Question

分子篩具有均勻的微孔結構，分子篩篩分作用見下圖。由于分子篩具有吸附能力高，熱穩定性強等其它吸附劑所沒有的優點，使得分子篩獲得廣泛的應用。某種型號的分子篩的工業生產流程可簡單表示如下：


在加NH₃·H₂O調節pH的過程中，若pH控制不當會有Al(OH)₃生成，假設生產流程中鋁元素和硅元素均沒有損耗，鈉原子的利用率為10％。
（1）分子篩的孔道直徑為4A(1 A=10^-10m)稱為4A型分子篩，當Na⁺被Ca²⁺取代時就制得5A型分子篩，當Na⁺被K⁺取代時就制得3A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)應該選用          型分子篩。
（2）A1₂(SO₄)₃溶液與Na₂SiO₃溶液反應生成膠體的離子方程式為                    
（3）該生產流程中所得濾液里含有的離子除H⁺、OH^-外，主要為                       ；檢驗其中金屬陽離子的操作方法是                                       
（4）加NH₃·H₂O調節pH后，加熱到90℃并趁熱過濾的原因可能是                      
（5）該生產流程中所得分子篩的化學式為                             

Answer 1

（12分）
（1）5A（1分）
（2） 2A1³⁺+3SiO₃^2-+ 6H₂O=2Al(OH)₃+3H₂SiO₃     (2分)
（3）Na⁺、NH₄⁺、SO₄^2-（2分）   將鉑絲（或鐵絲）放在酒精燈外焰上灼燒至無色時，蘸取待測溶液再放在酒精燈外焰上灼燒，若火焰呈黃色，說明待測液中含有Na⁺（2分）
（4）加熱能促進膠體凝聚，趁熱過濾可防止其它雜質結晶析出 （2分）
（5）Na(AlSi₃O₁₂)·3H₂O或 ( Na₂O·Al₂O₃·10SiO₂·6H₂O)（3分，其它合理答案均給分）

試題分析：該工藝是利用鋁離子和硅酸根離子發生雙水解反應，得到膠體，然后通過焙燒后得到分子篩。
（1）根據直徑大小，4.65A和5.6A，故使用5A分子篩可以分離；
（2）該反應為雙水解反應
（3）根據加入物質為Al₂(SO₄)₃、Na₂SiO₃、NH₃·H₂O，故Al、Si、Na轉化到晶體中，故濾液中有Na⁺、NH₄⁺、SO₄^2-。檢驗Na⁺用焰色反應，檢驗NH₄⁺用NaOH，再檢驗NH₃；
（5）根據原子利用率及守恒關系可以確定分子式。