Silic (Si): tính chất hóa học, tính chất vật lí, nhận biết, điều chế, ứng dụng
Danh mục nội dung
Silic là gì?
Silic là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Si và số nguyên tử bằng 14.
Nó là nguyên tố phổ biến sau ôxy trong vỏ Trái Đất (25,8 %), cứng, có màu xám sẫm - ánh xanh kim loại, là á kim có hóa trị +4.
- Kí hiệu: Si
- Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p2 hay [Ne]3s23p2
- Số hiệu nguyên tử: Z = 14
- Khối lượng nguyên tử: 28
- Vị trí trong bảng tuần hoàn:
+ Ô, nhóm: ô số 14, nhóm IVA
+ Chu kì: 3
- Đồng vị: Silic có 3 đồng vị bền là 2814Si , 2914Si và 3014Si
- Độ âm điện: 1,90
Tính chất vật lý của Silic
Silic có các dạng thù hình: silic tinh thể và silic vô định hình.
- Silic vô định hình: là chất bột màu nâu, không tan trong nước nhưng tan trong kim loại nóng chảy.
- Silic tinh thể: có màu xám, có ánh kim, có cấu trúc giống kim cương nên có tính bán dẫn.
Silic tinh thể có cấu trúc giống kim cương, màu xám, có ánh kim, nóng chảy ở nhiệt độ 1420˚C. Silic tinh thể có tính bán dẫn: ở nhiệt độ thường dẫn điện thấp, nhưng khi tăng nhiệt độ thì độ dẫn điện tăng lên.
Silic vô định hình là chất bột màu nâu.
Tính chất hóa học của Silic
- Độ hoạt động hóa học: Si tinh thể < Si vô định hình
- Si là nguyên tố vừa có tính khử vừa có tính oxi hóa
1. Tính khử của Silic
- Tác dụng với phi kim:
Si + 2F2 → SiF4 (phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thường)
Si + 2O2 → SiO2 (400 - 6000C)
- Tác dụng với hợp chất:
+ Si tan dễ dàng trong dung dịch kiềm → H2
Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2
+ Si tác dụng với axit
4HNO3 + 18HF + 3Si → 3H2SiF6 + 4NO + 8H2O
- Trong hồ quang điện, Silic tác dụng với H2 tạo thành một hỗn hợp các silan:
Si + H2 → SiH4 + Si2H6 + Si3H6 + ...
2. Tính oxi hóa của Silic
Si tác dụng được với nhiều kim loại ở nhiệt độ cao → silixua kim loại.
2Mg + Si → Mg2Si
* Chú ý:
+ Khác với C, Si không oxi hóa được H2
+ Tương tự C: Si khử một số chất có tính oxi hóa mạnh (HNO3, H2SO4(đ,n),... )
Điều chế
SiO2 + C Than cốc → 2CO + Si (18000C)
SiO2 + 2Mg → 2MgO + Si (có thể thay Mg bằng Al)
SiCl4 + 2Zn → Si + 2ZnCl2
SiH4 → Si + 2H2 điều kiện: (t0)
SiI4 → Si + 2I2 điều kiện: (t0)
Ứng dụng
Silic là nguyên tố rất có ích, là cực kỳ cần thiết trong nhiều ngành công nghiệp. SiO2 trong dạng cát và đất sét là thành phần quan trọng trong chế tạo bê tông và gạch cũng như trong sản xuất xi măng. Silic là nguyên tố rất quan trọng cho thực vật và động vật. Silica dạng nhị nguyên tử phân lập từ nước để tạo ra lớp vỏ bảo vệ tế bào. Các ứng dụng khác có:
- Gốm/ men sứ - Là vật liệu chịu lửa sử dụng trong sản xuất các vật liệu chịu lửa và các silicat của nó được sử dụng trong sản xuất men sứ và đồ gốm.
- Thép - Silic là thành phần quan trọng trong một số loại thép.
- Đồng thau - Phần lớn đồng thau được sản xuất có chứa hợp kim của đồng với silic.
- Thủy tinh - Silica từ cát là thành phần cơ bản của thủy tinh. Thủy tinh có thể sản xuất thành nhiều chủng loại đồ vật với những thuộc tính lý học khác nhau. Silica được sử dụng như vật liệu cơ bản trong sản xuất kính cửa sổ, đồ chứa (chai lọ), và sứ cách điện cũng như nhiều đồ vật có ích khác.
Bài tập ôn tập
Bài tập 1: Viết PTHH hoàn thành dãy chuyển hoá sau:
Giải:
1) Si + O2 → SiO2
2) SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O
3) Na2SiO3 + CO2 + H2O → Na2CO3 + H2SiO3
4) H2SiO3 → SiO2 + H2O
5) SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO
Bài tập 2: Bằng phương pháp hoá học, hãy nhận biết các dung dịch đựng trong các lọ mất nhãn sau: HCl, NaOH, Na2CO3, NaNO3, Na3PO4?
Giải:
- Quì tím: Nhận biết HCl, NaOH
- Axit HCl: Nhận biết Na2CO3
- Dung dịch AgNO3: Nhận biết Na3PO4
Bài tập 3: Khử 16 gam hỗn hợp các oxit kim loại: FeO, Fe2O3, Fe3O4, CuO và PbO bằng khí CO ở nhiệt độ cao, khối lượng chất rắn thu được là 11,2 gam. Tính thể tích khí CO đã tham gia phản ứng ở điều kiện chuẩn?
Giải:
Gọi x là số mol CO tham gia phản ứng
→Số mol CO2 = x mol
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có :
16 + 28x = 11,2 + 44x → x = 0,3
Thể tích CO đã tham gia phản ứng :
V = 0,3.22,4= 6,72 lit