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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

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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

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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