Осуществите цепочку превращений: SiO2 → Na2SiO3 → H2SiO3 → SiO2 → Si. Рассмотрите реакцию №4 как ОВР и №2 как ионного обмена.

Цепочка превращений между веществами SiO2, Na2SiO3, H2SiO3, SiO2 и Si состоит из нескольких последовательных химических реакций. Давайте рассмотрим каждую из них.

1. SiO2 → Na2SiO3
   Эта реакция представляет собой образование силикатов натрия (Na2SiO3) из диоксида кремния (SiO2) при взаимодействии с щелочным раствором. Реакция протекает следующим образом:

   $$SiO_2 + 2NaOH → Na_2SiO_3 + H_2O$$

   Здесь SiO2 реагирует с гидроксидом натрия, образуя метасиликат натрия (Na2SiO3) и воду.

2. Na2SiO3 → H2SiO3
   Это реакция обмена ионов, когда из раствора натриевого силиката извлекаются ионы натрия, заменяемые ионами водорода. Реакция происходит при добавлении кислоты, например, HCl, к раствору Na2SiO3:

   $$Na_2SiO_3 + 2HCl → H_2SiO_3 + 2NaCl$$

   В этом процессе происходит обмен ионами натрия и водорода, в результате чего образуется кислая соль – кремниевая кислота (H2SiO3) и хлорид натрия (NaCl).

3. H2SiO3 → SiO2
   При нагревании кремниевой кислоты (H2SiO3) происходит ее дегидратация, то есть удаление воды, в результате чего образуется диоксид кремния (SiO2):

   $$H_2SiO_3 → SiO_2 + H_2O$$

   Это реакция, в ходе которой молекула воды отделяется от кремниевой кислоты, образуя SiO2.

4. SiO2 → Si
   Это восстановительная реакция, где диоксид кремния восстанавливается до чистого кремния (Si) при высоких температурах в присутствии восстановителя, такого как углерод (уголь). Процесс можно записать как:

   $$SiO_2 + 2C → Si + 2CO$$

   В этой реакции диоксид кремния восстанавливается углеродом, а угарный газ (CO) выделяется как побочный продукт. Это реакция восстановления, поскольку кремний в SiO2 переходит в элементарную форму (Si), теряя кислород.

Итак, рассмотренная цепочка превращений представляет собой последовательность реакций, включающих как обмен ионами, так и восстановление. В реакциях восстановления (реакция №4) происходит передача электронов от углерода к кремнию, что является примером окислительно-восстановительного процесса (ОВР).