小蜗熊的蜂蜜罐
金属离子的水解-絮凝-沉淀过程
发布于: 2020-06-09 更新于: 2020-06-15 分类于: 杂谈 阅读次数: 

金属离子的水解-絮凝-沉淀是一个复杂的过程,其中会产生多种单体与聚合体,沉淀产物也会根据反应条件的不同而有所区别。这里以铝离子和铁离子为例进行简单介绍:

铝离子的水解-絮凝-沉淀

对于Al(Ⅲ)的水解产物,除 $\ce{Al^3+}$ 、 $\ce{Al(OH)^2+}$ 、$\ce{Al(OH)_2^+}$ 、$\ce{Al(OH)_4^-}$ 等单体外,还存在$\ce{Al_2(OH)_5^+}$ 、 $\ce{Al_3(OH)_4^5+}$ 等多种聚合形态。

铝离子的水解过程

Al(Ⅲ)的水解过程如下:

$$ \ce{ Al^{3+} + H_2O/OH^- <=> \begin{matrix} \ce{Al(OH)^{2+}} \\ \ce{Al(OH)_2^{+}} \\ \ce{Al(OH)_4^{-}} \end{matrix} <=> Al_X(OH)_Y^{(3X-Y)+} -> Al_XO_Z(OH)_Y^{(3X-Y-2Z)+} -> Al(OH)_3 (v) (无定形) } $$

其中$X、Y、Z$与铝离子和氢氧根浓度之比,即$\ce{[Al^3+]/[OH^-]}$有关

由上图,其中前几个步骤均为可逆反应,所以在絮凝初期溶液中会存在一定数量的$\ce{Al^3+}$。
类比可得,使用新制氢氧化铜悬浊液检测醛基的原理与斐林试剂、班氏试剂类似,均是依靠其中碱性环境下的$\ce{Cu^2+}$。

铝离子水解的聚合体

在水解过程中,尤其是碱性较强时,溶液中会产生多种Al(Ⅲ)的聚集体,其中一种典型的就是聚十三铝$\ce{Al_12AlO_4(OH)_24^{7+}}$
其结构由中心的铝氧四面体和外围的$\ce{Al^{3+}-OH^-}$八面体结构组成。

$$ \ce{ \underset{中心四面体}{Al(OH)_4^{-}} + \underset{八面体结构单元}{12Al(OH)_2^{+}} -> \underset{聚十三铝}{Al_12AlO_4(OH)_24^{7+}} -> \underset{聚合体}{nAl_13} } $$

铁离子的水解-絮凝-沉淀

Fe(Ⅲ)的水解过程与Al(Ⅲ)类似,但铁离子的絮凝产物存在不同的晶型,因此结果更为复杂:

$$ \ce{ Fe^{3+} + H_2O/OH^- <=> \begin{matrix} \ce{Fe(OH)^{2+}} \\ \ce{Fe(OH)_2^{+}} \\ \ce{Fe(OH)_4^{-}} \end{matrix} <=> \begin{cases} {\gamma-FeOOH} (v) + Fe(OH)_3 (无定形) (v) \\ \\ \\ Fe_X(OH)_Y^{(3X-Y)+} -> Fe_XO_Z(OH)_Y^{(3X-Y-2Z)+} -> {\alpha-FeOOH} (v) + Fe(OH)_3 (v) (无定形) \end{cases} } $$
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