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关于氢氧化物沉淀的制备与溶液pH和酸碱平衡的关系
完成日期;2012.11.3
作者:陈##王##张##刘##吴##
所在学院:医学部
一、摘要:
我们知道,当制备氢氧化物沉淀时,体系的pH值是相当关键的,无论在实验
室制备还是工业生产都如此。而制备不同氢氧化物沉淀时溶液的pH是不同的,本
文就此展开讨论并分析pH值有差别的原因和讨论酸碱平衡与氢氧化物沉淀制备的
关系。
二、前言:
讨论氢氧化物沉淀制备与pH值的关系相当有意义,对实验室制备这些沉淀有
指导性的意义,更可以联系工业生产实际流程来理解酸碱平衡与氢氧化物沉淀的制
备的关系,并理解一些常见氢氧化物沉淀的基本性质。
三、内容:
我们都知道,制备氢氧化物沉淀时沉淀越完全越好(离子浓度小于10mol/L),由
-5
下图(1)可知,制备氢氧化物沉淀时不同的金属阳离子对应的pH是很不同的。
图(1)
为什么会出现这么大的区别呢?“肤浅”的理解是就是说这是根据计算出来的,可以
通过公式pH=(-1/n)×(pK-5)+pK(n表示金属阳离子的化合价数)计算出沉淀完
spw
全时的pH。但这只是一个表面的理解,实际上有更多因素造成pH的差别。实际上,
金属离子在水中会与水分子形成各种水合络离子。形成沉淀的过程实际上就是水合
络离子中的水分子转化为氢氧根的过程。以下我们小组通过各种资料文献总结出2
种影响沉淀时pH的因素。
①金属离子电荷效应的影响
电荷效应指的是金属离子的电荷数与场强(与电荷数和离子半径有关)对水合
络离子中作为配位体的水分子的极化能力。金属离子的电荷对于水分子中的氧原子
的电子云有一个吸引力,显然,金属离子的电荷越大、半径越小,对氧原子的电子
云的吸引力就越大,对水分子中氢离子的斥力就越大,所以对水分子极化作用越强,
就能在pH较小的情况下生成氢氧化物沉淀。这就使得络合离子的配位键可以被转
化,即络离子中的质子脱离出去而形成氢氧化物沉淀。电荷效应对于8电子构型的
金属离子起中起到关键的作用,故电荷高而半径小的铝离子开始生成氢氧化铝的pH
为3左右,而电荷低而半径大的镁离子生成氢氧化镁的pH在9左右。
②金属离子的半径和电子层结构的影响
对于很多过渡金属离子来说。当金属离子的核电荷数相同时,半径大的离子能
在更低的pH下形成氢氧化物沉淀。因为半径大的离子的极化率大,从而增大了对
水分子的极化作用,有利于在较小pH下形成沉淀。至于电子层结构的影响主要是
指d电子的影响。外层d电子越多,同样可以增大极化作用,有利于在较小pH下
形成沉淀,所以我们可以看到Fe3+、Cr3+的沉淀pH较小,就有d电子的影响在里
面。
当然,制备氢氧化物不一定就需要碱性环境。由上面的两种因素我们就可以知
道。很多金属离子的生成氢氧化物沉淀都是在酸性条件下的。制备氢氧化物沉淀时
也不是碱性越强或加入的碱越多越好。因为还有一些两性的氢氧化物(如氢氧化铝、
氢氧化锌),因为它们会溶于过碱的条件下,所以制备它们时不能在碱性过强的体系
下。而且,实验室制备氢氧化物沉淀时只需到达合适的pH即可,没有必要继续加
碱造成物质浪费和废液处理的困难。而在工业生产中,碱性过强对设备的耐腐蚀能
力要求比较高,也会对设备造成损伤。
酸碱平衡会影响氢氧化物沉淀的沉淀平衡。因为当酸碱平衡移动时,即氢离子
或氢氧根浓度改变时,氢氧化物沉淀平衡也会随之移动,从而沉淀生成或沉淀溶解。
故在制备氢氧化物沉淀时要考虑可能会让影响酸碱平衡的因素。特别对于一些高价
态的金属离子对应的氢氧化物更是如此,因为氢离子或氢氧根的浓度还要乘方,一
旦改变,对于离子积Q的影响是很
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