Номер 5, страница 144 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 30. Соединения натрия и калия. Глава 3. Металлы главных подгрупп - номер 5, страница 144.

Условие.

5. Вспомните, на чём основано применение соды в стекловарении. Напишите уравнение реакции образования силикатного стекла.

Решение.

Решение 2.

Применение соды в стекловарении

Применение кальцинированной соды (карбоната натрия, $Na_2CO_3$) в производстве стекла основано на её свойстве действовать как флюс. Основным сырьём для стекла является кварцевый песок, который состоит преимущественно из оксида кремния(IV) ($SiO_2$). Оксид кремния(IV) — тугоплавкое вещество с температурой плавления около $1700^\circ C$. Плавление чистого песка требует огромных затрат энергии.

Добавление соды в шихту (смесь исходных компонентов) позволяет значительно снизить температуру плавления. При нагревании сода реагирует с оксидом кремния с образованием силиката натрия:

$Na_2CO_3 + SiO_2 \xrightarrow{t^\circ} Na_2SiO_3 + CO_2 \uparrow$

Эта реакция протекает при более низких температурах (около $1000-1200^\circ C$), чем плавление чистого $SiO_2$. Образующийся силикат натрия ($Na_2SiO_3$) и другие компоненты шихты (например, силикат кальция, образующийся из известняка $CaCO_3$) растворяются в расплавленном избытке оксида кремния, формируя однородную стекломассу. Таким образом, сода делает процесс стекловарения технологически и экономически более выгодным.

Ответ: Применение соды в стекловарении основано на её способности при высокой температуре реагировать с оксидом кремния(IV), образуя более легкоплавкий силикат натрия, что существенно снижает общую температуру варки стекла.

Уравнение реакции образования силикатного стекла

Силикатное, или натрий-кальциевое, стекло (самый распространённый вид, например, оконное) получают сплавлением трёх основных компонентов: кварцевого песка ($SiO_2$), соды ($Na_2CO_3$) и известняка ($CaCO_3$). Процесс протекает в специальных печах при высокой температуре.

Суммарное уравнение реакции, которое условно отражает состав получаемого стекла, выглядит так:

$Na_2CO_3 + CaCO_3 + 6SiO_2 \xrightarrow{t^\circ} Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2 + 2CO_2 \uparrow$

Следует отметить, что стекло является аморфным веществом (переохлаждённой жидкостью), а не химическим соединением с постоянным составом и кристаллической решёткой. Формула $Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2$ лишь условно показывает соотношение оксидов в готовом продукте. В ходе реакции также выделяется углекислый газ ($CO_2$).

Ответ: $Na_2CO_3 + CaCO_3 + 6SiO_2 \xrightarrow{t^\circ} Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2 + 2CO_2 \uparrow$.