hoàn toàn. Tính khối lượng Na2SiO3 và chất còn dư.
Giải: n(SiO2) = 12/60 = 0,2 mol; n(NaOH) = 10/40 = 0,25 mol. So sánh: 0,2/1 = 0,2 và 0,25/2 = 0,125 → NaOH hết, SiO2 dư. n(Na2SiO3) = 0,125 mol → m = 0,125 × 122 = 15,25 gam. SiO2 dư = 0,2 − 0,125 = 0,075 mol → 4,5 gam.
Bài 3 (trắc nghiệm). Chất nào sau đây không tác dụng với dung dịch NaOH đặc, nóng: A. SiO2; B. Al2O3; C. CuO; D. CO2?
Đáp án: C. CuO là oxit bazơ nên không phản ứng với kiềm. SiO2 và CO2 là oxit axit, Al2O3 là oxit lưỡng tính, cả ba đều phản ứng.
Câu hỏi thường gặp
SiO2 có tan trong dung dịch NaOH loãng ở nhiệt độ thường không?
Gần như không. Cát (SiO2) tan rất chậm trong kiềm loãng nguội. Muốn phản ứng xảy ra rõ cần dung dịch NaOH đặc, đun nóng hoặc nung chảy với NaOH rắn.
Vì sao SiO2 phản ứng được với NaOH?
Vì SiO2 là oxit axit (ứng với axit silicic H2SiO3), nên tác dụng với bazơ mạnh như NaOH tạo muối Na2SiO3 và nước.
Na2SiO3 tạo thành có tên gọi là gì và dùng làm gì?
Na2SiO3 là natri silicat. Dung dịch đặc của nó gọi là thuỷ tinh lỏng, dùng làm keo dán thuỷ tinh, sứ và chất chống cháy cho gỗ, vải.
Chất nào duy nhất trong các axit tác dụng được với SiO2?
Axit HF: SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O. SiO2 không phản ứng với HCl, H2SO4, HNO3.