关于中学化学中硅酸的研究，本文主要内容关键词为：硅酸论文,中学化学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、问题引出
为验证硅酸的性质，制备硅酸凝胶，人教版教材化学必修1设计如下实验：在试管中加入3mL～ 5mL饱和
溶液，滴入1～2滴酚酞溶液，再用胶头滴管滴加稀盐酸，边加边振荡，至溶液颜色变浅并接近消失时停止。静置。仔细观察变化过程及其现象，我们能很快看到略带红色胶冻状物质生成。这里为什么要加酚酞以便控制反应液的酸碱度？在酸过量的情况下又如何？参照课本我们设计如附表所示实验。
实验说明在酸过量的情况下没能形成凝胶，调节pH至一定范围可形成凝胶。如果在饱和硅酸钠溶液中不滴加酚酞溶液，直接加入稀盐酸，通过实验我们发现形成胶冻状物质的成功率较低。
附表 实验过程及现象
二、理论解释
首先，在酸过量时不是没有生成硅酸，而是生成的
单分子能溶于水。只有当这些单分子硅酸逐渐缩合为多酸时，才能形成胶体、凝胶乃至沉淀。根据戴安邦先生的“硅酸聚合作用理论”，在硅酸溶液中存在如下平衡：
根据以上两种机制，在硅酸溶液pH不同时，羟联作用和氧联作用所占比例不同。在强酸性条件下，溶胶中主要以硅酸正离子存在，难以发生凝聚。在较强酸性条件下，以羟联反应为主，形成的胶粒带正电，胶粒间同性电荷相斥，生成稳定的溶胶，而不生成凝胶。在中性、弱酸性或弱碱性条件下形成的胶粒相互间排斥力降低，发生凝聚，分子量越来越大，直至生成的多酸骨架里包含有大量水的凝胶为止。所以上述实验中返滴NaOH溶液调节pH至一定范围可形成凝胶。同样道理，经实验证实，刚生成的硅酸凝胶在加入盐酸时能部分溶解。在较强碱性条件下，溶胶中主要以硅酸负离子存在，难以发生凝聚。碱性进一步降低，以氧联反应为主，生成的硅酸溶胶也相对稳定。所以溶液的pH成为硅酸凝胶形成的关键。也有人认为，纯净的硅酸溶胶是电中性的。
三、实验探究
形成硅酸凝胶的pH范围是多少呢？我们进行如下实验：在100mL小烧杯中先加入约20mL 15% 溶液，然后逐滴加入稀HCl，边加边振荡，测定其刚好能生成凝胶时的pH为10.65。同时对比在稀HCl溶液中滴加15%溶液，边加边振荡，测定其刚好能形成凝胶时pH为6.25（实验时室温约为11℃，所有pH用经4.0、6.0、9.0标准液校对后的复合电极pH计测定。盐酸的浓度为 1 m01·
）。
另外，浓度对形成凝胶有何影响？我们向6%、 8%、10%、12%、15%、饱和溶液中分别加入2m01·的稀盐酸，用酚酞指示至溶液呈浅红色，均能很快直接形成凝胶。改用1 m01·的稀盐酸，发现在8%、10%和12%的硅酸钠溶液中先形成溶胶，再形成凝胶，整个过程约2min～4min。而在6%的硅酸钠溶液中形成胶体、凝胶所需时间更长，约十几分钟。甚至改用0.5 m01·的稀盐酸和以上几种不同浓度的硅酸钠反应也都能形成凝胶，只是需要的时间不同而已，在溶胶阶段的时间更长。由此可见，浓度对硅酸凝胶形成的影响远不及pH关键。
四、结论
据此我们认为：1.溶液的pH是硅酸凝胶形成的关键。硅酸凝胶形成的pH范围约是6.25～10.65。课堂实验以10%的溶液和1 m01·的稀盐酸反应为佳。2.在强酸性溶液中溶胶粒子带正电，在碱性、中性或微酸性溶液中溶胶粒子带负电。