資源簡介

研究與實踐2　明礬晶體的制備
【研究目的】
在日常生活中，常見到色彩和外形都很漂亮的晶體。我們可以通過化學實驗的方法制備晶體，學習用飽和溶液制備大晶體的方法。
【研究任務】
1.晶體生長過程的階段
晶體生成的一般過程是先生成晶核，而后再逐漸長大，一般認為晶體在液相或氣相中的生長有三個階段：(1)介質達到過飽和，過冷卻階段；(2)成核階段；(3)生成階段。
2.晶種：在結晶過程中加入的預先自成的晶核(晶體微粒)，可以使從晶核成長的晶體達到均勻一致，從而提高產品的質量。
3.制備明礬晶體的實驗步驟
(1)在玻璃杯中放入比室溫高10～20 ℃的水，并加入明礬晶體[KAl(SO4)2·12H2O]，用筷子攪拌，直到有少量晶體不能再溶解。此時得到的溶液為飽和溶液。
(2)待溶液自然冷卻到比室溫略高3～5 ℃時，把溶液倒入潔凈的碗中，用硬紙片蓋好，靜置一夜。
(3)從碗中選取2～3粒形狀完整的小晶體作為晶核。將所選的晶核用細線輕輕系好。
(4)把明礬溶液倒入玻璃杯中，向溶液中補充適量明礬，使其成為比室溫高10～15 ℃的飽和溶液。待其自然冷卻到比室溫略高3～5 ℃時，把小晶體懸掛在玻璃杯中央(如下圖左)，注意不要使晶核接觸杯壁。用硬紙片蓋好玻璃杯，靜置過夜。
(5)每天把已形成的小晶體輕輕取出，重復第(4)項操作，直到晶體長到一定大小。
(6)將所得明礬晶體放進鉻鉀礬的飽和溶液中，使鉻鉀礬晶體[KCr(SO4)2·12H2O]在明礬晶體表面上生長，長到一定厚度后，再將所得晶體放到明礬飽和溶液中去，使鉻鉀礬晶體表面再覆蓋一層明礬晶體。
【結果與討論】
1.明礬晶體的顏色和外形。
提示　明礬是無色透明的晶體，呈八面體形狀。
2.在上述實驗中，為什么所用儀器都要用蒸餾水洗凈？用硬紙片蓋好玻璃杯的目的是什么？
提示　若儀器不干凈或塵埃落入，都會干擾結晶。
3.為什么晶種一定要懸掛在溶液的中央位置？
提示　晶種若離燒杯底部太近，由于有沉底晶體生成，會與晶體長在一起。同樣，若離溶液表面太近或靠近燒杯壁，都會產生同樣的結果，使得晶體形狀不規則。
4.試討論快速制備明礬晶體的條件。
提示　(1)溶液一定要用飽和溶液，若溶液不飽和，則結晶速度很慢。
(2)溶劑應用蒸餾水，不能用自來水。因自來水里含其他金屬離子及雜質，會影響晶體的生長速度和形狀。
(3)冷卻熱飽和溶液時，應自然冷卻。快速冷卻雖能夠得到晶體，但屬于沉底、細小晶體，得不到大晶體。溫度下降越快，晶體越小。
(4)溶液一定要純凈。里面若含有雜質，就在溶液中形成多個晶核，這樣不利于大晶體的生長。
【相關材料】
晶體生長
晶體有一定的幾何外形，有固定的熔點，有各向異性等特點，而無定形固體不具有上述特點。晶體生成的一般過程是先生成晶核，而后再逐漸長大。一般認為晶體從液相或氣相中的生長有三個階段：①介質達到過飽和、過冷卻階段；②成核階段；③生長階段。晶體在生長的過程中要受外界條件的影響，如渦流、溫度、雜質、黏度、結晶速度等因素的影響。晶體生長的方法有多種，對于溶液而言，只需蒸發掉水分就可以；對于氣體而言，需要降低溫度，直到它的凝固點；對于液體，也是采取降溫方式來變成固體。
【應用體驗】
1.下列說法不正確的是(　　)
A.結晶時，若溶質的溶解度越大，溶液的濃度越高，溶劑的蒸發速度越快，溶液的冷卻速度越快，析出的晶體顆粒就越細小
B.為了使過飽和溶液中析出晶體，可用玻璃棒攪動或者振蕩容器
C.培養明礬晶體時，為得到較大顆粒的晶體，應自然冷卻，并靜置過夜
D.重結晶中產生的母液雖然含有雜質，但仍應將母液收集起來進行適當處理，以提高產率
答案　A
解析　晶體顆粒的大小與結晶條件有關，溶質的溶解度越小，溶液的濃度越高，溶劑的蒸發速度越快，析出的晶粒就越細小，A錯誤；振蕩容器或用玻璃棒攪拌可打破平衡促使晶體析出，B正確；自然冷卻，可使晶粒生長，則培養明礬晶體時，應使飽和溶液緩慢冷卻才能得到較大顆粒的晶體，C正確；重結晶過程中產生的母液雖然含有雜質，但仍含有溶質，為防止浪費資源，應將母液收集起來，進行適當處理，以提高產率，D正確。
2.明礬晶體[KAl(SO4)2·12H2O]在生產、生活中有廣泛用途，如飲用水的凈化、造紙工業的施膠劑、食品工業的發酵劑等。利用煉鋁廠的廢料——鋁灰(含Al、Al2O3及少量SiO2和FeO·xFe2O3)可制備明礬，工藝流程如圖：
回答下列問題：
(1)“濾渣①”的主要成分是____________(填化學式)。
(2)加入稀硫酸酸化后，再經“一系列操作”可得到明礬晶體[KAl(SO4)2·12H2O]，則“一系列操作”是____________、____________、____________、洗滌、干燥。
(3)流程中加入H2O2的作用是____________，寫出反應的離子方程式：____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)若將鋁灰投入過量的氫氧化鈉溶液中，所得溶液的溶質除NaOH和Na[Al(OH)4]外，還含有____________(填化學式)。寫出生成氣體的該反應的化學方程式：____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
答案　(1)SiO2
(2)蒸發濃縮　冷卻結晶　過濾
(3)把亞鐵離子氧化為鐵離子　2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
(4)Na2SiO3　2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
解析　SiO2不溶于硫酸，鋁灰用硫酸酸浸后過濾，濾渣為SiO2，濾液中含有硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵，濾液加入過氧化氫把亞鐵離子氧化為鐵離子，再加入過量氫氧化鈉，生成四羥基合鋁酸鈉和氫氧化鐵沉淀，過濾得到濾渣②是氫氧化鐵，無色濾液B為四羥基合鋁酸鈉溶液，加入K2SO4、H2SO4酸化，經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得明礬晶體。
(1)SiO2不溶于硫酸，鋁灰用硫酸酸浸后過濾，濾渣①為SiO2；(2)溶液經過“一系列操作”可得到明礬晶體[KAl(SO4)2·12H2O]，則“一系列操作”是蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥；(3)流程中加入H2O2把亞鐵離子氧化為鐵離子，反應的離子方程式：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O；(4)若將鋁灰投入過量的氫氧化鈉溶液中，Al和氫氧化鈉反應生成四羥基合鋁酸鈉和氫氣、Al2O3和氫氧化鈉反應生成四羥基合鋁酸鈉，SiO2和氫氧化鈉反應生成硅酸鈉和水，所得溶液的溶質除NaOH和Na[Al(OH)4]外，還含有Na2SiO3；Al和氫氧化鈉反應生成四羥基合鋁酸鈉和氫氣，反應化學方程式是2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑。研究與實踐2　明礬晶體的制備
【研究目的】
在日常生活中,常見到色彩和外形都很漂亮的晶體。我們可以通過化學實驗的方法制備晶體,學習用飽和溶液制備大晶體的方法。
【研究任務】
1.晶體生長過程的階段
晶體生成的一般過程是先生成晶核,而后再逐漸長大,一般認為晶體在液相或氣相中的生長有三個階段:(1)介質達到過飽和,過冷卻階段;(2)成核階段;(3)生成階段。
2.晶種:在結晶過程中加入的預先自成的晶核(晶體微粒),可以使從晶核成長的晶體達到均勻一致,從而提高產品的質量。
3.制備明礬晶體的實驗步驟
(1)在玻璃杯中放入比室溫高10~20 ℃的水,并加入明礬晶體[KAl(SO4)2·12H2O],用筷子攪拌,直到有少量晶體不能再溶解。此時得到的溶液為飽和溶液。
(2)待溶液自然冷卻到比室溫略高3~5 ℃時,把溶液倒入潔凈的碗中,用硬紙片蓋好,靜置一夜。
(3)從碗中選取2~3粒形狀完整的小晶體作為晶核。將所選的晶核用細線輕輕系好。
(4)把明礬溶液倒入玻璃杯中,向溶液中補充適量明礬,使其成為比室溫高10~15 ℃的飽和溶液。待其自然冷卻到比室溫略高3~5 ℃時,把小晶體懸掛在玻璃杯中央(如下圖左),注意不要使晶核接觸杯壁。用硬紙片蓋好玻璃杯,靜置過夜。
(5)每天把已形成的小晶體輕輕取出,重復第(4)項操作,直到晶體長到一定大小。
(6)將所得明礬晶體放進鉻鉀礬的飽和溶液中,使鉻鉀礬晶體[KCr(SO4)2·12H2O]在明礬晶體表面上生長,長到一定厚度后,再將所得晶體放到明礬飽和溶液中去,使鉻鉀礬晶體表面再覆蓋一層明礬晶體。
【結果與討論】
1.明礬晶體的顏色和外形。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.在上述實驗中,為什么所用儀器都要用蒸餾水洗凈 用硬紙片蓋好玻璃杯的目的是什么
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
3.為什么晶種一定要懸掛在溶液的中央位置
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
4.試討論快速制備明礬晶體的條件。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【相關材料】
晶體生長
晶體有一定的幾何外形,有固定的熔點,有各向異性等特點,而無定形固體不具有上述特點。晶體生成的一般過程是先生成晶核,而后再逐漸長大。一般認為晶體從液相或氣相中的生長有三個階段:①介質達到過飽和、過冷卻階段;②成核階段;③生長階段。晶體在生長的過程中要受外界條件的影響,如渦流、溫度、雜質、黏度、結晶速度等因素的影響。晶體生長的方法有多種,對于溶液而言,只需蒸發掉水分就可以;對于氣體而言,需要降低溫度,直到它的凝固點;對于液體,也是采取降溫方式來變成固體。
【應用體驗】
1.下列說法不正確的是 (　　)
A.結晶時,若溶質的溶解度越大,溶液的濃度越高,溶劑的蒸發速度越快,溶液的冷卻速度越快,析出的晶體顆粒就越細小
B.為了使過飽和溶液中析出晶體,可用玻璃棒攪動或者振蕩容器
C.培養明礬晶體時,為得到較大顆粒的晶體,應自然冷卻,并靜置過夜
D.重結晶中產生的母液雖然含有雜質,但仍應將母液收集起來進行適當處理,以提高產率
2.明礬晶體[KAl(SO4)2·12H2O]在生產、生活中有廣泛用途,如飲用水的凈化、造紙工業的施膠劑、食品工業的發酵劑等。利用煉鋁廠的廢料——鋁灰(含Al、Al2O3及少量SiO2和FeO·xFe2O3)可制備明礬,工藝流程如圖:
回答下列問題:
(1)“濾渣①”的主要成分是　　　　　　(填化學式)。
(2)加入稀硫酸酸化后,再經“一系列操作”可得到明礬晶體[KAl(SO4)2·12H2O],則“一系列操作”是　　　　　、　　　　　、　　　　　　、洗滌、干燥。
(3)流程中加入H2O2的作用是　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　,
寫出反應的離子方程式:　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　。
(4)若將鋁灰投入過量的氫氧化鈉溶液中,所得溶液的溶質除NaOH和Na[Al(OH)4]外,還含有　　　　　　(填化學式)。寫出生成氣體的該反應的化學方程式:　　　　　　　　　　 　　　　　　　。 (共12張PPT)
研究與實踐 明礬晶體的制備
第三章
晶體結構與性質
2
【研究目的】
在日常生活中，常見到色彩和外形都很漂亮的晶體。我們可以通過化學實驗的方法制備晶體，學習用飽和溶液制備大晶體的方法。
【研究任務】
1.晶體生長過程的階段
晶體生成的一般過程是先生成晶核，而后再逐漸長大，一般認為晶體在液相或氣相中的生長有三個階段：(1)介質達到過飽和，過冷卻階段；(2)成核階段；(3)生成階段。
2.晶種：在結晶過程中加入的預先自成的晶核(晶體微粒)，可以使從晶核成長的晶體達到均勻一致，從而提高產品的質量。
3.制備明礬晶體的實驗步驟
(1)在玻璃杯中放入比室溫高10～20 ℃的水，并加入明礬晶體[KAl(SO4)2·12H2O]，用筷子攪拌，直到有少量晶體不能再溶解。此時得到的溶液為飽和溶液。
(2)待溶液自然冷卻到比室溫略高3～5 ℃時，把溶液倒入潔凈的碗中，用硬紙片蓋好，靜置一夜。
(3)從碗中選取2～3粒形狀完整的小晶體作為晶核。將所選的晶核用細線輕輕系好。
(4)把明礬溶液倒入玻璃杯中，向溶液中補充適量明礬，使其成為比室溫高10～15 ℃的飽和溶液。待其自然冷卻到比室溫略高3～5 ℃時，把小晶體懸掛在玻璃杯中央(如下圖左),注意不要使晶核接觸杯壁。用硬紙片蓋好玻璃杯，靜置過夜。
(5)每天把已形成的小晶體輕輕取出，重復第(4)項操作，直到晶體長到一定大小。
(6)將所得明礬晶體放進鉻鉀礬的飽和溶液中，使鉻鉀礬晶體[KCr(SO4)2·12H2O]在明礬晶體表面上生長，長到一定厚度后，再將所得晶體放到明礬飽和溶液中去，使鉻鉀礬晶體表面再覆蓋一層明礬晶體。
【結果與討論】
1.明礬晶體的顏色和外形。
提示　明礬是無色透明的晶體，呈八面體形狀。
2.在上述實驗中，為什么所用儀器都要用蒸餾水洗凈？用硬紙片蓋好玻璃杯的目的是什么？
提示　若儀器不干凈或塵埃落入，都會干擾結晶。
3.為什么晶種一定要懸掛在溶液的中央位置？
提示　晶種若離燒杯底部太近，由于有沉底晶體生成，會與晶體長在一起。同樣，若離溶液表面太近或靠近燒杯壁，都會產生同樣的結果，使得晶體形狀不規則。
4.試討論快速制備明礬晶體的條件。
提示　(1)溶液一定要用飽和溶液，若溶液不飽和，則結晶速度很慢。
(2)溶劑應用蒸餾水，不能用自來水。因自來水里含其他金屬離子及雜質，會影響晶體的生長速度和形狀。
(3)冷卻熱飽和溶液時，應自然冷卻。快速冷卻雖能夠得到晶體，但屬于沉底、細小晶體，得不到大晶體。溫度下降越快，晶體越小。
(4)溶液一定要純凈。里面若含有雜質，就在溶液中形成多個晶核，這樣不利于大晶體的生長。
【相關材料】
晶體生長
晶體有一定的幾何外形，有固定的熔點，有各向異性等特點，而無定形固體不具有上述特點。晶體生成的一般過程是先生成晶核，而后再逐漸長大。一般認為晶體從液相或氣相中的生長有三個階段：①介質達到過飽和、過冷卻階段；②成核階段；③生長階段。晶體在生長的過程中要受外界條件的影響，如渦流、溫度、雜質、黏度、結晶速度等因素的影響。晶體生長的方法有多種，對于溶液而言，只需蒸發掉水分就可以；對于氣體而言，需要降低溫度，直到它的凝固點；對于液體，也是采取降溫方式來變成固體。
【應用體驗】
1.下列說法不正確的是(　　)
A.結晶時，若溶質的溶解度越大，溶液的濃度越高，溶劑的蒸發速度越快，溶液的冷卻速度越快，析出的晶體顆粒就越細小
B.為了使過飽和溶液中析出晶體，可用玻璃棒攪動或者振蕩容器
C.培養明礬晶體時，為得到較大顆粒的晶體，應自然冷卻，并靜置過夜
D.重結晶中產生的母液雖然含有雜質，但仍應將母液收集起來進行適當處理，以提高產率
A
解析　晶體顆粒的大小與結晶條件有關，溶質的溶解度越小，溶液的濃度越高，溶劑的蒸發速度越快，析出的晶粒就越細小，A錯誤；振蕩容器或用玻璃棒攪拌可打破平衡促使晶體析出，B正確；自然冷卻，可使晶粒生長，則培養明礬晶體時，應使飽和溶液緩慢冷卻才能得到較大顆粒的晶體，C正確；重結晶過程中產生的母液雖然含有雜質，但仍含有溶質，為防止浪費資源，應將母液收集起來，進行適當處理，以提高產率，D正確。
2.明礬晶體[KAl(SO4)2·12H2O]在生產、生活中有廣泛用途，如飲用水的凈化、造紙工業的施膠劑、食品工業的發酵劑等。利用煉鋁廠的廢料——鋁灰(含Al、Al2O3及少量SiO2和FeO·xFe2O3)可制備明礬，工藝流程如圖：
回答下列問題：
(1)“濾渣①”的主要成分是____________(填化學式)。
(2)加入稀硫酸酸化后，再經“一系列操作”可得到明礬晶體[KAl(SO4)2·12H2O]，則“一系列操作”是____________、____________、__________、洗滌、干燥。
(3)流程中加入H2O2的作用是________________________，寫出反應的離子方程式：__________________________________。
(4)若將鋁灰投入過量的氫氧化鈉溶液中，所得溶液的溶質除NaOH和Na[Al(OH)4]外，還含有____________(填化學式)。寫出生成氣體的該反應的化學方程式：___________________________________________。
SiO2
蒸發濃縮
冷卻結晶
過濾
把亞鐵離子氧化為鐵離子
2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
Na2SiO3
2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
解析　SiO2不溶于硫酸，鋁灰用硫酸酸浸后過濾，濾渣為SiO2，濾液中含有硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵，濾液加入過氧化氫把亞鐵離子氧化為鐵離子，再加入過量氫氧化鈉，生成四羥基合鋁酸鈉和氫氧化鐵沉淀，過濾得到濾渣②是氫氧化鐵，無色濾液B為四羥基合鋁酸鈉溶液，加入K2SO4、H2SO4酸化，經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得明礬晶體。
(1)SiO2不溶于硫酸，鋁灰用硫酸酸浸后過濾，濾渣①為SiO2；(2)溶液經過“一系列操作”可得到明礬晶體[KAl(SO4)2·12H2O]，則“一系列操作”是蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥；(3)流程中加入H2O2把亞鐵離子氧化為鐵離子，反應的離子方程式：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O；(4)若將鋁灰投入過量的氫氧化鈉溶液中，Al和氫氧化鈉反應生成四羥基合鋁酸鈉和氫氣、Al2O3和氫氧化鈉反應生成四羥基合鋁酸鈉，SiO2和氫氧化鈉反應生成硅酸鈉和水，所得溶液的溶質除NaOH和Na[Al(OH)4]外，還含有Na2SiO3；Al和氫氧化鈉反應生成四羥基合鋁酸鈉和氫氣，反應化學方程式是2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑。

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