Phương trình phản ứng hóa học: SiO2 + HF → SiF4 + H2O

1. Phương trình phản ứng SiO2 tác dụng với dung dịch HF:

SiO2 + HF → SiF4 + H2O (dấu hiệu nhận biết phản ứng: Xuất hiện hiện tượng: Chất rắn tan dần).

Để khắc chữ lên thủy tinh người ta dựa vào phản ứng giữa SiO2 tác dụng với dung dịch HF: Axit flohidric (HF) hoà tan dễ dàng silic đioxit.  Nhờ tính chất này nên HF được dùng để khắc chữ hoặc các họa tiết trên thủy tinh. Do đó, chúng ta có thể trang trí trên thủy tinh như ý muốn.

Bản chất của SiO2 (Silic dioxit) có tính chất của ô xít axit tác dụng được với HF. Còn bản chất của HF (Axit flohidric) là axit yếu mang tính chất đặc biệt tác dụng với SiO2 (có trong thành phần thủy tinh) do đó không dùng thủy tinh để đựng chất HF.

2. Bài tập vận dụng liên quan:

Câu 1: Để khắc chữ lên thủy tinh người ta dựa vào phản ứng như sau:

A. SiO2 + 2Mg → 2MgO + Si.

B. SiO2+ 2NaOH → Na2SiO3+ H2O.

C. SiO2+ 4HF → SiF4+ 2H2O.

D. SiO2 + Na2CO3 → Na2SiO3 + Câu 2: Axit dùng để khắc chữ lên thủy tinh là:

A. dung dịch H2SO4.

B. dung dịch HNO3.

C. dung dịch HCl.

D. dung dịch HF.

Câu 3: Silic đioxit phản ứng được với tất cả các chất trong dãy nào đây?

A. NaOH, MgO, HCl

B. KOH, MgCO3, HF

C. NaOH, Mg, HF

D. KOH, Mg, HCl

Câu 4: Công thức hóa học của thủy tinh:

A. Na2O.CaO.6SiO2

B. CaO.6SiO2

C. Na2O.6SiO2

D. Na2O.CaO.2SiO2

3. Hướng dẫn và lời giải:

Câu 1: Đáp án: C

SiO2+ 4HF → SiF4+ 2H2O.

Câu 2: Đáp án: D

Dung dịch HF.

Câu 3: Đáp án: C

NaOH, Mg, HF

Câu 4: Đáp án: A

Na2O.CaO.6SiO2

4. Tìm hiểu về Axit flohidric (HF):

4.1. Axit flohidric (HF) là chất gì?

Axit flohidric, Hydro florua là tên gọi chung của chất có công thức hóa học là HF. Đây là một nguồn flo quý giá và là nguyên liệu để sản xuất nhiều loại thuốc. Trong hóa học, axit này được biết đến với khả năng hòa tan thủy tinh khi phản ứng với SiO2.

Trong tự nhiên, HF tồn tại ở thể lỏng và thể khí, có mùi hắc khó chịu. Ở dạng dung dịch, HF có tên là axit flohidric. Cho đến nay, hóa chất HF đã được sử dụng rộng rãi trong hóa dầu và các ngành công nghiệp khác.

4.2. Tính chất của Axit flohidric HF:

Thứ nhất, tính chất vật lí:

‐ Ngoại quan: Tồn tại dạng chất lỏng, không có màu, có mùi hắc.

‐ Tính tan: là 1 axit yếu, ăn mòn mạnh, dễ tan trong nước. HF có khả năng hòa tan nhiều kim loại với oxit của ánh kim.

‐ Khối lượng riêng: 1.15 g/L, gas (25°C).

‐ Điểm nóng chảy: −83,6°C (189,6 K; −118,5°F).

‐ Áp suất hơi: 783 mmHg (20°C).

‐ Điểm sôi: 19,5°C (292,6 K; 67,1°F)

Thứ hai, tính chất hóa học:

‐ Tác dụng với phi kim

O2 + HF → HFO2

2I2 + HF → HF4

2Br2 + HF → HFBr4

‐ Tác dụng với oxit

Tính chất đặc biệt của axit HF là tác dụng với SiO2 có trong thành phần thủy tinh. Do đó, không dùng chai lọ thủy tinh để đựng dung dịch axit HF.

SiO2 + 4HF → 2H2O + SiF4

SO3 + HF → HSO3F

‐ Tác dụng với H2O

2H2O + HF → 2H2 + HFO2

H2O + HF + AsF5 → HAsF6.H2O

‐ Tác dụng với Bazo

NaOH + HF → H2O + NaF

Ca(OH)2 + 2HF → CaF2 + 2H2O

‐ Tác dụng với muối

NaF + HF → NaHF2

CuCl + HF → HCl + CuF

4.3. Cách điều chế axit flohidric HF:

Người ta sử dụng phương pháp sunfat để điều chế axit HF. Cho axit H2SO4 đặc tác dụng với muối Florua, clorua và thu được sản phẩm chương trình như sau:

CaF2 + H2SO4 → CaSO4 + 2HF

Điều kiện của Phương Pháp điều chế này nhiệt độ ở 250 độ C, với hiện tượng có khí thoát ra.

4.4. Ứng dụng của axit flohidric HF:

Một số ứng dụng của Axit flohidric hiện nay có thể điểm qua như sau:

Sử dụng trong lọc dầu: HF đóng vai trò là chất xúc tác trong quá trình alkyl hóa của các nhà máy lọc dầu tại Việt Nam.

Ứng dụng tẩy rửa: HF có khả năng hòa tan các oxit kim loại nên chúng được dùng để tẩy rửa bề mặt kim loại, tẩy cặn trong các thiết bị trao đổi nhiệt. Đôi khi nó còn được dùng làm chất chống rỉ cho thép, inox,..

Dùng trong nghiền đá: Axit này còn được dùng làm nguyên liệu để nghiền đá, và nó được dùng trong ngâm axit để tách các chất hóa thạch hữu cơ ra khỏi silicat đá.

Ứng dụng trong công nghiệp thủy tinh: HF phản ứng khá mạnh với thủy tinh, chúng có thể hòa tan SiO2 nên ngày nay được dùng làm chất xút, chất hòa tan thủy tinh và được sử dụng rộng rãi trong khắc thủy tinh.

Các ứng dụng sản xuất flo và flo hữu cơ: HF có chức năng như chất làm lạnh như Teflon, fluoropolymer và hydrofluorocarbons. Ngoài ra, nó còn là nguồn để tổng hợp và sản xuất các hợp chất flo hữu cơ  và các sản phẩm của flo.

4.5. Axit flohidric HF có độc không và những lưu ý khi sử dụng:

Axit flohydric HF rất độc, chúng ăn mòn rất mạnh. Do đó, khi tiếp xúc với da sẽ gây bỏng nặng, thấm sâu vào da, gây đau rát, thậm chí có thể phá hủy hoàn toàn các mô, xương ở vùng tiếp xúc. HF ở dạng khí cũng có thể gây tổn thương mắt nghiêm trọng do giác mạc bị phá hủy nhanh chóng.

Vì vậy khi sử dụng axit HF ta phải chú ý một số điểm sau đây:

 ‐ Sử dụng axit ở nơi thông thoáng với các vật liệt có khả năng chống axit ăn mòn. Không dùng hũ thủy tinh để đựng dung dịch axit, nên dùng hũ/phuy nhựa chuyên dụng an toàn để hóa chất không bị rò rỉ  ra ngoài.

‐ Cung cấp các thiết bị bảo hộ như quần áo, mũ, kính bảo hộ, găng tay, khẩu trang, v.v. để tránh hóa chất tiếp xúc với da và mắt.

‐ Bảo quản HF ở nơi thoáng mát, tránh xa nguồn nhiệt và ánh nắng trực tiếp.

4.6. Sơ cứu khi tiếp xúc với axit HF:

‐ Trường hợp tiếp xúc với da, rửa sạch bằng dung dịch NaHCO3 5% và ngâm vùng da bị ảnh hưởng trong 1-2 giờ trong dung dịch amoniac 1-2%.

‐ Rửa sạch bằng dung dịch calci gluconat 10%.

‐ Nếu bệnh diễn biến nặng mà áp dụng các cách giải quyết trên không được thì bạn nên đến ngay cơ sở gần nhất để được thăm khám và điều trị kịp thời.

5. Tìm hiểu thêm về SiO2:

5.1. SiO2 là gì? 

SiO2, hay silicon dioxide, là một hợp chất hóa học còn được gọi là silica. Nó là một oxit silic có độ cứng cao đã được biết đến từ thời cổ đại. Phân tử SiO2 không tồn tại ở một dạng nhất định mà liên kết  với nhau thành một phân tử rất lớn và tồn tại ở hai dạng: kết tinh  và vô định hình. Hầu hết các silica tổng hợp nhân tạo được sản xuất ở dạng bột hoặc keo có cấu trúc vô định hình, ở áp suất và nhiệt độ cao, chẳng hạn như coesit và stishovite, có cấu trúc tinh thể.

5.2. Trạng thái tự nhiên của Silic dioxit SiO2:

Trong tự nhiên, silica tồn tại chủ yếu ở dạng tinh thể hoặc vi tinh thể, chẳng hạn như cát (thạch anh), tridmite, cristobalit, cancedoan hoặc đá mã não, trong đó dạng phổ biến nhất là cát. Nó  là một khoáng chất của vỏ trái đất.

Ở áp suất bình thường, silica kết tinh có ba dạng thù hình chính là thạch anh, tridmite và cristobalite. Mỗi dạng có hai hoặc ba dạng thứ cấp, với dạng thứ cấp α ổn định ở nhiệt độ thấp và dạng thứ cấp β ổn định ở nhiệt độ cao.

Trong ba dạng kết tinh của SiO2, sự sắp xếp các nhóm tứ diện của SiO4  trong tinh thể là khác nhau. Ở dạng α-thạch anh, góc liên kết Si-O-Si là 150°, và ở dạng tridmite và cristobalite, góc liên kết Si-O-Si là 180°. Trong thạch anh, các nhóm tứ diện SiO4 được sắp xếp sao cho các nguyên tử Si nằm trên một vòng xoắn thuận tay phải (thạch anh α) hoặc thuận tay trái (thạch anh β). Để chuyển đổi thạch anh thành cristobalit, góc Si-O-Si phải được thay đổi từ 150° thành 180° và chuyển đổi thành α-tridmite, ngoài việc thay đổi góc Si-O-Si từ 150° thành 180°, nó cũng phải được quay 150° đến 180°, góc của SiO4 so với trục đối xứng là 180⁰.

5.3. Tính chất hóa học của SiO2:

‐ Silic dioxit có thể tác dụng với kiềm và oxit bazơ để tạo thành muối silicat ở nhiệt độ cao.

SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O

SiO2 + Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2

‐ Không phản ứng được với nước.

‐ Phản ứng với axit flohidric theo phương trình hóa học:

SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O

SiO2 + 6HF(đặc) → H2SiF6 + 2H2O

5.4. Phương pháp điều chế SiO2:

‐ Cho silic phản ứng với oxi trong điều kiện nhiệt độ cao

Si(r) + O2(k) → SiO2 ( r )

Phương Pháp này thường được sử dụng để phủ lớp SiO2 trên bề mặt của silic.

‐ Phương pháp phun khói

Là phương thức thủy phân silic halogel ở nhiệt đô cao với oxi và hidro theo phương trình hóa học:

2H2 + O2 + SiCl4 → SiO2 + 4HCl

‐ Phương pháp kết tủa:

Cho silic phản ứng với 1 axit vô cơ. Phản ứng xảy ra như sau:

Na2SiO3 + H+ → 2Na+ + SiO2 + H2O

‐ Phương pháp sol-gel

Là phương pháp thủy phân 1 alkoxysilan với xúc tác bazơ và axit.

Si(OR)4 + 2H2O → SiO2 + 4ROH

Ngoài ra, silica NanospringsTM được sản xuất bằng phương pháp hơi – lỏng rắn ở nhiệt độ thấp, tương đương với nhiệt độ phòng.

5.5. Ứng dụng của Silic dioxit SiO2:

‐ Khoảng 95% Silic dioxit thương mại được sử dụng trong ngành xây dựng, chẳng hạn như sản xuất bê tông. Sau khi nghiền, hỗn hợp đá vôi và đất sét được trộn với cát và nước để tạo thành bùn. Sau đó, nó được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 1400-1500 °C trong lò nung xi măng (lò quay hoặc lò đứng) để thu được clinker rắn, để nguội. Xi măng thu được bằng cách nghiền clinker và một số chất phụ gia thành bột.

‐ Làm nguyên liệu cho ngành gốm sứ: Trộn đất sét, thạch anh và fenspat với nước theo tỷ lệ thích hợp để tạo thành khối và hình dạng đàn hồi. Sau đó nung nóng các vật đã tạo thành đến nhiệt độ thích hợp.

‐ Là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất thủy tinh: Cát, đá vôi và soda được trộn theo tỷ lệ thích hợp rồi nung thành dạng sệt trong lò quay ở nhiệt độ 900°C. Tiếp theo là làm nguội thủy tinh nóng chảy để tạo ra thủy tinh dẻo. Và bước cuối cùng là ép hoặc thổi kính cường lực thành hình dạng mong muốn.

CaCO3 (t°) → CaO + CO2

CaO + SiO2 (t°) → CaSiO3

Na2CO3 + SiO2  (t°) → Na2SiO3 + CO2

‐ Thạch anh dùng trong hệ thống lọc nước, xử lí nước tinh khiết.

‐ Sản xuất natri silicat (Na2SiO3), một thành phần được sử dụng để sản xuất xà phòng và thuốc nhuộm.

– SiO2 ở dạng cát được sử dụng làm nguyên liệu chính trong quá trình đúc cát để sản xuất các chi tiết và đồ vật bằng kim loại do có nhiệt độ nóng chảy cao.