Question

分子篩具有吸附能力強(qiáng)，熱穩(wěn)定性高等優(yōu)良性能，使得分子篩獲得廣泛應(yīng)用，某種型號(hào)分子篩的工業(yè)生產(chǎn)流程可表示如下：

在滴加氨水調(diào)節(jié)pH=9的過程中，若pH控制不當(dāng)，會(huì)有Al(OH)₃生成，假設(shè)生產(chǎn)過程中鋁元素、硅元素均沒有損失，鈉原子利用率為10%。
（1）分子篩的直徑為4A(1A=10^－10m)稱為4A型分子篩，當(dāng)Na⁺被Ca²⁺取代時(shí)就制得5A型分子篩，當(dāng)Na⁺被K⁺取代時(shí)就制得6A型分子篩。要高效分離正丁烷(分子直徑為4．65A)和異丁烷(分子直徑為5．6A)應(yīng)該選用_______型分子篩。
（2）Al₂(SO₄)₃溶液與Na₂SiO₃溶液反應(yīng)生成膠體的離子方程式為________________________
（3）該生產(chǎn)流程中所得濾液里含有的離子除H⁺、OH^－外，主要還有         等離子。檢驗(yàn)其中金屬陽離子的操作方法是            ；
（4）加NH₃?H₂O調(diào)節(jié)pH后，加熱到90℃并趁熱過濾的原因可能是                  。
（5）該生產(chǎn)流程中所得分子篩的化學(xué)式為                 。（用氧化物形式表示）

Answer 1

（1）5A（2）2Al³⁺+3SiO₃^2-+6H₂O=2Al(OH)₃+3H₂SiO₃
（3）Na⁺,NH₄⁺,SO₄^2-;將鉑絲（或鐵絲）在酒精燈上加熱至無色，蘸取待測(cè)溶液放在酒精燈外焰上灼燒，若火焰呈黃色，則待測(cè)液中含有Na⁺;
（4）加熱能促使膠體凝聚，趁熱過濾可防止其它雜質(zhì)晶體析出。
（5）Na₂O·Al₂O₃·10SiO₂·6H₂O

試題分析：（1）由于正丁烷的分子直徑為4．65A，異丁烷的分子直徑為5．6A，所以應(yīng)該選擇5A型分子篩才可以將二者分離開。（2）Al₂(SO₄)₃是強(qiáng)酸弱堿鹽， Na₂SiO₃是強(qiáng)堿弱酸鹽，二者在溶液反應(yīng)生成膠體的離子方程式為2Al³⁺+3SiO₃^2-+6H₂O=2Al(OH)₃+3H₂SiO₃。（3）根據(jù)質(zhì)量守恒定律，可知在該生產(chǎn)流程中所得濾液里含有的離子除H⁺、OH^－外，主要還有Na⁺、NH₄⁺、SO₄^2-�？梢杂醚嫔�反應(yīng)來檢驗(yàn)其中金屬陽離子Na⁺。具體操作方法是將鉑絲（或鐵絲）在酒精燈上加熱至無色，蘸取待測(cè)溶液放在酒精燈外焰上灼燒，若觀察到火焰呈黃色，則待測(cè)液中含有Na⁺。（4）加NH₃?H₂O調(diào)節(jié)pH后，加熱到90℃并趁熱過濾是因?yàn)榧訜崮艽偈鼓z體凝聚，趁熱過濾可防止其它雜質(zhì)晶體析出而導(dǎo)致膠體不純。（5）由于在生產(chǎn)過程中鋁元素、硅元素均沒有損失，鈉原子利用率為10%。n(Al)=(34．2g÷342g/mol)×2=0．2mol；n(Si)=122g÷122g/mol=1mol；n(Na)=2n(Si)=2mol。所以在膠體中的Al:0．2mol;Si:1mol;Na: 2mol×10%=0．2mol;由于在化合物中的正負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和為0，所以2n(O)=0．2×3+1×4＋0．2×1．解得n(O)=2．4．所以n(Na): n(Al): n(Si): n(O)=0．2:0．2:1:2．4=1:1:5:12．由于分子篩的化學(xué)式為Na_xAl_ySi_ZO_n·mH₂O。質(zhì)量為87．2g．{87．2g÷(382＋18m)g/mol}×1=0．2;解得m=3．因此該分子篩的化學(xué)式為NaAlSi₅O₁₂·3H₂O．分子篩可以用不同的形式表示。在變化的過程中個(gè)元素的物質(zhì)的量的比不能發(fā)生變化。所以用氧化物的形式表示為Na₂O·Al₂O₃·10SiO₂·6H₂O。