Silic là một nguyên tố phi kim, phổ biến sau oxi trong vỏ Trái Đất. Vậy silic và những hợp chất của silic có những tính chất gì? Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về những vấn đề này trong bài viết hôm nay. Bên cạnh đó, chúng ta sẽ tìm hiểu về công nghiệp sản xuất vật liệu silicat như: đồ gốm, sứ, thủy tinh, xi măng… Mời các bạn cùng tham khảo bài viết!
silic-silic-dioxit-cong-nghe-san-xuat-vat-lieu-silicat
I. Silic
1. Trạng thái tự nhiên của Silic
Silic là nguyên tố phổ biến thứ 2 trong thiên nhiên, chỉ đứng sau oxi và chiếm 1/4 khối lượng của vỏ Trái Đất. Trong tự nhiên, silic không tồn tại ở dạng đơn chất mà chỉ tồn tại ở dạng hợp chất.
Các hợp chất của silic tồn tại nhiều trong tự nhiên là cát trắng, đất sét (cao lanh).
2. Tính chất của silic
Silic là chất rắn, màu xám, có vẻ sáng của kim loại, dẫn điện kém và khó nóng chảy. Tinh thể silic tinh khiết là chất bán dẫn.
Silic
silic
Silic là một phi kim có tính hoạt động hóa học yếu hơn cacbon và clo. Silic phản ứng được với O2 ở nhiệt độ cao tạo thành silic đioxit SiO2. Đây là hợp chất có nhiều ứng dụng quan trọng trong kỹ thuật điện tử (làm chất bán dẫn) và chế tạo pin mặt trời.
II. Silic đioxit (SiO2)
SiO2 là một oxit axit. Nó tác dụng được với dung dịch kiềm và oxit bazơ ở nhiệt độ cao tạo thành muối silicat.
SiO2 + NaOH (t°) → Na2SiO3 + H2O
SiO2 + CaO (t°) → CaSiO3
SiO2 có trong cát thạch anh
silic-dioxit-cat-thach-anh-SiO2
III. Công nghiệp sản xuất vật liệu silicat
Công nghiệp sản xuất vật liệu silicat gồm sản xuất: đồ gốm, thủy tinh, xi măng… từ những hợp chất tự nhiên của silic và những hóa chất cần thiết khác.
1. Sản xuất đồ gốm
Các vật liệu bằng gốm gồm: gạch, ngói, sành sứ, gạch chịu lửa…
Vật dụng làm bằng gốm sứ
san-xuat-gom-su
a) Nguyên liệu
Nguyên liệu chính để sản xuất đồ gốm là: đất sét, thạch anh, fenpat. Fenpat là một khoáng vật, gồm các oxit của silic, nhôm, natri, kali, canxi…
b) Các công đoạn chính
– Nhào đất sét, thạch anh và fenpat với nước thành khối dẻo rồi tạo hình.
– Nung các đồ vật đã tạo hình trong là ở nhiệt độ thích hợp.
c) Cơ sở sản xuất
Ở nước ta có rất nhiều cơ sở sản xuất gốm sứ nổi tiếng như: Bát Tràng (Hà Nội), các công ty gốm sứ ở Hải Dương, Đồng Nai, Sông Bé…
2. Sản xuất xi măng
Xi măng là một nguyên liệu quan trọng trong ngành xây dựng. Đây là một chất kết dính cho các công trình. Xi măng có thành phần chính là canxi silicat (CaSiO3) và canxi aluminat (Ca(AlO2)2).
a) Nguyên liệu
Nguyên liệu chính để sản xuất xi măng là đá vôi và đất sét. Ngoài ra còn có cát và một số chất phụ gia khác…
b) Các công đoạn chính
– Nghiền nhỏ hỗn hợp đá vôi và đất sét rồi trộn với cát và nước thành dạng bùn.
– Nung hỗn hợp trên trong lò nung xi măng (lò quay hoặc lò đứng) ở nhiệt độ khoảng 1400 – 1500 °C. Sau khi nung ta thu được clinke dạng rắn, để nguội.
– Nghiền clinke và một số phụ gia thành dạng bột min, ta được xi măng.
Lò quay trong sản xuất xi măng
san-xuat xi-mang-bang-lo-nung-dang-lo-quay
c) Cơ sở sản xuất
Ở nươc ta có rất nhiều nhà máy sản xuất xi măng lớn ở các tỉnh thành như: Thanh Hóa, Hải Dương, Hải Phòng, Nghệ An, Hà Nam, Kiên Giang…
3. Sản xuất thủy tinh
Thủy tinh là một vật liệu silicat rất gần gũi với chúng ta. Nó có rất nhiều ứng dụng trong đời sống. Thành phần chính trong thủy tinh là natri silicat (Na2SiO3) và canxi silicat (CaSiO3).
Các vật dụng làm bằng thủy tinh
san-xuat-thuy-tinh
a) Nguyên liệu chính
Nguyên liệu chính để sản xuất thủy tinh là cát thạch anh (cát trắng), đá vôi và soda (Na2CO3).
b) Các công đoạn chính
– Trộn đều hỗn hợp các nguyên liệu: cát, đá vôi, soda theo tỉ lệ thích hợp.
– Nung hỗn hợp trong lò quay ở 900 °C thành thủy tinh dạng nhão.
– Làm nguội thủy tinh dạng nhão ta được thủy tinh dẻo. Ép hay thổi thủy tinh dẻo thành những hình dạng mong muốn.
CaCO3 (t°) → CaO + CO2
CaO + SiO2 (t°) → CaSiO3
Na2CO3 + SiO2 (t°) → Na2SiO3 + CO2
c) Cơ sở sản xuất
Ở nước ta có nhiều nhà máy sản xuất thủy tinh ở các tỉnh: Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Bắc Ninh, Hà Nội, Hải Phòng…
IV. Giải bài tập về Silic, Silic đioxit và vật liệu Silicat
Câu 1: Hãy nêu một số đặc điểm của nguyên tố silic về trạng thái thiên nhiên, tính chất và ứng dụng.
Bài làm:
– Trạng thái tự nhiên: Silic là nguyên tố phổ biến thứ 2 trong thiên nhiên sau oxi và chiếm 1/4 khối lượng của vỏ Trái Đất. Trong tự nhiên, silic không tồn tại ở dạng đơn chất mà chỉ tồn tại ở dạng hợp chất như cát trắng, đất sét (cao lanh).
– Tính chất của silic: Silic là chất rắn, màu xám, có vẻ sáng của kim loại, dẫn điện kém và khó nóng chảy. Tinh thể silic tinh khiết là chất bán dẫn. Silic là một phi kim có tính hoạt động hóa học yếu hơn cacbon và clo. Silic phản ứng được với O2 ở nhiệt độ cao tạo thành silic đioxit SiO2.
– Ứng dụng của silic: Đây là hợp chất có nhiều ứng dụng quan trọng trong kỹ thuật điện tử (làm chất bán dẫn) và chế tạo pin mặt trời.
Câu 2. Hãy mô tả sơ lược các công đoạn chính để sản xuất đồ gốm.
Bài làm:
– Nguyên liệu: nguyên liệu chính để sản xuất đồ gốm là: đất sét, thạch anh, fenpat.
– Các công đoạn chính:
+ Nhào đất sét, thạch anh và fenpat với nước thành khối dẻo rồi tạo hình.
+ Nung các đồ vật đã tạo hình trong là ở nhiệt độ thích hợp.
Câu 3. Thành phần chính của xi măng là gì? Cho biết nguyên liệu chính và mô tả sơ lược các công đoạn sản xuất xi măng.
Bài làm:
– Thành phần chính của xi măng là canxi silicat (CaSiO3) và canxi aluminat (Ca(AlO2)2).
Nguyên liệu chính để sản xuất xi măng: là đá vôi và đất sét. Ngoài ra còn có cát và một số chất phụ gia khác…
– Các công đoạn chính:
+ Nghiền nhỏ hỗn hợp đá vôi và đất sét rồi trộn với cát và nước thành dạng bùn.
+ Nung hỗn hợp trên trong lò nung xi măng (lò quay hoặc lò đứng) ở nhiệt độ khoảng 1400 – 1500 °C. Sau khi nung ta thu được clinke dạng rắn, để nguội.
+ Nghiền clinke và một số phụ gia thành dạng bột min, ta được xi măng.
Câu 4. Sản xuất thuỷ tinh như thế nào? Viết các PTHH của phản ứng xảy ra trong quá trình nấu thuỷ tinh.
Bài làm:
– Nguyên liệu chính để sản xuất thủy tinh là cát thạch anh (cát trắng), đá vôi và soda (Na2CO3).
– Các công đoạn chính
+ Trộn đều hỗn hợp các nguyên liệu: cát, đá vôi, soda theo tỉ lệ thích hợp.
+ Nung hỗn hợp trong lò quay ở 900 °C thành thủy tinh dạng nhão.
+ Làm nguội thủy tinh dạng nhão ta được thủy tinh dẻo. Ép hay thổi thủy tinh dẻo thành những hình dạng mong muốn.
– Các PTHH xảy ra:
CaCO3 (t°) → CaO + CO2
CaO + SiO2 (t°) → CaSiO3
Na2CO3 + SiO2 (t°) → Na2SiO3 + CO2
