6-14. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить цепочки превращений веществ: a) Кремний → Оксид кремния (IV) → Силикат натрия → Кремниевая кислота → Оксид кремния (IV) → Кремний; б) Кремний → Силицид магния → Силан → Оксид кремния (IV) → Силикат калия → Силикат кальция; в) Кремний → Силикат натрия → Кремниевая кислота → Диоксид кремния → Кремний → Тетрафторид кремния. Для реакций, протекающих в растворе с участием ионов, составьте ионные уравнения. К уравнениям всех окислительно-восстановительных реакций укажите степень окисления элементов.

Решение: a) Кремний → Оксид кремния (IV) → Силикат натрия → Кремниевая кислота → Оксид кремния (IV) → Кремний: 1. Кремний → Оксид кремния (IV): $$Si^0 + O_2^0 \xrightarrow{t^\circ} Si^{+4}O_2^{-2}$$ Здесь кремний окисляется, а кислород восстанавливается. 2. Оксид кремния (IV) → Силикат натрия: $$SiO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SiO_3 + H_2O$$ Это реакция обмена, ионное уравнение не требуется. 3. Силикат натрия → Кремниевая кислота: $$Na_2SiO_3 + 2HCl \rightarrow H_2SiO_3 + 2NaCl$$ Полное ионное уравнение: $$2Na^+ + SiO_3^{2-} + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow H_2SiO_3 + 2Na^+ + 2Cl^-$$ Сокращенное ионное уравнение: $$SiO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2SiO_3$$ 4. Кремниевая кислота → Оксид кремния (IV): $$H_2SiO_3 \xrightarrow{t^\circ} SiO_2 + H_2O$$ Это реакция разложения, ионное уравнение не требуется. 5. Оксид кремния (IV) → Кремний: $$SiO_2 + 2Mg \xrightarrow{t^\circ} Si + 2MgO$$ $$Si^{+4}O_2^{-2} + 2Mg^0 \xrightarrow{t^\circ} Si^0 + 2Mg^{+2}O^{-2}$$ Здесь кремний восстанавливается, а магний окисляется. б) Кремний → Силицид магния → Силан → Оксид кремния (IV) → Силикат калия → Силикат кальция: 1. Кремний → Силицид магния: $$2Mg + Si \xrightarrow{t^\circ} Mg_2Si$$ $$2Mg^0 + Si^0 \xrightarrow{t^\circ} 2Mg^{+2}Si^{-4}$$ Здесь магний окисляется, а кремний восстанавливается. 2. Силицид магния → Силан: $$Mg_2Si + 4H_2O \rightarrow SiH_4 + 2Mg(OH)_2$$ Это реакция обмена, ионное уравнение не требуется. 3. Силан → Оксид кремния (IV): $$SiH_4 + 2O_2 \xrightarrow{t^\circ} SiO_2 + 2H_2O$$ $$Si^{-4}H_4^{+1} + 2O_2^0 \xrightarrow{t^\circ} Si^{+4}O_2^{-2} + 2H_2^{+1}O^{-2}$$ Здесь кремний окисляется, а кислород восстанавливается. 4. Оксид кремния (IV) → Силикат калия: $$SiO_2 + 2KOH \rightarrow K_2SiO_3 + H_2O$$ Это реакция обмена, ионное уравнение не требуется. 5. Силикат калия → Силикат кальция: $$K_2SiO_3 + CaCl_2 \rightarrow CaSiO_3 + 2KCl$$ Полное ионное уравнение: $$2K^+ + SiO_3^{2-} + Ca^{2+} + 2Cl^- \rightarrow CaSiO_3 + 2K^+ + 2Cl^-$$ Сокращенное ионное уравнение: $$Ca^{2+} + SiO_3^{2-} \rightarrow CaSiO_3$$ в) Кремний → Силикат натрия → Кремниевая кислота → Диоксид кремния → Кремний → Тетрафторид кремния. 1. Кремний → Силикат натрия: $$Si + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2SiO_3 + 2H_2$$ $$Si^0 + 2Na^+OH^- + H_2O \rightarrow 2Na^+ + SiO_3^{-2} + 2H_2$$ $$Si^0 + 2OH^- + H_2O \rightarrow SiO_3^{-2} + 2H_2$$ 2. Силикат натрия → Кремниевая кислота: $$Na_2SiO_3 + 2HCl \rightarrow H_2SiO_3 + 2NaCl$$ Полное ионное уравнение: $$2Na^+ + SiO_3^{2-} + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow H_2SiO_3 + 2Na^+ + 2Cl^-$$ Сокращенное ионное уравнение: $$SiO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2SiO_3$$ 3. Кремниевая кислота → Диоксид кремния: $$H_2SiO_3 \xrightarrow{t^\circ} SiO_2 + H_2O$$ Это реакция разложения, ионное уравнение не требуется. 4. Диоксид кремния → Кремний: $$SiO_2 + 2Mg \xrightarrow{t^\circ} Si + 2MgO$$ $$Si^{+4}O_2^{-2} + 2Mg^0 \xrightarrow{t^\circ} Si^0 + 2Mg^{+2}O^{-2}$$ Здесь кремний восстанавливается, а магний окисляется. 5. Кремний → Тетрафторид кремния: $$Si + 2F_2 \rightarrow SiF_4$$ $$Si^0 + 2F_2^0 \rightarrow Si^{+4}F_4^{-1}$$ Здесь кремний окисляется, а фтор восстанавливается. Развёрнутый ответ: Мы рассмотрели цепочки превращений кремния и его соединений. Для каждой реакции были написаны уравнения, а также для реакций, идущих в растворе с участием ионов, составлены ионные уравнения. К окислительно-восстановительным реакциям указаны степени окисления элементов, чтобы было понятно, какие элементы окисляются, а какие восстанавливаются.