・问题讨论与思考・ 对氢氧化铝溶于酸和碱的定量分析 李晓明 （浙江省黄岩中学浙江台州 ３１８０２０） 摘要：针对氢氧化铝不溶于弱酸和弱碱的说法进行了理论分析。得出氢氧化铝是否溶于酸和碱并不是取决于酸碱性的强 弱，而是取决于溶液的ｐＨ的结论，并就常见的弱酸与弱碱能否溶解氢氧化铝进行了分析。 关键词：氢氧化铝；溶解；酸；碱；溶液的ｐＨ 文章编号：１００８—０５４６（２０１４）０５—００５７—０２ ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００８—０５４６．２０１４．０５．０２０ 中图分类号：Ｇ６３３．８ 文献标识码：Ｂ 一、问题的提出 表２ ＡＩ｛ＯＨ），完全沉淀时溶液中ＯＨ一浓度及溶液的ｐＨ 在实验室制取ＡＩ（ＯＨ），时，通常在可溶性的铝盐 中滴加氨水：在工业上冶炼铝的过程中制取ＡＩ（ＯＨ），， 是在偏铝酸钠溶液中通人过量的ＣＯ 。教师在向学生 Ａｌ 的起始浓度／ｍｏｌ・Ｌ－， ０Ｈ—浓度／ｏｔｏｌ・Ｌ－。 溶液ｐＨ １．０ ０．１０ ５．１×１０—１０ ４－３ ０．０１０ 解释为什么使用氨水和ＣＯ：来制取ＡＩ（ＯＨ）。时，通常 是说Ａ１（ＯＨ），只能溶于强酸和强碱而不溶于弱酸和 弱碱。这样的认识是否科学严谨。为此，特作以下理论 分析。 二、溶液中铝各形态与溶液ｐＨ的关系 ２．ＡＩ（０Ｈ） 沉淀完全时溶液的ｐＨ 根据分析化学，当溶液中某离子的残留浓度小于或 等于１０－Ｓｍｏｌ・Ｌ－＇时，可以认为沉淀完全。将１０４ｍｏｌ・Ｌ－＇带 人（１）式，计算结果如表２所示： ３．ＡＩ（ＯＨ） 沉淀开始溶解和完全溶解时溶液的ｐＨ Ａ１ ＊＋４０Ｈ一 Ａｌ（０Ｈ） Ａｌ（ＯＨ） Ｋ１＝１．３ｘ１０ １．ＡＩ（ＯＨ），开始沉淀时溶液的ｐＨ ＡＩ（ＯＨ）３＝－＂Ａ１ ＋＋３ＯＨ— Ｋ 『Ａｌ（０Ｈ）３］＝１．３ｘ１０ 根据溶度积常数的定义，可得出ＡＩ（ＯＨ） 开始沉淀 ＡＩ（ＯＨ）３＋ＯＨ一 时溶液中０｝ｒ浓度与溶液中Ａｌ 始浓度的计算公式： ［ＯＨ— Ｖ ｃ（Ａ１） Ｋ２＝ １．３ｘ１０－３３￣１．６９ ＝ＫＩＸＫｓｐ［Ａｌ（０Ｈ），］＝１．３ｘｌ０∞× （１） 将不同浓度的Ａｌ 带入（１）式，可计算出ＡＩ（ＯＨ）， 开始沉淀时溶液中ＯＨ一浓度及溶液的ｐＨｏ计算结果 如表１所示： 表１ ＡＩ（ＯＨ），开始沉淀时溶液中ＯＨ一浓度及溶液的ｐＨ Ａｌ 的起始浓度／ｍｏｌ・Ｌ－ ＯＨ一浓度／ｍｏｌ・Ｌ－ 溶液ｐＨ １．０ １．１ｘｌ０ ３．１ ０．１０ ２．４ｘ１０一“ ３．４ ０．Ｏ１０ ５．１ｘｌ０一“ ３．７ 当ＡＩ（ＯＨ），溶解后，溶液中的０Ｈ榷度可以表示 如下： ［ ］： Ａ２ （２） 当溶液中Ｃ［Ａｌ（ＯＨ ４］＝１．０ｘｌ０ ｍｏｌ・Ｌ一时，认 为Ａｌ（ＯＨ） 开始溶解；当溶液中铝元素几乎全部以 Ａ１（ＯＨ） 形式存在时，可以认为ＡＩ（ＯＨ），已经溶解完 全。此时溶液中Ｃ［ＡＩ（ＯＨ） ］和Ａｌ 的起始浓度相等。 表３ ＡＩ（ＯＨ），沉淀开始溶解和完全溶解时溶液中ＯＨ一的浓度及溶液的ｐＨ Ａｌ 的起始浓度／ｍｏｌ・Ｌ－ １．０ ０Ｈ 浓度／ｍｏｌ・Ｌ－。 ０．１０ ６．０ｘ１０－６ ０．０１０ ＡＩ（ＯＨ） 沉淀开始溶解 溶液ｐＨ ＡＩ（ＯＨ） 沉淀完全溶解 ０Ｈ馓度／ｍｏｌ・Ｌ 溶液ｐＨ ６．０ｘｌ０一‘ １３．８ ８．８ ６．０ｘｌ０－２ １２．８ ６．０ｘｌ０－３ １１．７８ 化学教与学２０１４年第５期 一５７— ・问题讨论与思考・ 根据（２）式，计算结果如表３所示： ４．ＡＩ（ＯＨ）３的ｓ—ｐＨ图 当Ａｌ。 的初始浓度分别为１．０ｍｏｌ・Ｌ～、０．１ｍｏｌ・Ｌ 和０．０１０ｍｏｌ・Ｌ一时，以铝各形态的浓度（以Ａｌ 记）的 对数（１ｇｃ）为纵坐标，以对应的ｐＨ为横坐标作图可得 ＡＩ（ＯＨ） 的ｓ—ｐＨ。如图１所示。 由Ａｌ（ＯＨ），的ｓ—ｐＨ图可知，Ａｌ（ＯＨ），的溶解 性随溶液ｐＨ的增大而减小。当溶液的ｐＨ过大时， Ａｌ（ＯＨ ３的溶解性又随溶液ｐＨ的增大而增大。左端 直线上的任一点为Ａ１（ＯＨ）。的沉淀溶解平衡状态，而 右端直线上的任一点则表示Ａｌ（ＯＨ）。＋ＯＨ一 Ａ１ （ＯＨ） 的平衡状态。铝离子的初始浓度不同的情况 下，使ＡＩ（ＯＨ）。发生溶解的ｐＨ均相同（分别为４．３和 ８．８）。当铝离子的初始浓度不同时，使Ａｌ（ＯＨ） 完 全溶解所需要的ｐＨ也不同；铝离子浓度越大，使 Ａ１（ＯＨ），完全溶解为Ａｌ。 所需的ｐＨ越小，完全溶解 为［ＡＩ（ＯＨ） ］所需的ｐＨ越大。在ｃ（Ａ１ ）＝０．１ｍｏｌ・Ｌ 的溶液中，Ａ１（ｏＨ），开始沉淀的ｐＨ为３．４；当ｐＨ为 ４．３时，ＡＩ（ＯＨ）３沉淀完全；当ｐＨ为８．８时，ＡＩ（ＯＨ）。 又开始溶解；当ｐＨ＝１２．８时，Ａｌ（ＯＨ）。完全溶解为 ＡＩ（ＯＨ） 。所以当ｐＨ小于３－４时，溶液中存在的是 Ａ１ ；ｐＨ＝４．３～８．８为Ａ１（ＯＨ）３存在范围；ｐＨ＞１２．８时， 溶液中铝以ＡＩ（ＯＨ） 形式存在。 三、Ａ１（ＯＨ） 能否溶于弱酸、弱碱的理论分析 Ｃ（Ａ１ｓ ）＝０．１ｍｏｌ・Ｌ 时，常温、常压下饱和二氧化 碳溶液的浓度为０．０３３ｍｏｌ・Ｌ～，Ｈ ＣＯ３的Ｋ ＝４．５ｘ１０ ， ｃ ｆＨ ）＝Ｖ＇—Ｏ．Ｏ３３ｘ４—．５ｘｌＯ－７＝１．２２ｘ１０－％ｏｌ・Ｌ～ｐＨ＝３．９＜ ４．３，所以可以使Ａ１（ＯＨ），溶解，但由于ｐＨ大于３．４ 所以只能是部分溶解。而在１ｍｏｌ・Ｌ 的醋酸中（Ｋａ＝ １．８ｘ１０ ）中ｃ（Ｈ ）：、／ ＝４．２ｘ１０ ｉｎｏｌ・Ｌ ｐＨ＝２．４＜３．４．所以ｌｍｏｌ・Ｌ 醋酸是可以将ＡＩ（ＯＨ） 溶 解的。 市售氨水（ ｂ＝１．８ｘ１０ ）的浓度为１５ｍｏｌ・Ｌ一，其中 ｃ（ＯＨ一）＝、／ ＝１．６ｘｌＯ－２ｍｏｌ・ＩＪ－ ｐＯＨ＝１．８ ｐＨ＝ 一５８— １２．２＞８．８，所以浓氨水是可以将Ａｌ（ＯＨ），溶解的，但 又由于浓氨水的ｐＨ＜１ ２．８，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Ａ１（ＯＨ），的质量： 『ＡＩ（ＯＨ）－４］＝［ＯＨ一］ｘＫｚ＝１．６ｘｌＯ－２ｘ１．６９－－０．０２７ｍｏｌ・Ｌ－Ｉ，即每 升溶液中可以溶解０．０２７ｍｏｌ的Ａ１（０Ｈ），，质量为 ０．０２７ｍｏｌｘ７８ｇ・Ｌ－ ＝２．１ｇ。溶解度约为０．２１ｇ属于微溶的 范围。 实验室中用氨水和铝盐反应制备Ａｌ（ＯＨ） 时， 所选用的铝盐的浓度一般较大．氨水的选用也不会 用１５ｍｏｌ・Ｌ－ 的浓氨水．如苏教版《化学１）（２００９年６ 月第５版）中是在２ｍｏｌ・Ｌ～ＡｌＣ１，中，逐滴滴加６ｔｏｏｌ・Ｌ 的氨水。同时，又由于并没有将生成的Ａ１（ＯＨ），分离 出来，再继续滴加氨水时，由于同离子（ＮＨ ）效应， 抑制了氨水的电离，会使ｃ（ＯＨ～）降低，就会使溶解 的Ａ１（ＯＨ） 的量更少。所以用氨水和铝盐反应仍然是 非常成功的制备ＡＩ（ＯＨ），方法。 在工业上通常将在过量的ＣＯ 通人偏铝酸钠 溶液的目的之一就是使溶液中的溶质主要为碱性 较弱的ＮａＨＣＯ。而不是碱性较强的Ｎａ：ＣＯ ，以减少 Ａｌ（ＯＨ），的溶解损失。 由以上分析可知．ＡＩ（ＯＨ） 能否溶解取决于溶液 的ｐＨ，而不应从酸碱的强弱去判断，如果弱酸或强碱 能够达到ＡＩ（ＯＨ），溶解的ｐＨ，也可使其溶解。如果强 酸和强碱的浓度很小，也会达不到溶解Ａ１（ＯＨ），所需 的ｐＨ。在中学阶段我们教师要多从定量的角度去理 解知识，而少下绝对化的、简单的、定性化的结论。 参考文献 ［１］戴建良，王海富．一道有关氢氧化铝的习题的深度剖析 ［Ｊ］＿化学教学，２０１２，（２） ［２］ 张向宇．实用化学手册［Ｍ］．北京：国防工业出版社， ２０１１：６２９ ［３］唐宗薰．无机化学热力学［Ｍ］：科学出版社，２０１０：１０７～ １０８ ［４］林凯．漫谈氢氧化铝的两一ｌｇ［Ｊ］．化学教学，２００５，（１０）：６１ 化学教与学２０１４年第５期
