Решение задачи: Цепочка превращений SiO2 → Si → Ca2Si → SiH4 → SiO2 → Si

Задание 4. Уравнения реакций для цепочек превращений. а) Цепочка превращений: \(SiO_{2} \rightarrow Si \rightarrow Ca_{2}Si \rightarrow SiH_{4} \rightarrow SiO_{2} \rightarrow Si\) 1) Восстановление кремния из оксида магнием: \[SiO_{2} + 2Mg \xrightarrow{t} Si + 2MgO\] Окислительно-восстановительный процесс: \[Si^{+4} + 4e^{-} \rightarrow Si^{0} \text{ (восстановление, } SiO_{2} \text{ — окислитель)}\] \[Mg^{0} - 2e^{-} \rightarrow Mg^{+2} \text{ (окисление, } Mg \text{ — восстановитель)}\] 2) Получение силицида кальция: \[Si + 2Ca \xrightarrow{t} Ca_{2}Si\] \[Si^{0} + 4e^{-} \rightarrow Si^{-4} \text{ (восстановление, } Si \text{ — окислитель)}\] \[Ca^{0} - 2e^{-} \rightarrow Ca^{+2} \text{ (окисление, } Ca \text{ — восстановитель)}\] 3) Получение силана при действии соляной кислоты: \[Ca_{2}Si + 4HCl \rightarrow 2CaCl_{2} + SiH_{4}\uparrow\] 4) Горение силана на воздухе: \[SiH_{4} + 2O_{2} \rightarrow SiO_{2} + 2H_{2}O\] \[Si^{-4} - 8e^{-} \rightarrow Si^{+4} \text{ (окисление, } SiH_{4} \text{ — восстановитель)}\] \[O_{2}^{0} + 4e^{-} \rightarrow 2O^{-2} \text{ (восстановление, } O_{2} \text{ — окислитель)}\] 5) Восстановление кремния углеродом (в промышленности): \[SiO_{2} + 2C \xrightarrow{t} Si + 2CO\uparrow\] \[Si^{+4} + 4e^{-} \rightarrow Si^{0} \text{ (восстановление, } SiO_{2} \text{ — окислитель)}\] \[C^{0} - 2e^{-} \rightarrow C^{+2} \text{ (окисление, } C \text{ — восстановитель)}\] б) Цепочка превращений: \(Si \rightarrow SiO_{2} \rightarrow Na_{2}SiO_{3} \rightarrow H_{2}SiO_{3} \rightarrow SiO_{2} \rightarrow Si\) 1) Окисление кремния кислородом: \[Si + O_{2} \xrightarrow{t} SiO_{2}\] \[Si^{0} - 4e^{-} \rightarrow Si^{+4} \text{ (окисление, } Si \text{ — восстановитель)}\] \[O_{2}^{0} + 4e^{-} \rightarrow 2O^{-2} \text{ (восстановление, } O_{2} \text{ — окислитель)}\] 2) Сплавление оксида кремния со щелочью: \[SiO_{2} + 2NaOH \xrightarrow{t} Na_{2}SiO_{3} + H_{2}O\] 3) Вытеснение кремниевой кислоты более сильной кислотой: \[Na_{2}SiO_{3} + 2HCl \rightarrow H_{2}SiO_{3}\downarrow + 2NaCl\] 4) Термическое разложение кремниевой кислоты: \[H_{2}SiO_{3} \xrightarrow{t} SiO_{2} + H_{2}O\] 5) Восстановление кремния активным металлом (например, алюминием): \[3SiO_{2} + 4Al \xrightarrow{t} 3Si + 2Al_{2}O_{3}\] \[Si^{+4} + 4e^{-} \rightarrow Si^{0} \text{ (восстановление, } SiO_{2} \text{ — окислитель)}\] \[Al^{0} - 3e^{-} \rightarrow Al^{+3} \text{ (окисление, } Al \text{ — восстановитель)}\]