Номер 6, страница 185 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

*6. Объясните, почему в водном растворе углекислый газ вытесняет из силиката натрия кремниевую кислоту, а при сплавлении кварца с содой реакция фактически протекает в обратном направлении.

Решение

Направление этих двух химических реакций определяется различными факторами, так как они протекают в принципиально разных условиях: первая — в водном растворе при обычной температуре, вторая — при сплавлении реагентов при высокой температуре.

1. Реакция в водном растворе

При пропускании углекислого газа ($CO_2$) через водный раствор силиката натрия ($Na_2SiO_3$) происходит следующая реакция. Углекислый газ, растворяясь в воде, образует слабую угольную кислоту ($H_2CO_3$):

$CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$

В условиях водного раствора движущей силой реакции является относительная сила кислот. Угольная кислота ($K_{a1} \approx 4.5 \cdot 10^{-7}$) является более сильной кислотой, чем кремниевая ($H_2SiO_3$), которая очень слабая ($K_{a1} \approx 1.7 \cdot 10^{-10}$).

Согласно правилу, более сильная кислота вытесняет более слабую из раствора её соли. Таким образом, угольная кислота вытесняет кремниевую кислоту из силиката натрия. Суммарное уравнение реакции выглядит так:

$Na_2SiO_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow Na_2CO_3 + H_2SiO_3 \downarrow$

Протеканию этой реакции также способствует тот факт, что кремниевая кислота нерастворима в воде и выпадает в виде гелеобразного осадка. По принципу Ле Шателье, удаление продукта из реакционной смеси (в данном случае — осаждение) смещает химическое равновесие в сторону образования продуктов.

Ответ: В водном растворе углекислый газ образует угольную кислоту, которая является более сильной, чем кремниевая кислота. Поэтому она вытесняет кремниевую кислоту из её соли (силиката натрия). Реакции также способствует выпадение нерастворимой кремниевой кислоты в осадок.

2. Реакция при сплавлении

При сплавлении кварца (оксид кремния(IV), $SiO_2$) с содой (карбонат натрия, $Na_2CO_3$) реакция протекает при высокой температуре. В этих условиях определяющим фактором становится не сила кислот, а относительная летучесть их оксидов.

Оксид кремния $SiO_2$ является кислотным оксидом, соответствующим кремниевой кислоте. Это тугоплавкое (т. пл. $\approx 1728^\circ C$), нелетучее вещество. Карбонату натрия соответствует кислотный оксид углерода $CO_2$, который является газом и, следовательно, летучим веществом.

При высоких температурах действует общее правило: менее летучий (более тугоплавкий) оксид вытесняет более летучий оксид из его соли. Поэтому нелетучий оксид кремния вытесняет летучий диоксид углерода из карбоната:

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

Эта реакция протекает в обратном направлении по сравнению с реакцией в растворе. Её движущей силой является образование газообразного продукта ($CO_2$), который покидает сферу реакции, что, согласно принципу Ле Шателье, смещает равновесие вправо и делает процесс практически необратимым в данных условиях.

Ответ: При сплавлении ключевым фактором является летучесть. Нелетучий оксид кремния ($SiO_2$) вытесняет летучий оксид углерода ($CO_2$) из его соли (карбоната натрия), так как реакция идет при высокой температуре, и газообразный продукт уходит из системы, смещая равновесие.