Страница 185 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

1. Какова химическая формула кварца; горного хрусталя; яшмы?

кварца

Кварц — это минерал, являющийся одной из кристаллических модификаций диоксида кремния (также известного как кремнезём). Это один из самых распространённых минералов в земной коре. Его химическая формула отражает состав из одного атома кремния и двух атомов кислорода, образующих прочную кристаллическую решетку.

Ответ: Химическая формула кварца — $SiO_2$ (диоксид кремния).

горного хрусталя

Горный хрусталь — это макрокристаллическая разновидность кварца. Главное его отличие — это чистота, прозрачность и отсутствие цвета. По сути, это кристаллы кварца, практически не содержащие примесей. Поэтому с химической точки зрения горный хрусталь и кварц — одно и то же вещество.

Ответ: Поскольку горный хрусталь является чистой формой кварца, его химическая формула такая же — $SiO_2$.

яшмы

Яшма — это непрозрачная, скрытокристаллическая горная порода, состоящая в основном из диоксида кремния, но с большим количеством примесей. Основу яшмы составляют кварц и/или халцедон (волокнистая разновидность кварца). Разнообразную окраску (красную, зеленую, желтую, коричневую) и узоры яшме придают именно примеси, содержание которых может достигать 20% и более. Чаще всего это оксиды и гидроксиды железа (например, гематит $Fe_2O_3$ или гётит $FeO(OH)$), а также примеси других минералов.

Ответ: Основным химическим компонентом яшмы является диоксид кремния, поэтому ее основополагающая химическая формула — $SiO_2$. Важно помнить, что это формула основного вещества, а не всей породы, которая имеет переменный состав из-за многочисленных примесей.

2. Как можно из оксида кремния получить кремниевую кислоту? Напишите уравнения реакций.

Решение

Получить кремниевую кислоту ($H_2SiO_3$) из оксида кремния($IV$) ($SiO_2$) прямым взаимодействием с водой невозможно, так как оксид кремния является кислотным оксидом, но не реагирует с водой. Поэтому для получения кремниевой кислоты необходимо провести двухстадийный процесс.

1. Получение растворимой соли – силиката.

На первой стадии оксид кремния($IV$) сплавляют с твердой щелочью (например, гидроксидом натрия $NaOH$) или с карбонатом щелочного металла (например, карбонатом натрия $Na_2CO_3$). В результате реакции образуется растворимая соль кремниевой кислоты — силикат натрия ($Na_2SiO_3$).

Уравнение реакции сплавления со щелочью:

$SiO_2 + 2NaOH \xrightarrow{t} Na_2SiO_3 + H_2O$

2. Получение кремниевой кислоты из силиката.

На второй стадии к полученному водному раствору силиката натрия добавляют кислоту, которая является более сильной, чем кремниевая. Почти любая кислота, включая даже слабую угольную ($H_2CO_3$), способна вытеснить кремниевую кислоту из ее соли. Угольную кислоту получают, пропуская углекислый газ ($CO_2$) через раствор силиката. Кремниевая кислота нерастворима в воде и выпадает в виде студенистого (гелеобразного) осадка.

Уравнение реакции с более сильной кислотой, например, соляной ($HCl$):

$Na_2SiO_3 + 2HCl \rightarrow H_2SiO_3\downarrow + 2NaCl$

Уравнение реакции с углекислым газом:

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

Ответ: Кремниевую кислоту из оксида кремния($IV$) получают в две стадии. Сначала оксид кремния переводят в растворимый силикат путем сплавления со щелочью, а затем на раствор силиката действуют более сильной кислотой, которая вытесняет кремниевую кислоту в виде осадка.

Уравнения реакций:

1) $SiO_2 + 2NaOH \xrightarrow{t} Na_2SiO_3 + H_2O$

2) $Na_2SiO_3 + 2HCl \rightarrow H_2SiO_3\downarrow + 2NaCl$

3. Какие продукты получают из глины? Где они применяются?

Глина — это универсальное природное сырье, из которого получают широкий спектр продуктов, находящих применение в самых разных сферах человеческой деятельности. Основные продукты и области их применения перечислены ниже.

• Строительные материалы. Это одна из самых обширных областей применения глины.
  • Кирпич: как обычный строительный, так и облицовочный и огнеупорный. Применяется для возведения стен зданий, кладки печей и каминов, отделки фасадов.
  • Керамзит: легкий пористый материал, используемый в качестве утеплителя для полов, крыш и фундаментов, а также как наполнитель для легких бетонов.
  • Керамическая плитка и черепица: применяются для облицовки стен и полов внутри помещений (особенно в ванных комнатах и кухнях) и снаружи, а также для покрытия крыш.
  • Цемент: глина является одним из ключевых компонентов при производстве портландцемента, который является основой бетона и строительных растворов.
• Посуда и предметы быта. Из различных видов глины (красной, белой, каолина) изготавливают керамические изделия.
  • Гончарные изделия: горшки, кувшины, тарелки, чашки. Используются для приготовления, хранения и приема пищи.
  • Фаянс и фарфор: более тонкая керамика, из которой делают столовую посуду, чайные и кофейные сервизы, а также различную сантехнику (раковины, унитазы).
  • Декоративные предметы: вазы, статуэтки, цветочные горшки, которые служат для украшения интерьеров и ландшафтного дизайна.
• Промышленность.
  • Огнеупорные материалы: из специальных тугоплавких глин производят изделия (футеровка, тигли), способные выдерживать экстремально высокие температуры в металлургических и литейных печах.
  • Производство бумаги и резины: каолин (белая глина) используется в качестве наполнителя для придания бумаге гладкости, белизны и улучшения печатных свойств, а также для удешевления и улучшения свойств резиновых изделий.
  • Буровые растворы: бентонитовая глина является основой буровых растворов, которые используются при бурении скважин для нефти и газа. Раствор охлаждает буровой инструмент и выносит на поверхность частицы породы.
• Косметология и медицина.
  • Косметические маски: различные виды косметической глины (белая, голубая, зеленая) применяются в масках для лица и тела благодаря их абсорбирующим, очищающим и противовоспалительным свойствам.
  • Физиотерапия: глиняные аппликации и обертывания (глинолечение) используются в лечебных целях для прогревания и снятия воспаления при заболеваниях суставов и кожи.

Ответ: Из глины получают огромное разнообразие продуктов: от строительных материалов (кирпич, цемент, керамзит, плитка) и посуды (гончарные изделия, фарфор) до компонентов для промышленности (огнеупоры, наполнители для бумаги) и средств для косметологии и медицины. Они применяются повсеместно в строительстве, быту, промышленности, медицине и искусстве.

4. Какие вещества называют аморфными? Приведите примеры.

Какие вещества называют аморфными?

Аморфными (от греч. ἀ- — «без» и μορφή — «форма») называют твёрдые вещества, которые не обладают кристаллической решёткой. В отличие от кристаллических тел, в которых атомы или молекулы расположены в строгом, периодически повторяющемся порядке (дальний порядок), в аморфных телах этот порядок существует только для ближайших соседних частиц (ближний порядок). Структуру аморфных тел можно представить как структуру «застывшей» жидкости, где частицы совершают колебания около хаотично расположенных точек.

Основные свойства аморфных веществ, отличающие их от кристаллических:

- Изотропия. Физические свойства (такие как теплопроводность, электропроводность, показатель преломления) аморфных веществ одинаковы во всех направлениях, в то время как кристаллы часто анизотропны.

- Отсутствие определённой температуры плавления. Аморфные вещества не плавятся при строгой температуре, а размягчаются постепенно в некотором интервале температур. При нагревании они переходят из твёрдого состояния в вязкотекучее.

- Метастабильность. Аморфное состояние является термодинамически неустойчивым. Со временем аморфное вещество может самопроизвольно перейти в более устойчивое кристаллическое состояние (этот процесс называется расстекловыванием или девитрификацией).

- Пластичность и текучесть. Под действием длительной нагрузки аморфные тела могут проявлять текучесть, подобно очень вязким жидкостям.

Приведите примеры.

Примерами аморфных веществ служат:

- Стекло (обычное силикатное, оконное стекло, обсидиан — вулканическое стекло)

- Пластмассы и полимеры (например, полиэтилен, полистирол, оргстекло)

- Смолы (как природные — янтарь, канифоль, так и синтетические — эпоксидные смолы)

- Вар, битум, асфальт

- Воск, парафин

- Сахарный леденец, сахарная вата

Ответ: Аморфные вещества — это твёрдые вещества, в которых отсутствует дальний порядок в расположении атомов или молекул, то есть у них нет кристаллической решётки. Их структура напоминает структуру очень вязкой, «замороженной» жидкости. Примеры аморфных веществ включают стекло, пластмассы, смолы, янтарь, воск и асфальт.

5. Чем кварцевое стекло отличается от оконного?

Кварцевое и оконное (силикатное) стекло, несмотря на внешнюю схожесть, существенно различаются по своему составу, свойствам и областям применения. Основные отличия заключаются в следующем:

• Химический состав

  Кварцевое стекло — это практически чистый диоксид кремния ($SiO_2$). Его получают путём плавления природных форм чистого кварца (например, горного хрусталя) или синтетического диоксида кремния. Содержание $SiO_2$ в нём превышает 99,5%.

  Оконное стекло (натрий-кальций-силикатное стекло) имеет более сложный состав. Помимо основного компонента, диоксида кремния ($SiO_2$, около 70-75%), в него входят оксид натрия ($Na_2O$, около 15%) из соды и оксид кальция ($CaO$, около 10%) из извести. Эти добавки вводятся для снижения температуры плавления кварцевого песка, что значительно удешевляет и упрощает производство.

• Физические свойства

  Термостойкость: Кварцевое стекло обладает очень низким коэффициентом теплового расширения. Благодаря этому оно выдерживает резкие перепады температур (термический удар) до 800–1000 °C, не трескаясь. Его температура плавления очень высока (около 1700 °C). Оконное стекло, напротив, имеет значительно больший коэффициент теплового расширения и легко разрушается при резком нагреве или охлаждении. Его температура размягчения составляет всего около 600–700 °C.

  Оптические свойства: Кварцевое стекло прозрачно в очень широком диапазоне длин волн, включая ультрафиолетовую (УФ) и инфракрасную (ИК) области спектра. Именно поэтому его используют для изготовления колб бактерицидных УФ-ламп и специальной оптики. Оконное стекло хорошо пропускает видимый свет, но в значительной степени поглощает ультрафиолетовое излучение, поэтому за обычным стеклом нельзя загореть.

  Химическая стойкость: Благодаря своей чистоте, кварцевое стекло химически очень инертно и устойчиво к воздействию большинства кислот (кроме плавиковой) и других агрессивных веществ. Оконное стекло из-за наличия примесей щелочных металлов менее устойчиво к химическому воздействию.

• Производство и стоимость

  Производство кварцевого стекла требует очень высоких температур и сложных технологий, что делает его значительно более дорогим по сравнению с обычным стеклом.

  Добавки в оконном стекле снижают температуру его варки, что позволяет производить его массово (например, флоат-методом) и обуславливает его низкую стоимость и широкую доступность.

• Применение

  Кварцевое стекло: научная аппаратура, лабораторная посуда высокой чистоты (тигли, колбы), чехлы для термопар, колбы галогенных и ртутных ламп, оптические волокна, смотровые окна для высокотемпературных процессов, компоненты в полупроводниковой промышленности.

  Оконное стекло: остекление зданий и транспорта, изготовление бутылок, банок, посуды и других бытовых предметов.

Ответ:

Кварцевое стекло отличается от оконного в первую очередь химическим составом: кварцевое — это почти чистый диоксид кремния ($SiO_2$), а оконное содержит значительные добавки оксидов натрия и кальция. Это различие определяет ключевые эксплуатационные характеристики: кварцевое стекло обладает высокой термостойкостью, прозрачностью для ультрафиолетового излучения и высокой химической инертностью, в то время как оконное стекло этими свойствами не обладает, но значительно дешевле в производстве.

*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.

7. Внутренняя поверхность стеклянных склянок, в которых длительное время хранились крепкие растворы щелочей, становится неровной. Чем это можно объяснить?

Решение

Это явление объясняется химической реакцией, происходящей между компонентами стекла и щелочью. Основным компонентом большинства видов стекла является оксид кремния(IV) ($SiO_2$). Этот оксид, несмотря на свою твердость и инертность в обычных условиях, проявляет кислотные свойства.

Крепкие растворы щелочей, например гидроксида натрия ($NaOH$) или гидроксида калия ($KOH$), являются сильными основаниями. При длительном контакте происходит химическая реакция между кислотным оксидом кремния и щелочью. Этот процесс называется выщелачиванием или химическим травлением стекла.

Уравнение реакции для гидроксида натрия выглядит следующим образом:

$SiO_2 \text{ (твердый)} + 2NaOH \text{ (раствор)} \rightarrow Na_2SiO_3 \text{ (раствор)} + H_2O \text{ (жидкость)}$

В результате этой реакции образуется силикат натрия ($Na_2SiO_3$), который хорошо растворим в воде. Таким образом, твердый и нерастворимый компонент стекла превращается в растворимое соединение, которое переходит в раствор. Этот процесс происходит на поверхности, что приводит к ее постепенному разрушению. Поскольку стекло не является идеально однородным веществом, а также из-за локальных изменений концентрации и температуры, процесс травления протекает неравномерно. Это и приводит к появлению ямок, микротрещин и общей шероховатости, из-за чего гладкая внутренняя поверхность склянки со временем становится неровной и матовой.

Ответ: Внутренняя поверхность стеклянных склянок становится неровной из-за химической реакции между оксидом кремния(IV) ($SiO_2$), который является основным компонентом стекла и обладает свойствами кислотного оксида, и сильной щелочью (основанием). В результате этой реакции образуются растворимые в воде соли — силикаты, что ведет к постепенному неравномерному разрушению (травлению) поверхности стекла.

8. Какую массу оксида кремния(IV) можно получить из 250 г 1,22%-го раствора силиката натрия?

Дано:

$m_{р-ра}(Na_2SiO_3) = 250 \text{ г} = 0.25 \text{ кг}$

$\omega(Na_2SiO_3) = 1.22\% = 0.0122$

Найти:

$m(SiO_2)$ - ?

Решение:

1. Для получения оксида кремния(IV) из силиката натрия можно провести реакцию с кислотой (например, соляной или угольной) с последующим прокаливанием (дегидратацией) выпавшей в осадок кремниевой кислоты. Запишем уравнения реакций:

$Na_2SiO_3 + 2HCl \rightarrow H_2SiO_3 \downarrow + 2NaCl$

При нагревании кремниевая кислота разлагается:

$H_2SiO_3 \xrightarrow{t} SiO_2 + H_2O$

Из уравнений реакций видно, что из 1 моль силиката натрия в конечном итоге образуется 1 моль оксида кремния(IV). Следовательно, их количества вещества соотносятся как 1:1.

$n(Na_2SiO_3) = n(SiO_2)$

2. Найдем массу чистого силиката натрия в растворе, используя формулу для массовой доли вещества:

$\omega = \frac{m_{вещества}}{m_{раствора}}$

Отсюда масса вещества:

$m(Na_2SiO_3) = m_{р-ра}(Na_2SiO_3) \times \omega(Na_2SiO_3) = 250 \text{ г} \times 0.0122 = 3.05 \text{ г}$

3. Рассчитаем молярные массы силиката натрия ($Na_2SiO_3$) и оксида кремния(IV) ($SiO_2$), используя периодическую таблицу химических элементов:

$M(Na_2SiO_3) = 2 \times Ar(Na) + Ar(Si) + 3 \times Ar(O) \approx 2 \times 23 + 28 + 3 \times 16 = 122 \text{ г/моль}$

$M(SiO_2) = Ar(Si) + 2 \times Ar(O) \approx 28 + 2 \times 16 = 60 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества силиката натрия, вступившего в реакцию:

$n = \frac{m}{M}$

$n(Na_2SiO_3) = \frac{m(Na_2SiO_3)}{M(Na_2SiO_3)} = \frac{3.05 \text{ г}}{122 \text{ г/моль}} = 0.025 \text{ моль}$

5. Согласно стехиометрическому соотношению (пункт 1), количество вещества образовавшегося оксида кремния(IV) равно количеству вещества силиката натрия:

$n(SiO_2) = n(Na_2SiO_3) = 0.025 \text{ моль}$

6. Найдем массу оксида кремния(IV), которая может быть получена:

$m(SiO_2) = n(SiO_2) \times M(SiO_2) = 0.025 \text{ моль} \times 60 \text{ г/моль} = 1.5 \text{ г}$

Ответ: масса оксида кремния(IV) равна 1,5 г.

9. Оксиды кремния(IV) и углерода(IV) описываются одинаковой общей формулой — $RO_2$. Почему их свойства сильно отличаются? Какие кристаллические решётки характерны для этих веществ в твёрдом состоянии? Существует ли молекула $SiO_2$?

Несмотря на то, что оксид кремния(IV) ($SiO_2$) и оксид углерода(IV) ($CO_2$) описываются одинаковой общей формулой $RO_2$, их свойства кардинально различаются из-за разного строения.

Почему их свойства сильно отличаются?

Основная причина различий в свойствах заключается в типе химической связи и строении кристаллических решёток этих веществ.

1. Оксид углерода(IV) ($CO_2$): Углерод — элемент 2-го периода. Атомы углерода способны образовывать прочные двойные $\pi$-связи с атомами кислорода. В результате образуются отдельные, линейные молекулы $O=C=O$. В твёрдом состоянии (сухой лёд) эти молекулы связаны между собой очень слабыми межмолекулярными силами (силами Ван-дер-Ваальса). Поэтому для их преодоления требуется мало энергии, что объясняет, почему $CO_2$ является газом при нормальных условиях и имеет низкую температуру сублимации (-78,5 °C).

2. Оксид кремния(IV) ($SiO_2$): Кремний — элемент 3-го периода. Его атом имеет больший радиус по сравнению с атомом углерода, и образование стабильных $\pi$-связей для него нехарактерно. Вместо этого каждый атом кремния образует четыре прочные одинарные ковалентные связи с четырьмя разными атомами кислорода, располагаясь в центре тетраэдра. В свою очередь, каждый атом кислорода связан с двумя атомами кремния. Это приводит к образованию гигантской трёхмерной структуры — полимера, где все атомы прочно связаны друг с другом ковалентными связями. Чтобы расплавить или испарить такое вещество, необходимо разорвать эти прочные связи, что требует огромного количества энергии. Этим объясняются его свойства: $SiO_2$ (кварц, песок) — это очень твёрдое, тугоплавкое вещество (температура плавления около 1725 °C).

Ответ: Свойства оксидов кремния(IV) и углерода(IV) сильно отличаются из-за разного типа химических связей и строения. $CO_2$ состоит из отдельных молекул, связанных слабыми межмолекулярными силами, а $SiO_2$ представляет собой гигантскую атомную структуру с прочными ковалентными связями между всеми атомами.

Какие кристаллические решётки характерны для этих веществ в твёрдом состоянии?

Исходя из их строения, в твёрдом состоянии эти оксиды имеют разные типы кристаллических решёток:

• Для оксида углерода(IV) ($CO_2$) в твёрдом виде (сухой лёд) характерна молекулярная кристаллическая решётка. В узлах этой решётки находятся молекулы $CO_2$, удерживаемые слабыми межмолекулярными силами.
• Для оксида кремния(IV) ($SiO_2$) (например, в форме кварца) характерна атомная кристаллическая решётка. В узлах решётки находятся атомы кремния и кислорода, соединённые прочными ковалентными связями.

Ответ: Для твёрдого $CO_2$ характерна молекулярная кристаллическая решётка, а для $SiO_2$ — атомная кристаллическая решётка.

Существует ли молекула SiO₂?

В обычных условиях дискретных (отдельных) молекул $SiO_2$, аналогичных молекулам $CO_2$, не существует. Формула $SiO_2$ является эмпирической (простейшей) и показывает лишь соотношение атомов кремния и кислорода (1:2) в огромной кристаллической структуре оксида кремния. Вещество $SiO_2$ представляет собой единую гигантскую макромолекулу (полимер) состава $(SiO_2)_n$.

Однако стоит отметить, что изолированные молекулы $SiO_2$ могут быть получены и зафиксированы в экстремальных условиях, например, в газовой фазе при очень высоких температурах (свыше 2000 °C) или методом матричной изоляции, но они крайне нестабильны.

Ответ: В обычных условиях оксид кремния(IV) не существует в виде отдельных молекул $SiO_2$. Его формула отражает стехиометрический состав атомной кристаллической решётки.

10. Напишите уравнения реакций, соответствующие схеме:

$Si \rightarrow SiO_2 \rightarrow Na_2SiO_3 \rightarrow H_2SiO_3$.

Решение

Данная схема превращений описывает три последовательные химические реакции.

1. Si → SiO₂

Первая стадия — это окисление кремния кислородом при высокой температуре с образованием оксида кремния(IV). Это реакция соединения.

$Si + O_2 \xrightarrow{t} SiO_2$

2. SiO₂ → Na₂SiO₃

Вторая стадия — получение силиката натрия. Оксид кремния(IV) является кислотным оксидом и вступает в реакцию с основаниями. Например, при сплавлении с гидроксидом натрия образуется соль (силикат натрия) и вода.

$SiO_2 + 2NaOH \xrightarrow{t} Na_2SiO_3 + H_2O$

В качестве альтернативы можно использовать реакцию с оксидом натрия при сплавлении: $SiO_2 + Na_2O \xrightarrow{t} Na_2SiO_3$.

3. Na₂SiO₃ → H₂SiO₃

Третья стадия — получение кремниевой кислоты. Так как кремниевая кислота очень слабая, её можно вытеснить из раствора её соли (силиката натрия) любой более сильной кислотой, например, соляной. Кремниевая кислота нерастворима и выпадает в виде гелеобразного осадка.

$Na_2SiO_3 + 2HCl \rightarrow H_2SiO_3\downarrow + 2NaCl$

Также возможно использование угольной кислоты (образующейся при пропускании углекислого газа через воду): $Na_2SiO_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow H_2SiO_3\downarrow + Na_2CO_3$.

Ответ:

1. $Si + O_2 \xrightarrow{t} SiO_2$

2. $SiO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SiO_3 + H_2O$

3. $Na_2SiO_3 + 2HCl \rightarrow H_2SiO_3\downarrow + 2NaCl$