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氯化镧与磷酸氢根和碳酸根的反应原理

一、 与磷酸氢根（HPO???）的反应

1. 核心原理与方程式

磷酸氢根（HPO???）是一个两性离子，既可作为酸（给出质子H?），也可作为碱（接受质子H?）。它与La?? 的反应，本质上是La?? 作为硬酸，优先与HPO??? 中的氧原子（硬碱）配位，形成稳定的络合物，最终沉淀为磷酸镧（LaPO?）。

化学方程式：

LaCl? (aq) Na?HPO? (aq) → LaPO? (s) ↓ 2NaCl (aq) HCl (aq)

这个方程式表明，反应会生成盐酸（HCl），使溶液的pH值降低。

离子方程式：

La?? (aq) HPO??? (aq) ? LaPO? (s) ↓ H? (aq)

2. pH 值的关键作用

这个反应对pH值极其敏感，主要体现在以下几点：

反应的pH范围：反应通常在弱酸性至中性条件下进行（pH ≈ 4-7）。

pH 过低（强酸性）：如果溶液中H?浓度过高，H?会与HPO???反应，将其转化为更质子化的形式：

HPO??? H? → H?PO??

这会导致溶液中自由的PO???或HPO???浓度急剧下降，使得La??无法有效沉淀，甚至不产生沉淀。

pH 过高（碱性）：如果溶液中OH?浓度过高，La??会优先与OH?反应生成更难溶的氢氧化镧（La (OH)?）沉淀：

La?? (aq) 3OH? (aq) → La(OH)? (s) ↓

这会干扰目标产物LaPO?的生成，导致产物不纯。

最佳实践：为了获得纯净的LaPO?沉淀，通常会使用缓冲溶液（如醋酸-醋酸钠缓冲液）来精确控制反应体系的pH值，或者在滴加过程中缓慢调节pH，以确保反应按预期进行。

二、 与碳酸根（CO???）的反应

1. 核心原理与方程式

碳酸根（CO???）是一个强碱，极易从水中夺取质子生成碳酸氢根（HCO??）和碳酸（H?CO?）。它与La??的反应非常迅速且彻底，生成难溶的碳酸镧（La?(CO?)?）。

化学方程式：

2LaCl? (aq) 3Na?CO? (aq) → La?(CO?)? (s) ↓ 6NaCl (aq)

离子方程式：

2La?? (aq) 3CO??? (aq) → La?(CO?)? (s) ↓

2. pH 值的关键作用

碳酸根的强碱性决定了其反应的pH环境：

反应的pH范围：反应在中性至强碱性条件下进行。

CO???的水解：CO???在水中会发生强烈的水解：

CO??? H?O ? HCO?? OH?

这使得含有CO???的溶液本身就呈碱性。

pH 过低（酸性或弱酸性）：如果溶液呈酸性，H?会与CO???反应，使其分解：

CO??? 2H? → H?O CO? (g) ↑

二氧化碳（CO?）气体的逸出会导致溶液中CO???浓度迅速降低，可能无法生成La?(CO?)?沉淀，或者沉淀溶解。

最佳实践：为了确保La??完全沉淀，通常会使用稍过量的Na?CO?溶液，这不仅能提供充足的CO???，还能维持溶液的碱性环境，抑制La (OH)?的生成（尽管在强碱性下仍需小心控制）。

在污水除磷工艺中，氯化镧的作用是将水溶性的磷“固定”成不溶于水的磷酸镧，而真正的“消除”是通过絮凝沉淀等物理手段将其从水体中分离出来，并最终随污泥进行妥善处理和处置。

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