我们知道,氢氧化铝是一种典型的两性氢氧化物,在溶液中存在如下电离平衡:
H++AlO2-+H2O=Al(OH)3=Al3++3OH-
该平衡对于学习掌握有关Al(OH)3知识具有十分重要的作用,因此,本文拟就该平衡作如下讨论。
一、酸、碱都能使平衡发生移动
在氢氧化铝的电离平衡体系中存在着两种电离趋势,
即存在酸式电离:
Al(OH)3→AlO2-+H++H2O,
也存在碱式电离:
Al(OH)3→Al3++3OH-,
因此,向平衡体系中加入酸或碱,都会使平衡发生移动。加碱,平衡会向酸式电离方向移动而生成AlO2-(偏铝酸盐);加酸,平衡会向碱式电离方向移动而生成Al3+(铝盐)。
二、氢氧化铝的电离是微弱的
在Al(OH)3的电离平衡中,酸式电离和碱式电离的程度都是很微弱的,以致于不能用指示剂来检验其酸性或碱性。只有在大量H+或OH-存在时,平衡才发生移动,而弱酸或弱碱溶液中的H+或OH-离子的溶液太小,不能使上述平衡移动,所以,Al(OH)3只能溶于强酸、强碱,而不能溶于弱酸、弱碱。
三、生成氢氧化铝的途径
1.偏铝酸盐溶液与酸性物质反应
(1)通入CO2、SO2偏铝酸盐溶液中,反应为:
AlO2-+CO2+H2O=Al(OH)3↓+HCO3-
AlO2-+SO2+H2O=Al(OH)3↓+HSO3-
(2)向溶液中加入弱酸的酸式盐,如NaHSO3、NaH2PO4等,反应为:
AlO2-+HSO3-+H2O=Al(OH)3↓+SO32-
AlO2-+H2PO4-+H2O
=Al(OH)3↓+HPO42-
(3)向溶液中加入能水解产生H+的强酸弱碱盐,如NH4Cl、FeCl3等,反应为:
AlO2-+NH4++H2O=Al(OH)3↓+NH3
3AlO2-+Fe3++6H2O
=3Al(OH)3↓+Fe(OH)3↓
⑷ 向溶液中加入能产生H+的强酸的酸式盐,如(适量)NaHSO4,反应为:
AlO21-+H++H2O=Al(OH)3↓
(5)向溶液中加入适量强酸溶液,如HCl,反应为:
AlO2-+H++H2O=Al(OH)3↓
注意,偏铝酸盐要过量,即n(AlO2-):n(H+)>1:1,否则生成的沉淀会溶解或部分溶解。因此,实验室制Al(OH)3 ,一般用向NaAlO2溶液中通CO2的方法,而不用加强酸如HCl、稀H2SO4的方法。
2.铝盐溶液与碱性物质反应
⑴ 向铝盐溶液中滴加氨水,这是实验室制取Al(OH)3常用的方法,生成的Al(OH)3不溶于氨水,其反应为:
Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+
⑵ 加入易水解生成OH-的强碱弱酸盐,如:CO32-、HCO3-、SO32-、S2-、HS-、SiO32-等,反应为:
2Al3++3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2↑
Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑
(3)向溶液中逐滴加入适量强碱,如NaOH溶液,但碱不能过量,即n(Al3+):n(OH-)≥1:3,否则,生成的Al(OH)3会继续与碱反应而溶解或部分溶解,反应为:
Al3++3OH-=Al(OH)3↓
3.铝盐与偏铝酸盐溶液的双水解反应
Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓
四、铝盐与一元强碱的反应
由于Al(OH)3具有两性,所以,铝盐与一元强碱的反应会因试剂滴加顺序的不同,引起二者相对量的不同而出现不同的实验现象。
1.NaOH溶液滴入AlCl3溶液中
(1)实验过程和现象:
Al3++OH-→Al(OH)3↓+OH-→AlO2-
(无色溶液) (白色沉淀) (无色溶液)
实验开始时,由于NaOH的量不足,加入NaOH即生成白色沉淀,且沉淀的量随着加入碱的量的增多而增加。
但当碱过量时,即n(Al3+):n(OH-)<1:3时,Al(OH)3逐渐溶解至消失。
(2)上述过程的反应为:
Al3++3OH-=Al(OH)3↓
Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O
2.AlCl3溶液逐滴加入NaOH溶液中
(1)实验过程和现象:
OH-+Al3+→Al(OH)3↓+OH- →AlO2-+Al3+ →Al(OH)3↓
实验开始时,由于碱过量,滴入AlCl3溶液,生成的沉淀会随之溶解。随着AlCl3量的增多,NaOH逐渐耗完,滴入的AlCl3会与反应生成的NaAlO2继续反应生成Al(OH)3,最后,加入过量的AlCl3亦不能生成沉淀。
(2)有关的反应为:
Al3++3OH-=Al(OH)3↓
Al(OH)3+OH-=AlO2-+H2O
Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓
五、讨论:
假设 Al3与OH-相对量不同所发生的反应为:
aAl3++bOH-=cAl(OH)3↓
⑴ 当N(Al3+):n(OH-)≥1:3时,
a、b的关系为:b≤3a,
反应为:Al3++3OH-=Al(OH)3↓,
沉淀量为:C=b/3
⑵ 当N(Al3+):n(OH-)1:3≤n≤1:4时,
a、b的关系为:4a≥b>3a,
反应为:Al3++3OH-=Al(OH)3↓,
Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O,
沉淀量为:C=4a-b
⑶ 当 N(Al3+):n(OH-)≥1:4时,
a、b的关系为:B≥4a,
反应为:Al3++4OH-=AlO2-+2H2O,
沉淀量为:C=0
同理,AlO2-与H+的反应也可进行同样的讨论,留给同学们自行练习。