45 min

Metody otrzymywania wodorotlenków amfoterycznych

Strącanie, zakwaszanie hydroksokompleksów, hydroliza oraz przemysłowe otrzymywanie Al(OH)₃.

Teoria

Metody otrzymywania wodorotlenków amfoterycznych

Wodorotlenki amfoteryczne są zwykle słabo rozpuszczalne w wodzie, dlatego najczęściej otrzymuje się je jako osady. W zadaniach trzeba szczególnie pilnować ilości odczynnika: nadmiar mocnej zasady albo mocnego kwasu może rozpuścić świeżo powstały osad.

Najczęściej spotkasz Al(OH)₃, Zn(OH)₂, Cr(OH)₃, Be(OH)₂, Sn(OH)₂, Sn(OH)₄ i Pb(OH)₂.

Strącanie z roztworu soli za pomocą mocnej zasady

Schemat 1

rozpuszczalna sól metalu + mocna zasada → wodorotlenek amfoteryczny↓ + rozpuszczalna sól

Przykłady

1. AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃↓ + 3NaCl

2. ZnSO₄ + 2KOH → Zn(OH)₂↓ + K₂SO₄

Schemat 2

schemat jonowy skrócony

Przykład 2

Mⁿ⁺ + nOH⁻ → M(OH)ₙ↓

Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje

Oba substraty muszą być rozpuszczalne w wodzie.
Jest to podstawowa metoda laboratoryjna.

Strącanie za pomocą wody amoniakalnej

Schemat 1

Mⁿ⁺ + nNH₃ + nH₂O → M(OH)ₙ↓ + nNH₄⁺

Przykład 1

Al³⁺ + 3NH₃ + 3H₂O → Al(OH)₃↓ + 3NH₄⁺

Schemat 2

schemat jonowy skrócony

Przykład 2

Mⁿ⁺ + nNH₃ + nH₂O → M(OH)ₙ↓ + nNH₄⁺

Schemat 3

przykłady

Przykłady

1. Al³⁺ + 3NH₃ + 3H₂O → Al(OH)₃↓ + 3NH₄⁺

2. Zn²⁺ + 2NH₃ + 2H₂O → Zn(OH)₂↓ + 2NH₄⁺

Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje

Woda amoniakalna jest słabą zasadą, ale wytwarza w roztworze jony OH⁻ potrzebne do strącenia osadu.
W przypadku Al(OH)₃ nadmiar amoniaku nie rozpuszcza osadu. Inaczej zachowuje się Zn(OH)₂: w nadmiarze NH₃ tworzy rozpuszczalny kompleks amminowy.
Zn(OH)₂ + 4NH₃ ⇄ [Zn(NH₃)₄]²⁺ + 2OH⁻. To rozpuszczanie nie wynika z amfoteryczności Zn(OH)₂, lecz z tworzenia kompleksu z cząsteczkami amoniaku.

Strącanie przy ograniczonej ilości mocnej zasady

Schemat 1

kation metalu amfoterycznego + odpowiednia ilość OH⁻ → osad wodorotlenku

Przykład 1

Al³⁺ + 3OH⁻ → Al(OH)₃↓

Schemat 2

nadmiar OH⁻ → hydroksokompleks

Przykłady

1. Al(OH)₃ + OH⁻ → [Al(OH)₄]⁻

2. Zn(OH)₂ + 2OH⁻ → [Zn(OH)₄]²⁻

Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje

Aby otrzymać osad, nie wolno dodać nadmiaru mocnej zasady.
To nie jest osobna metoda, lecz najważniejsze ograniczenie metody strąceniowej.

Wytrącanie z roztworu hydroksokompleksu przez ostrożne zakwaszanie

Schemat 1

hydroksokompleks + kwas → wodorotlenek amfoteryczny↓ + sól + woda

Przykład 1

Na[Al(OH)₄] + HCl → Al(OH)₃↓ + NaCl + H₂O

Schemat 2

schemat jonowy skrócony

Przykład 2

[Al(OH)₄]⁻ + H⁺ → Al(OH)₃↓ + H₂O

Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje

Kwas dodaje się tylko do chwili wytrącenia osadu.
Jego nadmiar rozpuści Al(OH)₃: Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O.

Wytrącanie z roztworu hydroksokompleksu za pomocą CO₂

Schemat 1

hydroksokompleks + CO₂ → wodorotlenek amfoteryczny↓ + wodorowęglan

Przykład 1

Na[Al(OH)₄] + CO₂ → Al(OH)₃↓ + NaHCO₃

Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje

Dwutlenek węgla działa tu łagodniej niż mocny kwas.
Dzięki temu łatwiej zatrzymać reakcję na etapie osadu, zamiast rozpuścić go w nadmiarze kwasu.

Hydroliza wybranych związków glinu

Schemat 1

związek glinu + woda → Al(OH)₃↓ + lotny produkt

Przykłady

1. Al₂S₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑

2. Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃↓ + 3CH₄↑

Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje

To szczególne reakcje hydrolizy.
Są przydatne w trudniejszych zadaniach, ale nie są metodą ogólną dla wszystkich wodorotlenków amfoterycznych.

Przemysłowe otrzymywanie wodorotlenku glinu

Schemat 1

roztwór glinianu → Al(OH)₃↓

Przykład 1

roztwór glinianu → Al(OH)₃↓

Schemat 2

uproszczony schemat

Przykład 2

roztwór glinianu → Al(OH)₃↓

Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje

W przemyśle roztwory glinianów otrzymuje się podczas przeróbki boksytu. Następnie z roztworu wytrąca się Al(OH)₃, zwykle przez ochładzanie, rozcieńczanie i zaszczepianie kryształami produktu.
Warto zapamiętać sens tego etapu: wodorotlenek glinu może rozpuścić się w nadmiarze NaOH jako glinian, a później zostać ponownie wytrącony po zmianie warunków roztworu.