Question

17．分子篩具有均勻的微孔，其應(yīng)用非常廣泛，可以作高效干燥劑、選擇性吸附劑、催化劑、離子交換劑等．常用分子篩為結(jié)晶態(tài)的硅酸鹽或硅鋁酸鹽，其一種功能是具有篩分功能：只有分子直徑小于孔穴直徑的分子才能通過分子篩的孔穴，如圖，
因此其可用于物質(zhì)的分離提純．某種型號的分子篩的工業(yè)生產(chǎn)簡單流程如圖所示：

 
圖中在加NH₃•H₂O調(diào)節(jié)pH的過程中，若pH＞9會有某種沉淀雜質(zhì)生成，假設(shè)生產(chǎn)流程中鋁元素和硅元素均沒有損耗，鈉原子的利用率為10%．
請回答下列問題：
（1）寫出硫酸鋁溶液中加入硅酸鈉發(fā)生反應(yīng)的離子方程式2Al³⁺+3SiO₃^2-+6H₂O=2Al（OH）₃↓+3H₂SiO₃↓．
（2）圖中加NH₃•H₂O調(diào)節(jié)pH=9的目的是想抑制氫氧化鋁（填名稱）沉淀生成．
（3）生產(chǎn)流程中所得濾液中含有的主要離子有Na⁺、NH₄⁺、SO₄^2-．
（4）該分子篩的化學(xué)式為Na₂O•Al₂O₃•10SiO₂•6H₂O或Na₂（Al₂Si₁₀O₂₄）•6H₂O．
（5）分子篩的孔道直徑為4稱為4A型分子篩，當(dāng)Na⁺被Ca²⁺[r（Ca²⁺）=2.2r（Na⁺）]取代時(shí)就制得5A型分子篩，當(dāng)Na⁺被K⁺取代時(shí)就制得3A型分子篩，要高效分離正丁烷（分子直徑為4.65）和異丁烷（分子直徑為5.6）應(yīng)該選用5A型分子篩，鈉離子的分子篩為＞（填“＞”“＜”或“=”）5A型分子篩．

Answer 1

分析 工業(yè)生產(chǎn)分子篩的簡單流程：Al₂（SO₄）₃與Na₂SiO₃在去離子水的作用下發(fā)生雙水解：2Al³⁺+3SiO₃^2-+6H₂O=2Al（OH）_{3（膠體）}+3H₂SiO_{3（膠體）}，得到Al（OH）₃、H₂SiO₃（膠體），加MH₃•H₂O調(diào)節(jié)pH后，加熱到90℃促進(jìn)膠體聚沉，趁熱過濾可以防止氫氧化鋁雜質(zhì)結(jié)晶析出，由鈉原子的利用率為10%，且加入氨水，則濾液中一定含有硫酸鈉和硫酸銨，晶體洗滌干燥即為分子篩．
（1）Al₂（SO₄）₃溶液與Na₂SiO₃溶液反應(yīng)發(fā)生雙水解反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和硅酸沉淀；
（2）在加NH₃•H₂O調(diào)節(jié)pH的過程中，若pH控制不當(dāng)會有Al（OH）₃生成；
（3）由鈉原子的利用率為10%，且加入氨水，則濾液中一定含有硫酸鈉和硫酸銨；
（4）計(jì)算n[Al₂（SO₄）₃]、n（Na₂SiO₃），結(jié)合鈉原子的利用率為10%，以及分子篩的質(zhì)量計(jì)算水的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算物質(zhì)的量，可確定分子式；
（5）分離正丁烷和異丁烷，應(yīng)選用分子篩的型號介于4.65A～5.6A之間，Ca²⁺與K⁺，為同核外電子排布的離子，核電荷數(shù)大的離子半徑小，鉀、鈉為同族元素．

解答 解：（1）Al₂（SO₄）₃溶液與Na₂SiO₃溶液反應(yīng)發(fā)生雙水解反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和硅酸沉淀，反應(yīng)的離子方程式為2Al³⁺+3SiO₃^2-+6H₂O=2Al（OH）₃↓+3H₂SiO₃↓，
故答案為：2Al³⁺+3SiO₃^2-+6H₂O=2Al（OH）₃↓+3H₂SiO₃↓；
（2）氫氧化鋁為兩性氫氧化物，加MH₃•H₂O調(diào)節(jié)pH=9防止氫氧化鋁雜質(zhì)結(jié)晶析出，故答案為：氫氧化鋁；
（3）由鈉原子的利用率為10%，且加入氨水，則濾液中一定含有硫酸鈉和硫酸銨，生產(chǎn)流程中所得濾液里含有的離子除H⁺、OH^-外含有：Na⁺、NH₄⁺、SO₄^2-，
故答案為：Na⁺、NH₄⁺、SO₄^2-；
（4）n（Al₂O₃）=0.1mol，n（SiO₂）=1mol，因鈉原子的利用率為10%，則n（Na₂O）=1mol×10%=0.1mol，又分子篩的質(zhì)量為87.2g，
則n（H₂O）=$\frac{87.2g-0.1mol×102g/mol-1mol×60g/mol-0.1mol×62g/mol}{18g/mol}$=0.6mol，
則n（Na₂O）：n（Al₂O₃）：n（SiO₂）：n（H₂O）=0.1mol：0.1mol：1mol：0.6mol═1：1：10：6，
所以分子篩的化學(xué)式為Na₂O•Al₂O₃•10SiO₂•6H₂O或Na₂（Al₂Si₁₀O₂₄）•6H₂O，
故答案為：Na₂O•Al₂O₃•10SiO₂•6H₂O或Na₂（Al₂Si₁₀O₂₄）•6H₂O；
（5）分離正丁烷和異丁烷，應(yīng)選用分子篩的型號介于4.65A～5.6A之間，應(yīng)選用5A型；Ca²⁺半徑小于K⁺，當(dāng)Na⁺被Ca²⁺[r（Ca²⁺）=2.2r（Na⁺）]取代時(shí)就制得5A型分子篩，當(dāng)Na⁺被K⁺取代時(shí)就制得3A型分子篩，所以鈉離子的分子篩為大于5A型分子篩，
故答案為：5A；＞．

點(diǎn)評 本題考查較為綜合，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和�?jì)算能力的考查，為高考常見題型和高頻考點(diǎn)，注意把握題給信息，把握信息抽去能力的培養(yǎng)，從質(zhì)量守恒的角度計(jì)算分子篩的化學(xué)式，題目難度中等．