Question

分子筛具有均匀的微孔结构，分子筛筛分作用见图．
由于分子筛真有吸附能力高，热稳定性强等其它吸附剂所没有的优点，使得分子筛获得广泛的应用．某种型号的分子筛的工业生产 流程可简单表示如下：

在加NH₃?H₂O调节pH的过程中，若pH控制不当会有Al（OH）₃生成，假设生产流程中铝元素和硅元素均没有损耗，钠原子的利用率为10%． 
（1）分子筛的孔道直径为4

?

A

（1

?

A

=10^-10m）称为4A型分子筛，当Na⁺被Ca²⁺取代时就制得5A型分子筛，当Na⁺被K⁺取代时就制得3A型分子筛．要高效分离正丁烷（分子直径为4.65

?

A

）和异丁烷（分子直径为5.6

?

A

）应该选用

 

型分子筛
（2）Al₂（SO₄）₃溶液与Na₂SiO₃溶液反应生成胶体的离子方程式为

 

（3）该生产流程中所得滤液里含有的离子除H⁺、OH^-外，主要为

 

检验其中金属阳离子的操作方法是

 

（4）加MH₃?H₂O调节pH后，加热到90℃并趁热过滤的原因可能是

 

（5）该生产流程中所得分子筛的化学式为

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,离子方程式的书写

专题：实验设计题

分析：（1）分离正丁烷和异丁烷，应选用分子筛的型号介于4.65A～5.6A之间；
（2）Al₂（SO₄）₃溶液与Na₂SiO₃溶液反应发生双水解反应生成氢氧化铝沉淀和硅酸沉淀；
（3）由（3）可知钠原子的利用率为10%，且加入氨水，则滤液中一定含有硫酸钠和硫酸铵；
（4）加热能促进胶体聚沉，趁热过滤可以防止其他杂质结晶析出；
（5）计算n[Al₂（SO₄）₃]、n（Na₂SiO₃），结合钠原子的利用率为10%，以及分子筛的质量计算水的质量，进而计算物质的量，可确定分子式；

解答： （1）分离正丁烷和异丁烷，应选用分子筛的型号介于4.65A～5.6A之间，应选用5A型；
故答案为：5A；
（2）Al₂（SO₄）₃溶液与Na₂SiO₃溶液反应发生双水解反应生成氢氧化铝沉淀和硅酸沉淀，反应的离子方程式为：2Al³⁺+3SiO₃^2-+6H₂O=2Al（OH）₃↓+3H₂SiO₃↓；
故答案为：2Al³⁺+3SiO₃^2-+6H₂O=2Al（OH）₃↓+3H₂SiO₃↓；
（3）由（3）可知钠原子的利用率为10%，且加入氨水，则滤液中一定含有硫酸钠和硫酸铵，生产流程中所得滤液里含有的离子除H⁺、OH^-外含有：Na+、NH₄⁺、SO₄^2-；检验其中金属阳离子的操作方法是利用焰色反应检验，将铂丝放在酒精灯火焰上灼烧至无色，用铂丝蘸取溶液少许，在酒精灯火焰上灼烧，发出黄色火焰证明含有钠离子；
故答案为：Na⁺、NH₄⁺、SO₄^2-；将铂丝放在酒精灯火焰上灼烧至无色，用铂丝蘸取溶液少许，在酒精灯火焰上灼烧，发出黄色火焰证明含有钠离子；
（4）加MH₃?H₂O调节pH后，加热到90℃并趁热过滤的原因可能是加热能促进胶体聚沉，趁热过滤可以防止其他杂质结晶析出；
故答案为：加热能促进胶体聚沉，趁热过滤可以防止其他杂质结晶析出；
（5）n[Al₂（SO₄）₃]=

34.2g

3442g/mol

=0.1mol，n（Na₂SiO₃）=

122g

122g/mol

=1mol，
则n（Al₂O₃）=0.1mol，n（SiO₂）=1mol，
因钠原子的利用率为10%，则n（Na₂O）=1mol×10%=0.1mol，
又分子筛的质量为87.2g，
则n（H₂O）=

87.2g-0.1mol×102g/mol-1mol×60g/mol-0.1mol×62g/mol

18g/mol

=0.6mol，
则n（Na₂O）：n（Al₂O₃）：n（SiO₂）：n（H₂O）=0.1mol：0.1mol：1mol：0.6mol═1：1：10：6，
所以分子筛的化学式为Na₂O?Al₂O₃?10SiO₂?6H₂O或Na₂（Al₂Si₁₀O₂₄）?6H₂O，
故答案为：Na₂O?Al₂O₃?10SiO₂?6H₂O或Na₂（Al₂Si₁₀O₂₄）?6H₂O；

点评：本题考查较为综合，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，为高考常见题型和高频考点，注意把握题给信息，把握信息抽去能力的培养，从质量守恒的角度计算分子筛的化学式，难度中等．