Номер 2, страница 63, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2. Как получают свободный кремний в промышленности и лаборатории? Напишите уравнения реакций, укажите окислитель и восстановитель.

Свободный кремний получают разными способами в зависимости от масштаба производства (промышленный или лабораторный) и требуемой чистоты продукта.

Получение кремния в промышленности

Основным промышленным способом получения кремния (технической чистоты 95-98%) является карботермическое восстановление диоксида кремния ($SiO_2$). В качестве сырья используют кварц или кварцевый песок, а в качестве восстановителя — кокс (углерод). Процесс ведут в мощных руднотермических электропечах при температуре около 1800o C.

Уравнение реакции:

$SiO_2 + 2C \xrightarrow{t^\circ} Si + 2CO\uparrow$

Для определения окислителя и восстановителя рассмотрим изменение степеней окисления элементов:

$Si^{+4}O_2^{-2} + 2C^0 \rightarrow Si^0 + 2C^{+2}O^{-2}$

Атом кремния ($Si^{+4}$) в составе диоксида кремния принимает 4 электрона и понижает свою степень окисления до 0. Процесс принятия электронов — восстановление. Вещество, содержащее атом, который восстанавливается, является окислителем. Следовательно, окислитель — $SiO_2$.

Атом углерода ($C^0$) отдает 2 электрона и повышает свою степень окисления до +2. Процесс отдачи электронов — окисление. Вещество, содержащее атом, который окисляется, является восстановителем. Следовательно, восстановитель — $\text{C}$.

Ответ: В промышленности кремний получают восстановлением диоксида кремния коксом при высокой температуре по реакции $SiO_2 + 2C \rightarrow Si + 2CO$. Окислителем является диоксид кремния ($SiO_2$), а восстановителем — углерод ($\text{C}$).

Получение кремния в лаборатории

В лабораторных условиях кремний получают восстановлением диоксида кремния ($SiO_2$) более активными восстановителями, чем углерод, например, магнием или алюминием (металлотермия). Чаще всего используют порошок магния, который смешивают с прокаленным мелким песком. Смесь поджигают, и реакция протекает с выделением большого количества тепла.

Уравнение реакции с магнием:

$SiO_2 + 2Mg \xrightarrow{t^\circ} Si + 2MgO$

Рассмотрим изменение степеней окисления:

$Si^{+4}O_2^{-2} + 2Mg^0 \rightarrow Si^0 + 2Mg^{+2}O^{-2}$

Кремний ($Si^{+4}$) в $SiO_2$ восстанавливается до $Si^0$, принимая электроны. Следовательно, диоксид кремния ($SiO_2$) является окислителем.

Магний ($Mg^0$) окисляется до $Mg^{+2}$, отдавая электроны. Следовательно, магний ($Mg$) является восстановителем.

Ответ: В лаборатории кремний получают восстановлением диоксида кремния магнием при нагревании: $SiO_2 + 2Mg \rightarrow Si + 2MgO$. Окислителем является диоксид кремния ($SiO_2$), а восстановителем — магний ($Mg$).