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分子筛是一种天然或人工合成的泡沸石型水合铝硅酸盐晶体。人工合成的分子筛有几十种，皆为骨架型结构，其中最常用的是A型、X型、Y型和丝光沸石型分子筛，化学组成可表示为
。
7-1 Si 4+ 、Al 3+ 和O 2- 的离子半径分别为41 pm、50 pm和140 pm，通过计算说明在水合铝硅酸盐晶体中Si 4+ 和Al 3+ 各占据由氧构成的何种类型的多面体空隙。
7-2 上述化学式中的 n 等于多少？说明理由。若M为2价离子，写出 m 与 p 的关系式。
7-3 X射线衍射测得Si—O键键长为160 pm。此数据说明什么？如何理解？
7-4 说明以下事实的原因：
①硅铝比（有时用SiO 2 /Al 2 O 3 表示）越高，分子筛越稳定；
②最小硅铝比不小于1。
7-5
人工合成的A型分子筛钠盐，属于立方晶系，正当晶胞参数
a
=2464 pm，晶胞组成为Na
96
[Al
96
Si
96
O
384
]·
x
H
2
O。将811.5 g该分子筛在1.01325×10
5
Pa、700
加热6 h将结晶水完全除去，得到798.6 L水蒸气（视为理想气体）。计算该分子筛的密度。
7-1 本题考查Pauling提出的适用于简单离子晶体的半径比规则。同学们应能通过比较阴阳离子半径，计算出阳离子配位数。在晶体中，密堆积层以及层间的空隙主要有三角形空隙、四面体空隙、八面体空隙三种。三种空隙内切球的半径最小值分别是（ R 是密堆积球的半径）：
在填隙原子的半径介于0.155 0.225倍密堆积球半径的时候，填充三角形空隙；在填隙原子的半径介于0.225 0.414倍密堆积球半径的时候，填充四面体空隙；在填隙原子的半径大于0.414倍密堆积球半径且不影响密堆积层的堆积时，填充八面体空隙。所以我们只要计算一下填隙原子和密堆积层原子的半径比，即可知道是填充什么空隙。
题目中氧离子的半径显著大于硅和铝的半径，所以氧离子在这里作为密堆积层原子，硅和铝离子去填隙。很容易算出硅和铝离子与氧离子的半径比分别是0.29和0.36，均介于0.2250.414之间，所以 硅和铝离子均填充在四面体空隙中 。实际上，在无限大的三维结构的硅铝酸盐中，Si和Al都是四配位四面体结构，也正是因此，才使得硅铝酸盐骨架能够在三维空间中延伸。
7-2 由上道题的结论，硅和铝离子均填充在四面体空隙中，所以其配位数为4;而氧原子连接两个原子，配位数为2。即 Si （ Al ） O 4 为骨架型结构 ， 氧原子被两个四面体共用 ，所以一个硅或者铝离子对应两个氧原子， n =2 。再根据电荷守恒，有以下式子：
整理得 p =2 m 。
7-3 题干提到Si—O键的键长只有160 pm，小于第一问中Si和O离子半径之和181pm。这表明， Si — O 键的键型已经从单纯的离子键转变成共价键 （因为要形成共价键，需要两个原子之间的电子云重叠，需要更近的距离）。 从软硬酸碱理论来看 ， 电荷高 、 半径小的 Si 离子显然是一个非常硬的酸 ， 而电负性大的 O 也应该是一个比较硬的碱 ， 两者相遇 ， 极化性 高的 Si 会吸引可极化性不弱的 O 的电子云产生变形 ， 从而形成部分共价键 。
7-4 这是一个考查结构的题目。在分子筛中，硅离子的半径小于铝离子，而且其电荷也高于铝离子的电荷，所以，从离子键的角度而言， Si — O 键的强度要大于 Al — O 键的强度 。所以分子筛中，掺杂的铝的比例越高，沸石的结构就越不稳定。由于铝的实际价态是+3价，所以铝氧四面体其实是显负价的，为了使结构更稳定，需要使铝氧四面体的间距越大越好。 但是 ， 如果硅离子的数量小于铝离子的数目 ， 则势必会使铝氧四面体彼此之间接触 。 两 个负价基团距离过近 ， 使得整体结构不稳定 ， 所以要保证最小硅铝比不小于 1。
7-5 主要考查晶体密度的计算，公式为
其中 Z =1， N A =6.022×10 23 mol -1 ，由于晶胞是立方晶胞，所以 V = a 3 。至此，只有 M 的量依然未知，而
所以我们需要将
x
的值求出来。由题意，811.5 g该分子筛在1.01325×10
5
Pa、700
加热将结晶水完全除去，得到798.6 L水蒸气，由理想气体状态方程以及化学式得
解得 x =216，所以 M =1.753×10 4 g mol -1 ，代入得
离子晶体中密堆积和填隙一直是化学竞赛中的热门考点。本题从分子筛着手，通过计算得到了硅在氧密堆积中的空隙种类，与以前所学形成对照，达到了“学以致用”的目的。此后，通过键长的变化考查键型变异以及软硬酸碱理论等考点。第四问考查晶体缺陷的相关知识，以及解决实际问题，用理论来解释现象的能力。整个题目难度中等，考点覆盖广泛。