Question

沸石是一種具有多孔結構的鋁硅酸鹽（NaAlSiO₄?nH₂O），其中有許多籠狀孔穴和通道能讓直徑比孔穴小的分子通過而將大的分子留在外面，故又稱“分子篩”．“分子篩”在表面化學中有重要作用，是重要的催化劑和催化劑載體．以高嶺土（主要成分：Al₂Si₂O₇?2H₂O）、石灰石、海水為原料生產“分子篩”的工藝流程如下：

回答下列問題
（1）高嶺土主要成分的化學式可表示為Al₂O₃?2SiO₂?2H₂O，則分子篩的化學式也可表示為

 

；
（2）寫出0.1mol/L副產品A溶液中有關離子濃度關系的兩個等式：

 

、

 

；
（3）氣體M和濾液發(fā)生反應的任意一個離子方程式為：

 

；
（4）若用惰性電極電解飽和NaCl溶液一段時間，當陽極產生56L（標準狀況下）氣體，電解后溶液體積為500L時，求所得溶液在常溫時的pH值（要求寫出解題過程）．

 

．

Answer 1

分析：（1）硅酸鹽寫成氧化物形式時，寫氧化物順序是：活潑金屬氧化物、較活潑金屬氧化物、二氧化硅、水，要注意原子守恒；
（2）石灰石煅燒生成的氣體M為CO₂，高嶺土焙燒后的產物主要是SiO₂和Al₂O₃，加NaOH過濾后得到的慮液N主要含有NaAlO₂和Na₂SiO₃，二氧化碳和偏鋁酸鈉、硅酸鈉溶液反應生成分別氫氧化鋁、硅酸和碳酸鈉，所以副產品A中含有碳酸鈉，溶液中存在電荷守恒和物料守恒；
（3）二氧化碳和偏鋁酸鈉、硅酸鈉都發(fā)生反應生成沉淀；
（4）用惰性電極電解氯化鈉溶液時，陽極上氯離子放電生成氯氣，陰極上氫離子放電生成氫氣，根據氯氣和氫氧化鈉之間的關系式計算氫氧化鈉的物質的量，再根據C=

n

V

計算氫氧化鈉的物質的量濃度，從而計算溶液的pH．

解答：解：（1）硅酸鹽寫成氧化物形式時，寫氧化物順序是：活潑金屬氧化物、較活潑金屬氧化物、二氧化硅、水，所以分子篩的表示式為：Na₂O?Al₂O₃?2SiO₂?2nH₂O，
故答案為：Na₂O?Al₂O₃?2SiO₂?2nH₂O；
（2）石灰石煅燒生成的氣體M為CO₂，高嶺土焙燒后的產物主要是SiO₂和Al₂O₃，加NaOH過濾后得到的慮液N主要含有NaAlO₂和Na₂SiO₃，二氧化碳和偏鋁酸鈉、硅酸鈉溶液反應分別生成氫氧化鋁、硅酸和碳酸鈉，所以副產品A中含有碳酸鈉，溶液中存在電荷守恒和物料守恒，根據物料守恒得C（Na⁺）=2C（CO₃^2-）+2C（HCO₃^-）+2C（H₂CO₃），根據電荷守恒得C（Na⁺）+C（H⁺）=2C（CO₃^2-）+C（HCO₃^-）+C（OH^-），
根據質子守恒得2C（H₂CO₃）+C（HCO₃^-）+C（H⁺）=C（OH^-），
故答案為：C（Na⁺）=2C（CO₃^2-）+2C（HCO₃^-）+2C（H₂CO₃）；C（Na⁺）+C（H⁺）=2C（CO₃^2-）+C（HCO₃^-）+C（OH^-）；
（3）二氧化碳和偏鋁酸鈉、硅酸鈉溶液反應分別生成氫氧化鋁、硅酸和碳酸鈉，
離子反應方程式為：CO₂+2AlO₂^-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-（或CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-）
或CO₂+SiO₃^2-+H₂O=H₂SiO₃↓+CO₃^2-（或2CO₂+SiO₃^2-+2H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^-），
故答案為：CO₂+2AlO₂^-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-（或CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-）
或CO₂+SiO₃^2-+H₂O=H₂SiO₃↓+CO₃^2-（或2CO₂+SiO₃^2-+2H₂O=H₂SiO₃↓+2HCO₃^-）；
（4）標準狀況下56L氯氣的物質的量為2.5mol．設此時溶液中生成NaOH的物質的量為x
據2NaCl+2H₂O

電解  .

2NaOH+Cl₂↑+H₂↑ 
                  2     1
                  x    2.5mol     
2：1=x：2.5mol，則x=5.0mol                             
500L溶液中C（OH^-）=

5mol

500L

=0.01mol/L
溶液中C（H⁺）=

1×10-14

0.01

mol/L=10^-12mol/L，所以溶液的pH=-lg10-12=12，
故答案為：12．

點評：本題考查了工藝流程，涉及離子反應方程式的書寫、電解池原理、離子濃度大小的比較等知識點，綜合性較強，根據物料守恒及電荷守恒確定離子濃度大小，根據酸性相對強弱確定離子反應方程式，從而正確解答，難度中等．