探究硅与氢氧化钠的反应
2010-03-15 18:26:09 阅读8 评论0 字号：大中小
引用
的
引用
的
探究Ｓｉ与ＮａＯＨ的反应(化学教育2007/04）
摘要 通过实验探究分析了Si与NaOH的反应，得出Si与NaOH无论是在干燥的条件下还是在水溶液中反应，其实质都是Si与OH-的反应，在反应中OH-起氧化作用。
关键词 硅 反应 探究实验
在无水条件下，Si与NaOH反应放出H2这一事实已被实验所证实，其反应方程式为：
加热
Si+4NaOH---→Na4SiO4+2H2↑
毫无疑问，在上面的这个氧化还原反应中（OH-）是{dywe}的氧化剂。
在《普通化学教程》（B·B·涅克拉索夫著）中册506页，对Si与碱的反应记有这样一段文字：“在野外的环境里，为了迅速得到氢气，可以用高百分比的硅铁粉末与干燥的Ca（OH）2和NaOH作用，点着后开始闷烧，可以剧烈的放出氢气；另外在《无机物质理化性质及重要反应方程式手册》一书592页中也有这样的一段文字：“干燥的Ca（OH）2和NaOH与硅铁粉作用点燃后剧烈地放出氢气，其反应方程式为：
Ca（OH）2+2NaOH+Si→Na2SiO3+CaO+2H2↑
在工业上称上述混合物为生氢剂。由此可见，Si在干燥的条件下与NaOH的反应生成H2，OH-作为氧化剂，这是毫无疑问的。
硅与NaOH的溶液反应也能放出氢气，其反应方程式有多种表示。
《无机化学》下册（北京师大等高校合编，2003年版）572页：
Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2↑
《大学普通化学》下册（傅鹰著，1982年版）447页：
硅在浓碱溶液中能溶解放出H2，其反应方程式如下
Si+2NaOH+2H2O→Na2H2SiO4+2H2↑
这2个反应在本质上没有什么差别，但都有使人产生疑问的一面：NaOH溶液与Si的反应是否仍然像在干燥条件下那样是NaOH（OH-）作氧化剂？还是H2O作氧化剂或者H2O和NaOH两者都作了氧化剂呢？
带着上面的这些疑问，我们想到：如果Si与NaOH溶液反应仍然像在干燥的条件下是NaOH（OH-）作氧化剂，则Si与NaOH物质的量之间的关系应是1∶4，质量关系应为7∶40；如果是H2O作氧化剂，反应消耗Si和H2O，那么的消耗量比理论计算量要少得多，我们以这样的思路设计了如下的半定量实验。
［实验1］ 在一个250 mL的具支烧瓶里装入1 g（0.036 mol）Si和20 mL含有1 g NaOH（0.025 mol）的溶液，小心加热，用排水法收集生成的气体，我们在室温22℃时，收集约1548 mL的H2，很接近理论值（标态时为1594.9 mL），实验表明，Si与NaOH溶液反应产生H2的量不决定于NaOH（本实验1 g NaOH，0.025 mol，远小于理论值0.144 mol）的量，从这个实验我们似乎可以得出Si与NaOH反应起氧化作用的应是H2O这一结论，表面看似乎得出这一结论是合情合理的，然而我们又做了下面这样一组对比实验。
［实验2］ 将等量的粉末状还原硅分别放入一个石英（或铂）器皿和一个普通玻璃器皿中，再盛放一定量的水。经过2个星期之后，发现盛放在石英（或铂）器皿中的粉末状还原硅无任何变化，而盛放在普通玻璃器皿中的粉末状还原性硅却被溶解了！
这是为什么呢？能解释这一现象的原因只能是：盛放在普通玻璃器皿中的水仅因含有从玻璃中溶出的微量碱而使其溶解了！由此我们得出结论：Si与NaOH溶液反应时，OH-是参与了反应的，而由实验1又知Si与NaOH溶液反应产生H2的量与NaOH物质的量无关，但没有碱的存在这个反应是不能发生的，综合2个实验分析得出：
Si与NaOH溶液的反应，首先应是Si与OH-的反应，即：
Si+4OH-→SiO4-4+2H2↑（发生氧化还原反应）
反应中生成的SiO4-4很迅速的与水进一步反应：
SiO4-4+4H2O→Si（OH）4+4OH-
（发生非氧化还原反应）
总的结果相当于硅在OH-的催化作用下溶解于水，因此表面看就是硅与水发生的氧化还原反应，导致我们得出了实验1中不正确的结论。
综上可见，Si与NaOH的反应，无论是在干燥条件下还是在溶液中，其实质都是Si与OH-的反应，OH-在反应中起了氧化性作用!
参 考 文 献
［1］ 张青莲.无机化学丛书（第三卷）.北京：科学出版社，1998：105-130
［2］ 武汉大学，吉林大学等.无机化学.第3版，北京：高等教育出版社，1994
［3］ 朱文祥，刘鲁美主编.中级无机化学.北京：北京师范大学出版社，2003
［4］ 严宣申，王长富.普通无机化学.第2版，北京：北京大学出版社，2002
［5］ 北京师大，华中师大，南京师大.无机化学.第4版，北京：高等教育出版社，2003
［6］ 申泮文主编.无机化学.北京：化学工业出版社，2004
［7］ 刘怀乐.中学化学教学实证与求索.重庆：西南师范大学出版社，2002：110-113
［8］ 傅鹰.大学普通化学.北京：人民教育出版社，1982：447
