制备硅酸的实验研究

制备硅酸溶胶、硅酸凝胶是高中化学的两个重要实验。但往往实验不理想，得不到硅酸溶胶和凝胶。现谈谈我们研究这个实验的体会。
　　
　　一、实验方法
　　
　　制备硅酸溶胶
　　
　　向盛有适量1ｍｏｌ·Ｌ－1稀盐酸的试管里，逐滴加入适量饱和硅酸钠溶液，用力振荡，即得到无色透明硅酸溶胶。
　　
　　制备硅酸凝胶
　　
　　向盛有少量饱和硅酸钠溶液的试管里，逐滴加入几滴浓盐酸，振荡，静置，即得到无色透明果冻状硅酸凝胶。
　　
　　向盛有少量饱和硅酸钠溶液的试管里，慢慢通入二氧化碳或二氧化硫气体，一会儿可得到无色透明果冻状硅酸凝胶。
　　
　　向试管里注入半试管水，通1ｍｉｎ～2ｍｉｎ二氧化硫气体，直至饱和，配成亚硫酸溶液备用。
　　
　　向盛有少量饱和硅酸钠溶液的试管里，滴入几滴酚酞试液，溶液呈红色，然后逐滴加入亚硫酸，振荡，待红色消失或接近消失时，迅速形成透明果冻状硅酸凝胶。
　　
　　向盛有少量饱和硅酸钠溶液的试管里，滴入几滴酚酞试液，溶液呈红色，然后逐滴加入稀盐酸，振荡，至红色退到接近无色时，静置一会儿，即形成透明的硅酸凝胶。
　　
　　向盛有少量饱和硅酸钠溶液的试管里，加入氯化铵的浓溶液，可以立即得到白色的硅酸凝胶。
　　
　　向盛有少量饱和硅酸钠的试管里，加入氯化铝的浓溶液，可以立即得到白色的硅酸沉淀。
　　
　　试管里盛有少量饱和碳酸氢钠溶液，滴入几滴酚酞试液作指示剂，溶液呈无色，然后逐滴加入硅酸钠溶液至混合液呈红色，同样析出硅酸沉淀。
　　
　　3．有关化学反应方程式
　　
　　Ｎａ2ＳｉＯ3＋2ＨＣｌ＝Ｈ2ＳｉＯ3↓＋2ＮａＣｌ
　　
　　Ｎａ2ＳｉＯ３＋ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ＝Ｈ2ＳｉＯ３↓＋Ｎａ2ＣＯ３
　　
　　Ｎａ2ＳｉＯ３＋ＳＯ2＋Ｈ2Ｏ＝Ｈ2ＳｉＯ３↓＋Ｎａ2ＳＯ３
　　
　　Ｎａ2ＳｉＯ3＋2ＣＨ3ＣＯＯＨ＝Ｈ2ＳｉＯ3↓＋2ＣＨ3ＣＯＯＮａ
　　
　　Ｎａ2ＳｉＯ3＋2ＮＨ4Ｃｌ＋2Ｈ2Ｏ＝Ｈ2ＳｉＯ3↓＋2ＮａＣｌ＋2ＮＨ3·Ｈ2Ｏ
　　
　　3Ｎａ2ＳｉＯ3＋2ＡｌＣｌ3＋6Ｈ2Ｏ＝3Ｈ2ＳｉＯ3↓＋2Ａｌ（ＯＨ）3↓＋6ＮａＣｌ
　　
　　Ｎａ2ＳｉＯ3＋2ＮａＨＣＯ3＝Ｈ2ＳｉＯ3↓＋2Ｎａ2ＣＯ3
　　
　　二、实验研究
　　
　　1．硅酸是二元弱酸（Ｋ1＝2×10－10，Ｋ2＝1×10－12），酸性比碳酸还要弱。在可溶性的硅酸盐（硅酸钠、硅酸钾）溶液里加入强酸（盐酸、硫酸等）可得到硅酸。制备硅酸的反应比较复杂，反应先生成正硅酸（Ｈ4ＳｉＯ4），然后转化为硅酸溶胶，若硅酸溶胶浓度大，可在一定条件下转化为硅酸凝胶。硅酸脱水可生成焦硅酸（Ｈ6Ｓｉ2Ｏ7）及其他多硅酸。
　　
　　将硅酸凝胶脱水（加热），可得到白色透明的多孔性固体硅胶。硅胶对极性物质有较强的吸附作用，常用作干燥剂和吸附剂，也可作为催化剂的载体。
　　
　　2．硅酸钠与盐酸反应可能出现三种情况：（1）形成稳定的溶胶；（2）形成不稳定的溶胶；（3）生成凝胶沉淀。在实验过程中溶液的浓度、温度、反应混合溶液的酸碱度（ｐＨ）、试剂添加的顺序等，对产物都有很大的影响。
　　
　　3．反应混合溶液的酸碱度（ｐＨ）对产物的影响都很大，经实验研究有下列规律：
　　
　　（1）当混合溶液的ｐＨ为3～5时，可得到是室温下稳定的硅酸溶胶；加热该硅酸溶胶也不易凝聚，难以形成硅酸凝胶。如果再缓慢继续向该溶液里加入硅酸钠溶液，当ｐＨ调到约为8～9时，则有白色胶状硅酸凝胶沉淀。
　　
　　（2）当混合溶液的ｐＨ为6～7时，可以得到不稳定的硅酸溶胶。用这种硅酸溶胶做丁达尔胶体实验，现象很明显。将该硅酸胶体稍稍加热，就会立即得到白色胶状硅酸凝胶沉淀。
　　
　　（3）当混合溶液的ｐＨ为8～9时，迅速生成稳定的硅酸溶胶，这种溶胶迅速凝聚，很快将整个混合物凝结成一种果冻的胶状物质。
　　
　　（4）硅酸钠是强碱弱酸盐，它能与强酸（盐酸、硫酸）、Ｈ2ＳＯ３，Ｈ2ＣＯ３等反应，生成酸性更弱的硅酸。硅酸钠溶液显强碱性，它也能与显酸性的盐（ＮＨ４Ｃｌ，ＡｌＣｌ３等）溶液发生水解反应，生成硅酸沉淀。
　　
　　硅酸钠、碳酸氢钠溶液都显碱性，它们之间也能反应生成硅酸沉淀，这是因为硅酸钠溶液里的ＳｉＯ３2－只能水解，而碳酸氢钠里的ＨＣＯ３－既能水解又能电离：
　　
　　ＳｉＯ３2－＋Ｈ2Ｏ＝ＨＳｉＯ３－＋ＯＨ－