Номер 335, страница 227 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.335. При пропускании водорода через горячую кварцевую трубку на её стенках образуется коричневый порошок, который реагирует с водным раствором щёлочи с выделением водорода. Массовая доля кремния в этом порошке равна 63,64%. Запишите уравнения реакций.

Дано:

Найти:

Уравнения реакций.

Решение:

Кварцевая трубка состоит из диоксида кремния ($SiO_2$). При пропускании водорода ($H_2$) через горячую трубку происходит реакция восстановления. Образующийся коричневый порошок — это соединение кремния. Условие, что этот порошок реагирует с водным раствором щёлочи с выделением водорода, указывает на то, что кремний в нём находится в низкой или промежуточной степени окисления. Это может быть либо аморфный кремний ($Si$), либо оксид кремния(II) ($SiO$).

1. Определим химическую формулу порошка, используя данную массовую долю кремния.Массовая доля кремния в чистом аморфном кремнии ($Si$) составляет 100%, что не соответствует условию задачи.

2. Проверим гипотезу, что порошок является оксидом кремния(II) с формулой $SiO$.Атомная масса кремния $Ar(Si) \approx 28$ а.е.м.Атомная масса кислорода $Ar(O) \approx 16$ а.е.м.Молярная масса $SiO$ составляет $M(SiO) = 28 + 16 = 44$ г/моль.Рассчитаем массовую долю кремния в $SiO$:

$w(Si) = \frac{Ar(Si)}{M(SiO)} = \frac{28}{44} \approx 0.63636...$

При переводе в проценты получаем $63,636...\% \approx 63,64\%$. Это значение совпадает с данным в условии задачи. Следовательно, коричневый порошок — это оксид кремния(II) ($SiO$).

3. Запишем уравнения реакций.

Первая реакция — это восстановление диоксида кремния водородом при высокой температуре с образованием оксида кремния(II):

$SiO_2 + H_2 \xrightarrow{t^{\circ}} SiO + H_2O$

Вторая реакция — взаимодействие оксида кремния(II) с водным раствором щёлочи (например, $NaOH$). В этой окислительно-восстановительной реакции $SiO$ (кремний в степени окисления +2) выступает в роли восстановителя, окисляясь до силиката (кремний +4), а водород из щёлочи восстанавливается до $H_2$ (степень окисления 0).

$SiO + 2NaOH \rightarrow Na_2SiO_3 + H_2\uparrow$

Ответ:

$SiO_2 + H_2 \xrightarrow{t^{\circ}} SiO + H_2O$

$SiO + 2NaOH \rightarrow Na_2SiO_3 + H_2\uparrow$