对氢氧化铝溶于酸和碱的定量分析摘要：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中图分类号：G633.8文献标识码：Bdoi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.05.020一、问题的提出在实验室制取Al（OH）3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Al（OH）3，是在偏铝酸钠溶液中通入过量的CO2。教师在向学生解释为什么使用氨水和CO2来制取Al（OH）3时，通常是说Al（OH）3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1.Al（OH）3开始沉淀时溶液的pHAl（OH）3■Al3++3OH-Ksp[Al（OH）3]=1.3×10-33根据溶度积常数的定义，可得出Al（OH）3开始沉淀时溶液中OH-浓度与溶液中Al3+初始浓度的计算公式：[OH-]=■（1）将不同浓度的Al3+带入（1）式，可计算出Al（OH）3开始沉淀时溶液中OH-浓度及溶液的pH。计算结果如表1所示：2.Al（OH）3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10-5mol?L-1时，可以认为沉淀完全。将10-5mol?L-1带入（1）式，计算结果如表2所示：3.Al（OH）3沉淀开始溶解和完全溶解时溶液的pHAl3++4OH-■Al（OH）■■K1=1.3×1033Al（OH）3+OH-■Al（OH）■■K2=■=K1×KSP[Al（OH）3]=1.3×1033×1.3×10-33=1.69当Al（OH）3溶解后，溶液中的OH-浓度可以表示如下：[OH-]=■（2）当溶液中c[Al（OH）■■]=1.0×10-5mol?L-1时，认为Al（OH）3开始溶解；当溶液中铝元素几乎全部以Al（OH）■■形式存在时，可以认为Al（OH）3已经溶解完全。此时溶液中c[Al（OH）■■]和Al3+的起始浓度相等。根据（2）式，计算结果如表3所示：4.Al（OH）3的s-pH图当Al3+的初始浓度分别为1.0mol?L-1、0.1mol?L-1和0.010mol?L-1时，以铝各形态的浓度（以Al3+记）的对数（lgc）为纵坐标，以对应的pH为横坐标作图可得Al（OH）3的s-pH。如图1所示。由Al（OH）3的s-pH图可知，Al（OH）3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Al（OH）3的沉淀溶解平衡状态，而右端直线上的任一点则表示Al（OH）3+OH-■Al（OH）■■的平衡状态。铝离子的初始浓度不同的情况下，使Al（OH）3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）3完全溶解所需要的pH也不同；铝离子浓度越大，使Al（OH）3完全溶解为Al3+所需的pH越小，完全溶解为[Al（OH）■■]所需的pH越大。在c（Al3+）=0.1mol?L-1的溶液中，Al（OH）3开始沉淀的pH为3.4；当pH为4.3时，Al（OH）3沉淀完全；当pH为8.8时，Al（OH）3又开始溶解；当pH=12.8时，Al（OH）3完全溶解为Al（OH）■■。所以当pH小于3.4时，溶液中存在的是Al3+；pH=4.3～8.8为Al（OH）3存在范围；pH>12.8时，溶液中铝以Al（OH）■■形式存在。三、Al（OH）3能否溶于弱酸、弱碱的理论分析c（Al3+）=0.1mol?L-1时，常温、常压下饱和二氧化碳溶液的浓度为0.033mol?L-1，H2CO3的Ka1=4.5×10-7，c（H+）=■=1.22×10-4mol?L-1pH=3.9<4.3，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1mol?L-1的醋酸中（Ka=1.8×10-5）中c（H+）=■=4.2×10-3mol?L-1pH=2.4<3.4，所以1mol?L-1醋酸是可以将Al（OH）3溶解的。市售氨水（Kb=1.8×10-5）的浓度为15mol?L-1，其中c（OH-）=■=1.6×10-2mol?L-1pOH=1.8pH=12.2>8.8，所以浓氨水是可以将Al（OH）3溶解的，但又由于浓氨水的pH<12.8，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Al（OH）3的质量：[Al（OH）-4]=[OH-]×K2=1.6×10-2×1.69=0.027mol?L-1，即每升溶液中可以溶解0.027mol的Al（OH）3，质量为0.027mol×78g?L-1=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）3时，所选用的铝盐的浓度一般较大，氨水的选用也...