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: Chất rắn tan dần).

Để khắc chữ lên thủy tinh, người ta sử dụng phản ứng giữa SiO2 và dung dịch HF: Axit flohidric (HF) có khả năng hoà tan silic đioxit một cách dễ dàng. Do tính chất này, HF được sử dụng để khắc chữ hoặc các họa tiết trên bề mặt thủy tinh. Nhờ vào điều này, chúng ta có thể trang trí thủy tinh theo ý muốn.

Bản chất của SiO2 (Silic dioxit) có tính chất của ô xít axit tác dụng được với HF. Còn

2. Bài tập vận dụng liên quan:

, axit fluorhidric, là một loại axit yếu nhưng có tính chất đặc biệt tác dụng với SiO2 (có trong thành phần thủy tinh). Vì vậy, không nên sử dụng thủy tinh để chứa chất HF.

Câu 1: Để khắc chữ lên thủy tinh, người ta thực hiện phản ứng 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, hyro florua là tên gọi tổng quát của hợp chất có ký hiệu hóa học là HF. Đây là nguồn gốc quý giá của flo và là nguyên liệu để sản xuất nhiều loại thuốc. Trong lĩnh vực hóa học, axit này được biết đến với khả năng hòa tan thủy tinh qua phản ứng với SiO2.

Trong tự nhiên, HF tồn tại ở dạng chất lỏng và dạng khí, có mùi hắc khó chịu. Khi tan trong dung dịch, HF được gọi là axit flohidric. Cho đến nay, hóa chất HF đã được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp 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 chất tan: HF là một axit yếu, có khả năng ăn mòn mạnh và dễ tan trong nước. Nó cũng có khả năng hòa tan nhiều kim loại và oxit của các kim loại khác.

‐ Trọng lượng riêng: HF có trọng lượng riêng là 1.15 g/L khi ở dạng khí (ở nhiệt độ 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 

Đặc điểm đặc biệt của axit HF là tác dụng với Silic điôxit (SiO2) có chứa trong thủy tinh. Vì vậy, không nên sử dụng chai lọ thủy tinh để chứa 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

4.3. Cách điều chế axit flohidric HF:

Người ta sử dụng phương pháp sunfat để điều chế axit HF. Khi cho axit H2SO4 đặc phản ứng với muối florua (F-), kết hợp với muối clorua (Cl-), ta 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 được tổng kết như sau:

Sử dụng trong quá trình lọc dầu: Axit flohidric được sử dụng như một chất xúc tác trong quá trình alkyl hóa tại các nhà máy lọc dầu ở Việt Nam.

Ứng dụng tẩy rửa: HF được sử dụng để loại bỏ cặn bẩn trên bề mặt kim loại và trong thiết bị trao đổi nhiệt do khả năng hòa tan các oxit kim loại. Ngoài ra, nó còn được sử dụng làm chất chống rỉ cho thép, inox, và các vật liệu khác.

Dùng trong nghiền đá: Axit HF được sử dụng làm nguyên liệu để nghiền đá và cũng được sử dụng trong quá trình ngâm axit để tách các chất hóa thạch hữu cơ khỏi silicat đá.

Ứng dụng trong ngành công nghiệp thủy tinh: HF có tác dụng mạnh với thủy tinh, có khả năng hòa tan SiO2, do đó, ngày nay nó được sử dụng làm chất xút, chất hòa tan thủy tinh và rất phổ biến trong công việc khắc thủy tinh.

Ứng dụng trong sản xuất các chất flo và flo hữu cơ: HF có chức năng tương tự như chất làm lạnh như Teflon, fluoropolymer và hydrofluorocarbons. Ngoài ra, nó còn được sử dụng 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 và có khả năng ăn mòn mạnh mẽ. Do đó, khi tiếp xúc với da, nó có thể gây bỏng nghiêm trọng, xâm nhập sâu vào da và gây đau rát. Thậm chí, nó có thể hoàn toàn phá hủy các mô và xương trong vùng tiếp xúc. Đối với dạng khí của axit HF, nó cũng có thể gây tổn thương nghiêm trọng cho mắt do phá hủy nhanh chóng giác mạc.

Vì vậy, khi sử dụng axit HF, chúng ta cần lưu ý các điểm sau đây:

- Sử dụng axit ở nơi có đủ không khí và sử dụng vật liệu chống ăn mòn để chứa axit. Không sử dụng hũ thủy tinh để lưu trữ dung dịch axit, nên sử dụng hũ/phuy nhựa đặc biệt an toàn để tránh rò rỉ hóa chất ra bên ngoài.

- Cung cấp trang bị bảo hộ như áo, mũ, kính bảo hộ, găng tay, khẩu trang, v.v. để ngăn ngừa hóa chất tiếp xúc với da và mắt.

‐ Để bảo quản HF, hãy đặt nó ở một nơi thoáng mát và tránh tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt và ánh nắng.

4.6. Sơ cứu khi tiếp xúc với axit HF:

- Nếu có tiếp xúc với da, hãy rửa sạch vùng da bị ảnh hưởng bằng dung dịch NaHCO3 5% và sau đó ngâm nó trong dung dịch amoniac 1-2% trong khoảng 1-2 giờ.

‐ Dùng dung dịch calci gluconat 10% để rửa sạch. ‐ Trong trường hợp bệnh tình trở nặng hơn và các biện pháp trên không hiệu quả, bạn nên tới ngay cơ sở y tế gần nhất để được khám và điều trị kịp thời.

5. Tìm hiểu thêm về SiO2:

5.1. SiO2 là gì? 

SiO2, hay silicon dioxide, được gọi là silica, là một hợp chất hóa học. Silica là oxit silic có độ cứng cao đã được biết từ xa xưa. Phân tử SiO2 không tồn tại dưới dạng riêng lẻ mà liên kết với nhau thành một phân tử rất lớn, tồn tại ở hai dạng kết tinh và vô định hình. Hầu hết các silica tổng hợp nhân tạo được sản xuất dưới dạng bột hoặc keo vô định hình ở áp suất và nhiệt độ cao, 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 dưới dạng tinh thể hoặc vi tinh thể, bao gồm cát (thạch anh), tridmit, cristobalit, cancedoan và đá mã não, trong đó cát là dạng phổ biến nhất. Silica là một khoáng chất tồn tại trong vỏ trái đất.

Ở áp suất bình thường, Silica có ba dạng kết tinh chính là thạch anh, tridmite và cristobalite. Mỗi dạng còn có hai hoặc ba dạng thứ cấp, trong đó 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 của các nhóm tứ diện SiO4 trong tinh thể là khác nhau. Dạng α-thạch anh có góc liên kết Si-O-Si là 150°, còn dạng tridmite và cristobalite có góc liên kết Si-O-Si là 180°. Trong thạch anh, các nhóm tứ diện SiO4 được sắp xếp sao cho nguyên tử Si nằm trên một vòng xoắn có chiều thuận tay phải (thạch anh α) hoặc thuận tay trái (thạch anh β). Để chuyển đổi từ thạch anh thành cristobalite, góc giữa Si-O-Si phải được thay đổi từ 150° thành 180°. Còn để chuyển đổi thành α-tridmite, ngoài việc thay đổi góc Si-O-Si từ 150° thành 180°, nó cũng phải quay từ 150° đến 180°, với góc của nhóm tứ diện 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

Hơn nữa, sản xuất silica NanospringsTM sử dụng 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 trong quá trình sản xuất bê tông. Sau khi được nghiền nhỏ, một hỗn hợp gồm đá vôi và đất sét được kết hợp với cát và nước để tạo thành chất bột đặc. Sau đó, chất bột này được đặt trong lò nung xi măng (có thể là lò quay hoặc lò đứng) và được nung chảy ở nhiệt độ khoảng 1400-1500 °C. Quá trình nung chảy này giúp tạo ra clinker rắn, sau đó được làm nguội. Tiếp theo, clinker này được nghiền nhỏ và kết hợp với các chất phụ gia khác để tạo thành bột xi măng.

‐ Ngoài ra, Silic dioxit cũng được sử dụng làm nguyên liệu cho ngành gốm sứ. Quá trình này bao gồm việc trộn đất sét, thạch anh và fenspat với nước theo tỷ lệ thích hợp để tạo thành một hỗn hợp nhớt và có tính đàn hồi. Sau đó, các vật liệu đã trộn này được đặt trong lò và được nung chảy ở nhiệt độ thích hợp.

- Là nguyên liệu quan trọng trong quá trình sản xuất thủy tinh, cát, đá vôi và soda được kết hợp với nhau theo tỷ lệ thích hợp, sau đó được đưa vào lò quay và nung ở nhiệt độ 900°C để tạo thành dạng sệt. Sau đó, thủy tinh nóng chảy được làm nguội để tạo thành thủy tinh dẻo. Cuối cùng, thủy tinh dẻo được ép hoặc thổi thành hình dạng mong muốn, tạo thành kính cường lực.

CaCO3 (t°) → CaO + CO2

CaO + SiO2 (t°) → CaSiO3

Na2CO3 + SiO2  (t°) → Na2SiO3 + CO2

- Thạch anh được sử dụng trong việc lọc và xử lí nước để tạo ra nước tinh khiết.

- Natri silicat (Na2SiO3) được sản xuất để sử dụng trong việc sản xuất xà phòng và thuốc nhuộm.

– SiO2 trong dạng cát được dùng như là nguyên liệu chính trong quá trình đúc cát để sản xuất các chi tiết và vật phẩm bằng kim loại bởi vì nó có nhiệt độ nóng chảy cao.