Fe3+和Al3+分步沉淀pH曲线的测定与分析

熊宗齐

摘要： 运用pH传感器，测定NaOH溶液分别滴定FeCl3溶液、Al2（SO4）3溶液以及两者混合溶液的pH曲线。结合理论计算和实验图像分析Fe3+、 Al3+开始沉淀的pH及沉淀完全的pH，通过“宏观-微观-符号-曲线”四重表征分析pH曲线变化，探讨Fe3+、 Al3+分步沉淀的可行性及最佳pH范围。

关键词： pH传感器; Fe3+和Al3+分步沉淀; pH曲线; 实验探究

文章编号： 1005-6629（2021）02-0070-06

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1  问题提出

分离溶液中的金属离子时，常通过加入强碱调节pH，使金属离子形成相应的氢氧化物沉淀，使其脱离出溶液体系，是工业除杂的常见操作之一。这种通过加强碱调节溶液pH的方式逐一沉淀某些金属离子的操作，称为分步沉淀或选择性沉淀[1]。其基本原理是第一种金属离子完全沉淀时，第二种离子尚未开始沉淀，满足这个条件，就可以通过分步沉淀的方法分离金属离子。由于高中教材没有设计相关实验，高考试题又常常涉及，学生对这类问题往往缺乏深入的理解。以Fe3+、Al3+为例，2020年全国Ⅰ卷第26题和全国Ⅲ卷第27题均有考查。试题相关部分信息如表1所示。

通过对比发现，2020年全国Ⅰ卷第26题和2020年全国Ⅲ卷第27题都涉及Fe3+、Al3+的沉淀问题，但前者并未给出金属离子的初始浓度，而后者给出开始沉淀时金属离子的浓度。由于金属离子沉淀的pH与金属离

子的初始浓度密切相关，显然后者提供的信息更加规范。同时，按照全国Ⅰ卷第26题的信息，当Fe3+尚未完全沉淀时（如pH在3.0～3.2）Al3+开始沉淀了，Fe3+、Al3+不能实现分步沉淀。而按照全国Ⅲ卷第27题的信息，两者又是可以分步沉淀的。为了解决这个矛盾，同时帮助学生深入理解分步沉淀，拟设计NaOH溶液滴定FeCl3溶液、Al2（SO4）3溶液以及两者混合溶液的实验，借助手持技术认识滴定过程中的pH曲线变化特征。……