真正有铝酸、偏铝酸、四羟基合铝酸吗?
时间:2024-12-24 08:22 来源:未知 作者:化学自习室 点击:次 所属专题: 氢氧化铝
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铝酸H₃AlO₃
铝酸H₃AlO₃通常指的就是氢氧化铝Al(OH)₃,它是一种两性氢氧化物,既能与酸反应生成盐和水,也能与强碱反应生成盐和水。故可以写成碱的形式Al(OH)₃,也可以写成酸的形式H₃AlO₃。
由于Al是金属元素,所以通常默认其为碱,写成氢氧化物形式,即Al(OH)₃。
但是,值得注意的是,在水溶液中,不存在铝酸根,Al(OH)₃溶于强碱溶液生成的是四羟基合铝酸盐:
Al(OH)₃+NaOH=Na[Al(OH)₄]
偏铝酸HAlO₂
偏铝酸HAlO₂是确实存在的一种化工原料,白色固体,具有光泽,用作纺织品的媒染剂,纸的填料、水的净化剂等。
偏铝酸是弱酸,酸性比碳酸还弱的酸,可溶于强酸和强碱。
HAlO₂+3HCl=AlCl₃+2H₂O
HAlO₂+NaOH+H₂O=Na[Al(OH)₄]
由于Na[Al(OH)₄]是HAlO₂和强碱NaOH溶液反应生成的盐,研究者们也曾经人为地认为:Na[Al(OH)₄]=NaAlO₂·2H₂O,所以在旧版的化学教材中,为了方便,把它简写成偏铝酸盐,即NaAlO₂。
后来经过拉曼光谱测试,在溶液中,真实存在的形式应当是四羟基合铝酸根[Al(OH)₄]⁻,属于配离子。
这个离子由一个中心铝原子和四个羟基组成,每个羟基都通过单键连接到铝上,呈现出正四面体几何构型。
新高考以来,《物质结构与性质》成为选择性必修课程,配合物属于化学选科班必修内容,学生有了理解配合物和配离子的知识基础,于是新版教材一律修正为:Al和NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)₄](四羟基合铝酸钠)。
2Al+2NaOH+6H₂O=2Na[Al(OH)₄]+3H₂↑
但固体NaAlO₂(偏铝酸钠)是存在的,为白色结晶性粉末,易吸湿,极易溶于水,不溶于乙醇,水溶液呈碱性。
NaAlO₂溶于水并发生水解的过程可以分为两个阶段:
AlO₂⁻+2H₂O=[Al(OH)₄]⁻
[Al(OH)₄]⁻⇌Al(OH)₃+OH⁻
无水的NaAlO₂熔融,或者加热高浓度的NaAlO₂溶液时都可能出现AlO₂⁻。
四羟基合铝酸HAl(OH)₄
在化学文献中,并没有直接以HAl(OH)₄形式存在的稳定化合物被广泛认可或使用。
实际上,HAl(OH)₄更多地被认为是一个理论上的中间体或者过渡状态,它代表了[Al(OH)₄]⁻(四羟基合铝酸根)与一个质子(H⁺)结合的状态。
在某些情况下,HAl(OH)₄可能出现在描述[Al(OH)₄]⁻水解的过程中。
[Al(OH)₄]⁻+H₂O⇌HAl(OH)₄+OH⁻⇌Al(OH)₃+OH⁻+H₂O
这里, HAl(OH)₄是一个短暂存在的物种,很快就会分解为Al(OH)₃沉淀和OH⁻。
这种表述方式有助于解释为什么在酸性条件下,[Al(OH)₄]⁻会发生水解并最终生成Al(OH)₃沉淀。
在实际应用中,更常见的是[Al(OH)₄]⁻和它的钠盐Na[Al(OH)₄]或钾盐K[Al(OH)₄]等。
“真实化学”的复杂性
NaAlO₂ 既可以被称为铝酸钠,也可以被称为偏铝酸钠,有时也会写成Na₂O·Al₂O₃。
而它的水溶液有时写成Na[Al(OH)₄] 或者Na[Al(OH)₄(H₂O)₂]。
上述三种“铝酸”相关化合物虽然名称相似,但它们的具体化学性质和应用场景各有不同。
由于科学认知不断发展与进步,新旧版教材也有延续与更新,在工业界和技术文献中,由于历史原因以及为了方便表达,会对一些特定名称、化学式进行简化、缩写、俗称。
这就导致在不同的文献来源中,术语可能会有些许差异,因此在查阅资料时需要注意具体的定义和上下文语境的关联。
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