二氧化碳制硅酸的条件探究
摘要：CO2气体通入Na2SiO3溶液中，没有通常所说的以强酸制弱酸生成硅酸沉淀明显实验现象。带着问题开始了实验条件的探究。通过多次探究、分析实验，终于在实验室中能短时间内用二氧化碳制出了硅酸，并归纳了实验室用二氧化碳制硅酸的实验条件及方法。
关键词：多孔性球泡导气管、放热反应、冷水浴、弹性凝胶
1、研究背景:
在教学中，为了验证硫、碳、硅非金属性的强弱，我们设计了如下实验，利用强酸制弱酸原理，即硫酸的酸性强于碳酸，碳酸酸性强于硅酸来证明硫、碳、硅非金属性的强弱，反应方程式如下：
H2SO4+Na2CO3=Na2SO4+CO2↑+ H2O
Na2SiO3+ CO2+2H2O=H4SiO4↓+Na2CO3
但是，当我们具体做实验时，当把CO2气体通入Na2SiO3溶液中，根本没有通常所说的以强制弱和参考书上所讲的明显现象。是参考资料有误，还是实验有问题，我们连续用了两中不同的方法产生CO2（碳酸钠与稀硫酸反应，碳酸钙与稀盐酸反应），通入硅酸钠溶液中也没有明显现象。后来带着问题开始了实验条件的探究。
2、查阅资料：
我们找到了两本高等《无机化学》〖1〗教材下册，【北京师范大学、华中师范学院、南京师范学院无机化学教研室编】查阅得到如下信息：632页，H4SiO4在水中溶解度不大，但生成后并不立即沉淀下来，因为开始形成的单分子硅酸能溶于水。当这些单分子硅酸逐渐缩合为多硅酸时 ，形成硅酸溶胶。而溶胶是比较稳定的，所以不出现沉淀。在此溶胶中加电解质，或着在适当浓度的硅酸溶液中加酸，则的到半凝固状态、软而透明且有弹性的硅酸凝胶。在另一本《无机化学》〖2〗教材下册，【北京师范大学、华中师范学院、南京师范学院无机化学教研室编】(2000年1月第11次印刷）书中P589页查到，在可溶性硅酸盐溶液中加酸，产物组成随PH值的降低而变化的情况大致如下：
当溶液的PH=14时，产物以SiO32-形式存在。
PH=10.9～13.5时，以Si2O52-形式存在。
PH﹤10.9时，缩合成较大离子形式存在。
PH更小时，以有凝胶析出。
PH=5.8时，胶凝速度最快。
3.实验过程毕业论文
http://www.751com.cn3.1 取少量质量分数约为13%的Na2SiO3溶液于试管中，滴入稀硫酸，可以看到有白色胶状沉淀生成。说明Na2SiO3与强酸反应现象明显。
3.2 常温下，取少量质量分数约为13%的Na2SiO3溶液于试管中，用CaCO3与稀盐酸反应产生CO2，通入CO2气体，十分钟后，也没有明显现象.
3.3 分析原因
可能是溶液酸度不够。可能CO2在溶液中溶解度不大，如何短时间内增大CO2在溶液中的溶解度呢？我们首先想到的是增大气体的压强以增加CO2在溶液中的溶解度时，同时从反应速率和反应程度看都有利于H4SiO4的生成，但加压的条件中学实验室很难做到，于是我们用多孔性球泡导气管向Na2SiO3溶液通入CO2气体如图所示，向13%的Na2SiO3溶液中通入CO2十分钟后,但还没有明显现象。猜测可能形成了溶胶不聚沉，在此溶液中滴加NaCl溶液，也没有明显现象。在做实验过程中，偶然发现通入CO2气体的溶液温度升高，是放热反应，且有明显变化，这一发现给我们走入困境的实验，提供了新的实验条件选择方法。
3.4 用CaCO3与稀盐酸反应产生CO2，通入CO2气体，，用多孔性球泡导气管，向13%的Na2SiO3溶液中通入CO2同时把试管放入盛放冷水的大烧杯中，在冷水浴条件下通CO2气体。五分钟后，可以观察到在处于液面处的导管表面和试管内壁出现透明灰白胶状不溶物。停止通气后，再向溶液中滴入几滴饱和的NaCl溶液，澄清的液体很快变为灰白色，然后凝结成灰白色的有弹性的凝胶状物质。这样我们通过多次实验，终于在实验室中顺利地短时间内用二氧化碳制出了硅酸。
4、实验的条件及方法归纳
①所用Na2SiO3溶液应是较浓的溶液。
②用多孔性球泡导管通入CO2，以增大CO2的溶解度。
③把盛放Na2SiO3溶液的试管放入冷水中，以增的反应的程度。
④当试管内壁透明灰白胶状不溶物，停止通CO2。
⑤再向溶液中滴入几滴饱和的NaCl溶液。
5.几点体会
5.1教材中看似简单的内容事实上不是那么容易，需经过实验加以论证。实践是检验真理的唯一标准。
5.2利用化学实验可以充分体会到化学基本理论在实际中的应用，并可以体会到理论的指导作用。
5.3利用化学实验可以加深对化学原理的理解，在实验过程中发现问题解决问题，培养学生的分析问题解决问题的能力。
主要参考文献
[1] 《无机化学》教材下册，【北京师范大学、华中师范学院、南京师范学院无机化学教研室编】632页.
[2]《无机化学》教材下册，【北京师范大学、华中师范学院、南京师范学院无机化学教研室编】(2000年1月第11次印刷）书中P589页1597
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