戴燕妮　鄭子山　陳裕森

摘要： 通過比較不同條件下制備的氫氧化鋁在不同濃度氨水中的溶解情況，發(fā)現(xiàn)影響氫氧化鋁溶解情況的主要因素是氫氧化鋁的晶型和氨水濃度。通過探究氫氧化鋁在氨水中的溶解性能，幫助學生理解和掌握相關知識點，進一步提高學生的科學探究和終身學習的能力。

關鍵詞： 氫氧化鋁; 氨水; 溶解性能; 實驗探究

文章編號： 1005-6629（2019）5-0082-03 ? ? ? ? ? ?中圖分類號： G633.8 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： B

氫氧化鋁所表現(xiàn)的酸、堿兩性是中學化學元素化合物知識的重點內容。在蘇教版《化學1》的“活動與探究”欄目中，通過比較可溶性鋁鹽與過量的弱堿氨水、強堿NaOH的反應實驗，觀察到氫氧化鋁不能溶解在過量氨水中，但能溶于NaOH溶液中。根據該實驗現(xiàn)象，教師一般只強調氫氧化鋁易溶于強堿而難溶于弱堿[1]。氫氧化鋁在弱堿中的溶解性不僅涉及到電離平衡及沉淀溶解平衡知識點，而且涉及到晶體晶型、材料物相等復雜問題。探討氫氧化鋁在堿中的溶解性，并開發(fā)為高中生課外科技活動項目，不僅有利于學生系統(tǒng)學習并掌握有關氫氧化鋁性質、電離平衡、沉淀溶解平衡及相關的基礎結晶學知識，同時還可以培養(yǎng)學生的科學探究能力，發(fā)展學生的學科核心素養(yǎng)。

1 ?課外科技活動的實施

1.1 ?實驗藥品和儀器

Al2（SO4）3·18H2O（AR）、氨水（AR）、氫氧化鋁（AR）、蒸餾水、磷酸-磷酸鈉的緩沖液（PBS）、250mL容量瓶、量筒、膠頭滴管、玻璃棒、燒杯、分析天平、藥勺、保鮮膜、8205系列筆式pH計

1.2 ?實驗步驟

1.2.1 ?氫氧化鋁的制備

用分析天平稱取約16.6666g的Al2（SO4）3·18H2O固體，配成250mL 0.10mol/L的溶液。往盛有20mL Al2（SO4）3溶液的燒杯中加入適量濃氨水，攪拌，抽濾，洗滌（7～8次），即可得到新制氫氧化鋁固體。將該固體分成不作處理、烘干、風干三部分。

1.2.2 ?氨水濃度的配制及其pH測量

用分析純氨水配制氨水和水體積比分別為1∶1、1∶2、1∶3的溶液，并將配制的溶液分別儲存在編號為1∶1、1∶2、1∶3的試劑瓶中。用磷酸-磷酸鈉的緩沖液（PBS）校正過的8205系列筆式pH計測出各個比例氨水的pH，并記錄數據。

1.2.3 ?氫氧化鋁在氨水中的溶解性實驗

將學生分成4組，讓A、 B、 C、 D四組同學依次分別稱取上述新制的未作處理的氫氧化鋁固體、在60℃下干燥2h的氫氧化鋁、自然狀態(tài)下風干12h的氫氧化鋁和氫氧化鋁（AR）0.0100g。并往制備條件不同的氫氧化鋁中，分別加入

適量體積的上述配制的1∶1、1∶2、1∶3的氨水溶液，邊加邊攪拌，用保鮮膜將燒杯口密封，觀察溶解情況，做好觀察記錄。

2 ?實驗現(xiàn)象和結果分析

2.1 ?實驗現(xiàn)象觀察

所生成的以及經過不同處理情況后的氫氧化鋁在不同濃度的氨水中的溶解情況示于表1中。從表1可知不論氨水的濃度如何，氫氧化鋁在氨水中均無法完全溶解，氨水濃度越低其溶解性越差。表1的四組實驗表明新制的未作處理的氫氧化鋁在氨水中的溶解性較好，經過自然風干12小時的較差，經60℃烘干2小時后的以及藥品氫氧化鋁（AR）最差。

表1 ?氫氧化鋁在氨水中的溶解情況

組別濃度1∶1 ? ?pH=12.61∶2 ? ?pH=12.51∶3 ? ?pH=12.4

A新制氫氧化鋁杯底有極少量白色絮狀物少量白色固體小顆粒較多白色固體小顆粒

B新制氫氧化鋁經烘干2h有大量的白色固體顆粒有大量的白色固體顆粒有大量的白色固體顆粒

C新制氫氧化鋁經自然風干12h少量白色固體顆粒少量白色固體顆粒有較多的白色固體顆粒

D藥品氫氧化鋁（AR）有大量的白色固體顆粒有大量的白色固體顆粒有大量的白色固體顆粒

2.2 ?理論分析

氫氧化鋁與氨水的反應實際包含著多個可逆反應，具體可用如下幾個離子方程式表達：

若標準平衡常數Kθ大于103，則說明反應進行得很完全，反應物都轉化為生成物;若10-3

同時，可以發(fā)現(xiàn)同種晶型的氫氧化鋁在不同溫度下，K值是不一樣的。K值隨著溫度的增加而減小，說明溫度升高，反應有利于向逆反應方向移動。

除了通過分析K值，還可利用極值法計算完全溶解氫氧化鋁所需氨水的濃度。利用氨水與氫氧化鋁的各反應可逆方程進行理論計算，假設一升溶液中有0.1mol的氫氧化鋁完全溶于濃氨水中，則[NH+4]=[Al（OH）-4]=0.1mol/L，根據K=[NH+4][Al（OH）-4][NH3·H2O]，即可算出無水氫氧化鋁、三水合氫氧化鋁對應消耗濃氨水的濃度。完全溶解無水氫氧化鋁所需的[NH3·H2O]≥263mol/L，而濃氨水最大濃度僅為15mol/L，因此，無水氫氧化鋁難溶于濃氨水中。完全溶解三水合氫氧化鋁所需的[NH3·H2O]≈5×10-20mol/L，因此，三水合氫氧化鋁能夠完全溶解在濃氨水中。

由此可見，如果生成的氫氧化鋁為三水合氫氧化鋁，則很容易溶解于濃度較低的氨水中，而如果生成的氫氧化鋁為無水氫氧化鋁，則其在弱堿中的溶解性可以說幾乎不溶解。從表1中可以看出新制的氫氧化鋁在氨水的溶解性最好，經過自然風干12小時的氫氧化鋁在氨水中溶解性較差，烘干后的氫氧化鋁（AR）在氨水中的溶解性最差。由此可以推測新制氫氧化鋁和自然風干12小時的氫氧化鋁大部分應為易溶于弱堿的三水合氫氧化鋁，而所制備的氫氧化鋁在經過烘干后會由三水合氫氧化鋁脫水生成難溶于弱堿的無水氫氧化鋁。

2.3 ?熱力學分析氫氧化鋁溶解性與物相關系

晶體物質的溶解要克服其晶格能，即晶格能越大則物質越難溶解。氫氧化鋁存在著三種狀態(tài)，分別為結晶態(tài)的拜耳石、非晶態(tài)的氫氧化鋁以及水溶液態(tài)的非電離物質Al（OH）-4，它們的標準摩爾生成焓分別為-2586.67kJ·mol-1、 -1276kJ·mol-1、 -1502.5kJ·mol-1。當物質的標準摩爾生成焓越小，表示該化合物越穩(wěn)定[7]。因此，三者中最穩(wěn)定的是拜耳石，Al（OH）-4次之，最不穩(wěn)定的是非晶態(tài)固體Al（OH）3。因此非晶態(tài)固體Al（OH）3在堿性溶液中的溶解性最好，Al（OH）-4次之，拜耳石最差。實驗結果表明新制氫氧化鋁在濃氨水中溶解性最好，其物相當以非晶態(tài)為主;而在室溫下自然風干12小時的氫氧化鋁溶解性明顯變差，在實驗中觀察到有較多不溶于濃氨水的白色固體小顆粒;氫氧化鋁（AR）和烘干后的氫氧化鋁在濃氨水中幾乎不溶解，因此，可推測新制氫氧化鋁經過風干尤其較高溫度下烘干后會有部分轉化為更加穩(wěn)定的非電離物質Al（OH）-4及結晶態(tài)拜耳石?？赏茰y自然風干的氫氧化鋁主要含有非電離物質Al（OH）-4，而烘干后的和藥品氫氧化鋁（AR）二者主要含有拜耳石。

可將上述“氫氧化鋁在氨水中的溶解性”開發(fā)為課外科技活動項目，作為課堂教學的延伸、補充和拓展。探究氫氧化鋁在氨水中的溶解情況，融合了鋁元素化合物、物質提純的方法、溶液中的離子反應以及焓變等多方面的知識，幫助學生認識到氫氧化鋁在一定條件下也能溶于弱堿氨水中，明白氫氧化鋁的晶型、狀態(tài)和氨水濃度會影響其溶解情況?？傊趯W生已學元素化合物知識的基礎上進行關于平衡原理的進一步學習與應用，可以幫助學生鞏固舊知、拓展新知，同時可以兼顧培養(yǎng)學生的綜合運用知識的能力、實踐能力和科學探究能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和質疑精神。

參考文獻：

[1]劉水秀. 從氫氧化鋁的溶解談中學化學素養(yǎng)養(yǎng)成[J]. 讀與寫（教育教學刊）， 2016， 13（09）： 154.

[2][4][5][6][7]大連理工大學無機化學教研室. 無機化學[M]. 北京： 高等教育出版社， 2006.

[3]馬有成， 王英華， 來雅文. 簡明分析化學[M]. 北京： 科學出版社， 2017.