Номер 1222, страница 189 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1222. Что такое силикагель и как его можно получить в лабораторных условиях?

Что такое силикагель

Силикагель — это высушенный гель, состоящий из аморфного диоксида кремния ($SiO_2$). Его химическая формула часто записывается как $SiO_2 \cdot nH_2O$, так как он содержит связанную воду. По своей структуре силикагель является твёрдым гидрофильным сорбентом с высокоразвитой пористой структурой и огромной удельной поверхностью (достигающей 800–1000 м²/г).

Благодаря своей пористой структуре силикагель обладает высокой сорбционной ёмкостью и широко используется в различных областях:

• В качестве осушителя для поглощения влаги из воздуха, газов и жидкостей. Маленькие пакетики с силикагелем часто можно найти в коробках с обувью, электроникой и другими товарами для их защиты от влаги.
• В качестве сорбента в хроматографии для разделения смесей веществ.
• Как носитель для катализаторов в химической промышленности.
• В качестве наполнителя для кошачьих туалетов благодаря его способности впитывать жидкость и поглощать запахи.

Внешне силикагель представляет собой стекловидные прозрачные или матовые зёрна различной формы. Иногда его пропитывают солями кобальта, которые служат индикатором влажности: безводный силикагель имеет синий цвет, а по мере поглощения влаги становится розовым.

Ответ: Силикагель — это высушенный пористый гель диоксида кремния ($SiO_2$), обладающий высокой впитывающей способностью, который используется в основном как осушитель и сорбент.

Как его можно получить в лабораторных условиях?

Решение

В лабораторных условиях силикагель получают путём подкисления раствора силиката натрия ($Na_2SiO_3$), также известного как «жидкое стекло» или силикатный клей. В результате реакции образуется гель кремниевой кислоты ($H_2SiO_3$), который затем обрабатывают для получения твёрдого пористого продукта.

Процесс включает следующие основные стадии:

1. Образование геля. К водному раствору силиката натрия при перемешивании добавляют сильную кислоту, например, серную ($H_2SO_4$) или соляную ($HCl$), до достижения кислой или нейтральной среды. Происходит реакция с образованием студенистого осадка (гидрогеля) кремниевой кислоты:

   $Na_2SiO_3 + H_2SO_4 \rightarrow H_2SiO_3\downarrow + Na_2SO_4$

   или

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

   Кремниевая кислота полимеризуется, образуя пространственную сетку, которая и формирует структуру геля.

2. Промывка. Полученный гидрогель тщательно промывают дистиллированной водой для удаления побочных продуктов реакции — растворимых солей (например, сульфата натрия $Na_2SO_4$). Этот этап важен для получения чистого продукта с развитой пористой структурой.
3. Сушка. Промытый гель высушивают при контролируемой температуре (обычно 120–180 °C). В процессе сушки вода из пор удаляется, и гидрогель превращается в ксерогель — твёрдый пористый силикагель. Скорость и температура сушки определяют конечные свойства силикагеля, такие как размер пор и удельная поверхность.

Ответ: В лаборатории силикагель получают действием сильной кислоты (например, серной) на водный раствор силиката натрия. Образовавшийся гель кремниевой кислоты промывают от солей и высушивают при повышенной температуре.