對氫氧化鋁溶于酸和堿的定量分析

1、對氫氧化鋁溶于酸和堿的定量分析摘要：針對氫氧化鋁不溶于弱酸和弱堿的說法 進行了理論分析，得出氫氧化鋁是否溶于酸和堿并不 是取決于酸堿性的強弱，而是取決于溶液的 pH 的結 論，并就常見的弱酸與弱堿能否溶解氫氧化鋁進行了 分析。關鍵詞：氫氧化鋁；溶解；酸；堿；溶液的 pH 文章編號： 1008-0546（2014）05-0057-02 中圖分 類號： G633.8 文獻標識碼： Bdoi：一、問題的提出在實驗室制取 Al（OH）3 時，通常在可溶性的鋁 鹽中滴加氨水；在工業(yè)上冶煉鋁的過程中制取 A（l OH） 3,是在偏鋁酸鈉溶液中通入過量的 C02。教師在向 學生解釋為什么使用氨水和 CO2

2、來制取 Al （OH）3 時，通常是說 Al（OH）3 只能溶于強酸和強堿而不溶 于弱酸和弱堿。這樣的認識是否科學嚴謹。為此，特 作以下理論分析。二、溶液中鋁各形態(tài)與溶液 pH 的關系1. Al （OH） 3開始沉淀時溶液的pHAl (OH) 3AI3+3OH-KspAI (OH) 3=1.3X 10-33 根據(jù)溶度積常數(shù)的定義， 可得出 Al(OH)3 開始 沉淀時溶液中OH-濃度與溶液中AI3+初始濃度的計 算公式：OH-= ( 1)將不同濃度的 AI3+ 帶入( 1 )式，可計算出 AI (OH) 3開始沉淀時溶液中OH-濃度及溶液的pH。計算結果如表 1 所示：2. Al (OH) 3

3、沉淀完全時溶液的pH 根據(jù)分析化學，當溶液中某離子的殘留濃度小于或等于 10-5moI?L-1 時，可以認為沉淀完全。將 10-5moI?L-1 帶入( 1 )式，計算結果如表 2 所示：3. Al (OH) 3沉淀開始溶解和完全溶解時溶液的 pHAI3+4OH- Al (OH) K1=1.3X 1033Al (OH) 3+OH- Al (OH) K2= =K1 X KSPAl (OH) 3=1.3 X 1033X 1.3 X 10-33=1.69當Al (OH) 3溶解后，溶液中的OH-濃度可以表 示如下：OH-= ( 2)當溶液中 cAI (OH) =1.0X 10-5mol?L-1 時，

4、 認為Al (OH) 3開始溶解；當溶液中鋁元素幾乎全部 以Al (OH) 形式存在時，可以認為 Al (OH) 3 已經(jīng)溶解完全。此時溶液中 cAl (OH)和AI3+ 的起始濃度相等。 根據(jù)( 2)式，計算結果如表 3 所示：4. Al (OH) 3 的 s-pH 圖當Al3+的初始濃度分別為1.0mol?L-1、 0.1mol?L-1 和 0.010mol?L-1 時，以鋁各形態(tài)的濃度(以 Al3+記)的對數(shù)(lgc)為縱坐標，以對應的pH為橫 坐標作圖可得 Al (OH) 3的s-pH。如圖1所示。由Al (OH) 3的s-pH圖可知，Al (OH) 3的溶 解性隨溶液pH的增大而減小

5、。當溶液的pH過大時， Al (OH)3 的溶解性又隨溶液 pH 的增大而增大。左 端直線上的任一點為Al (OH) 3的沉淀溶解平衡狀態(tài)， 而右端直線上的任一點則表示 Al (OH) 3+OH- Al (OH) 的平衡狀態(tài)。鋁離子的初始濃度不同的 情況下，使Al (OH) 3發(fā)生溶解的pH均相同(分別 為4.3和8.8)。當鋁離子的初始濃度不同時，使A(OH) 3 完全溶解所需要的 pH 也不同；鋁離子濃度越大， 使 Al (OH) 3完全溶解為Al3+所需的pH越小，完全溶 解為Al (OH ) 所需的pH越大。在c (Al3+) =0.1mol?L-1 的溶液中， Al(OH 3開始沉淀

6、的 pH 為3.4；當 pH 為 4.3時， Al (OH)3 沉淀完全；當 pH 為8.8時，Al (OH) 3又開始溶解；當pH=12.8時， Al(OH) 3 完全溶解為 Al (OH) 。所以當 pH 小于3.4時，溶液中存在的是 AI3+; pH=4.38.8為Al (OH) 3存在范圍；pH12.8時，溶液中鋁以AI (OH) 形式存在。三、Al(OH) 3能否溶于弱酸、弱堿的理論分 析c(Al3+) =0.1mol?L-1 時，常溫、常壓下飽和二 氧化碳溶液的濃度為 0.033mol?L-1，H2CO3的Ka1=4.5X 10-7,c (H+) = =1.22X 10-4moI?

7、L-1 pH=3.94.3，所 以可以使Al (OH) 3溶解，但由于pH大于3.4所以 只能是部分溶解。而在 1moI?L-1 的醋酸中( Ka=1.8X 10-5)中 c(H+) = =4.2X 10-3moI?L-1 pH=2.48.8,所以濃氨水是可以將 AI (OH) 3溶解 的，但又由于濃氨水的pH12.8，所以并不能使其溶 解完全。由(2)式可以求出每升溶液中溶解的 A(I OH) 3 的質量：AI (OH) -4=OH- X K2=1.6 X 10-2 X1.69=0.027mol?L-1 ，即每升溶液中可以溶解 0.027mol 的 Al (OH) 3,質量為 0.027mo

8、ix 78g?L-1=2.1g。 溶解度約為0.21g屬于微溶的范圍。實驗室中用氨水和鋁鹽反應制備 Al (OH) 3時， 所選用的鋁鹽的濃度一般較大，氨水的選用也不會用 15mol?L-1 的濃氨水，如蘇教版化學 1(2009年 6 月第 5版)中是在 2mol?L-1AlCl3 中，逐滴滴加 6mol?L-1 的氨水。同時，又由于并沒有將生成的 Al (OH) 3分離出來，再繼續(xù)滴加氨水時，由于同離子 ( NH+4 )效應，抑制了氨水的電離，會使 c(OH-) 降低，就會使溶解的 Al(OH) 3的量更少。所以用氨 水和鋁鹽反應仍然是非常成功的制備 Al (OH) 3方法。在工業(yè)上通常將在過量的 CO2 通入偏鋁酸鈉溶 液的目的之一就是使溶液中的溶質主要為堿性較弱的 NaHCO3而不是堿性較強的Na2CO3,以減少AI(OH) 3 的溶解損失。由以上分析可知， Al(OH) 3能否溶解取決于溶 液的pH，而不應從酸堿的強弱去判斷，如果弱酸或強 堿能夠達到Al(OH)3溶解的pH，也可使其溶解。 如果強酸和強堿的濃度很小， 也會達不到溶解 A(l OH) 3所需的pH。在中學階段我們教師要多從定量的角度 去理解知識，而少下絕對化的、簡單的、定性化的結參考文獻1 戴建良，王海富 .一道有關氫氧化鋁的習題