Question

分子筛可用于物质的分离提纯．某种型号的分子筛的工业生产流程可简单表示如下：

（1）在加NH₃?H₂O调节pH的过程中，若pH控制不当会有Al（OH）₃生成．已知常温下，Al（OH）₃浊液的pH=3，其K_sp=1×10^-36，则其中c（Al³⁺）=

 

．
（2）生产流程中所得滤液的主要成分为

 

（写化学式）．
（3）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%，试通过计算确定该分子筛的化学式（写出计算过程）．

 

（4）分子筛的孔道直径为4A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4.65A）和异丁烷（分子直径为5.6A）应该选用

 

型的分子筛．

Answer 1

分析：（1）根据K_sp=c（Al³⁺）×c³（OH^-）计算；
（2）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；
（3）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；
（4）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．

解答：解：（1）Al（OH）₃浊液的pH=3，则c（OH^-）=10^-11mol/L，由可知K_sp=c（Al³⁺）×c³（OH^-），则c（Al³⁺）=

1×10-36

(1×10-11)3

mol/L=0.001mol?L^-1，
故答案为：0.001mol?L^-1；
（2）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故答案为：Na₂SO₄、（NH₄）₂SO₄；
（3）n[Al₂（SO₄）₃]=

34.2g

342g/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；
（4）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，则应选用5A型，故答案为：5A．

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．