資源簡介

(共32張PPT)
跨學科實踐活動6　制備五水硫酸銅晶體
第八單元　海洋化學資源的利用
學科串聯
知識儲備
1．活動目標：(1) 配制硫酸銅的熱飽和溶液，加深對飽和溶液與不飽和溶液相互轉化的認識；(2)體驗自主設計、制備不同形狀的五水硫酸銅晶體的思路和方法；(3)感受科學與藝術融合的價值和魅力。
2．設計方案
(1)配制不同溫度下的硫酸銅的熱飽和溶液。
(2)控制降溫速度，獲得硫酸銅晶體。
3．制作作品：依據設計的實驗方案、小組合作或獨立完成五水硫酸銅晶體的制備； 相互展示各自制備的五水硫酸銅晶體，交流制備的經驗，并對自己和他人的產品進行評價，提出相應的改進建議；進一步修改和完善晶體制備方案和操作細節，并重新制作五水硫酸銅晶體。
4．反思交流
撰寫實踐活動報告，展示制作的晶體，分享在本次活動中的收獲和感受；總結并反思自己實驗成功的關鍵或失敗的原因。
1．小吳同學在完成硫酸銅晶體的制備和生長實驗時，為了獲得大的硫酸銅晶體，采取了如圖所示的實驗方法，下列選項中有關的做法和現象錯誤的是(　　)
體驗探究
題號
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A．選擇熱飽和硫酸銅溶液比用冷的飽和溶液效果好
B．選擇幾何形狀完整的小晶體作為晶核，對晶體的生長更有利
C．晶體長大后，藍色的硫酸銅溶液會變為無色
D．重復以上實驗步驟，晶體會越長越大
√
題號
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C　[硫酸銅的溶解度受溫度的影響較大，隨著溫度的升高而增大，所以選擇熱飽和硫酸銅溶液比用冷的飽和溶液效果好，A正確；根據結晶原理，晶體的生長是溶質在外界加入的晶種表面不斷堆積的結果，原有晶體形狀不規則，溶質不斷堆積后形成的晶體也不規則，所以選擇幾何形狀完整的小晶體作為晶核，對晶體的生長更有利，B正確；硫酸銅溶解度隨溫度的升高而增大，降溫時溶液中會有晶體析出，析出晶體后的溶液仍然是硫酸銅溶液，還是藍色，C錯誤；重復題給實驗步驟，晶體就會越長越大，D正確。]
題號
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2．將白色硫酸銅粉末(CuSO4)加入盛有 100 mL 60 ℃ 熱水的燒杯中，直至不能繼續溶解為止，得到一定溫度下的藍色溶液，即刻將一小塊藍色硫酸銅晶體 (CuSO4·5H2O)懸垂于燒杯中的硫酸銅溶液中(如圖所示)，自然冷卻至室溫，觀察現象(已知：硫酸銅的溶解度隨溫度的降低而減小)。下列有關該實驗的描述中，不合理的是(　　)
題號
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A．溫度降低過程中，燒杯內溶液始終是硫酸銅的飽和溶液
B．隨著溫度的降低，硫酸銅溶液的顏色逐漸變淺
C．隨著溫度的降低，硫酸銅溶液的質量不斷減小
D．當溫度不變后，硫酸銅晶體的質量不變，形狀也不變
√
題號
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D　[由題意可知開始形成的溶液為60 ℃時的硫酸銅飽和溶液，降溫過程中硫酸銅的溶解度逐漸減小，飽和溶液中有晶體析出，析出晶體后的溶液仍為硫酸銅的飽和溶液，A選項合理；降溫過程中有硫酸銅晶體析出，溶液的溶質質量分數減小，溶液顏色變淺，B選項合理；隨著溫度的降低，硫酸銅的溶解度減小，有晶體析出，硫酸銅溶液的質量逐漸減小，C選項合理；當溫度不變后，硫酸銅晶體不斷溶解，溶液中的銅離子、硫酸根離子、水分子不斷結合生成硫酸銅晶體，保持動態平衡，硫酸銅晶體的質量不變，但是其形狀會發生改變，D選項不合理。]
題號
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3．小柯在做制取硫酸銅晶體實驗時，將硫酸銅粉末緩緩加入裝有沸水的燒杯中，并不斷攪拌直至形成飽和溶液，冷卻至室溫，可以看到大量藍色晶體析出。在此過程中，下列分析正確的是(　　)
A．溶解度不變 B．溶液質量減小
C．溶質質量不變 D．溶質質量分數增大
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B　[溫度降低，硫酸銅的溶解度減小，A錯誤；冷卻至室溫，可以看到大量藍色晶體析出，溶液質量減小，B正確；溶質質量減小，C錯誤；溶質質量分數減小，D錯誤。]
題號
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4．跨學科實踐活動是同學們將理論與實踐相結合的有效載體，下列實驗是某學習小組進行的自制硫酸銅晶體實驗。過程如圖1所示，圖2為硫酸銅的溶解度曲線。結合圖示分析，正確的是(　　)
題號
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A．實驗②和實驗③溶液的溶質質量分數相等
B．實驗①所得飽和溶液中硫酸銅的質量小于60 g
C．從實驗②到實驗③溶液始終為飽和溶液
D．向實驗②中加入氫氧化鈣，會有紅褐色沉淀產生
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題號
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C　[由圖1可知，②中溶液是20 ℃時的硫酸銅的飽和溶液，③中溶液是40 ℃時的硫酸銅的飽和溶液，20 ℃時的硫酸銅的溶解度小于40 ℃時的硫酸銅的溶解度，則20 ℃時的硫酸銅飽和溶液的溶質質量分數小于40 ℃時的硫酸銅飽和溶液的溶質質量分數，即溶液的溶質質量分數：②＜③，A不符合題意；由圖2可知，80 ℃時，硫酸銅的溶解度約為60 g，即該溫度下100 g水中最多可溶解60 g硫酸銅，則該溫度下 200 mL 即200 g水中最多可溶解120 g硫酸銅，B不符合題意；實驗②到實驗③中溶液始終為飽和溶液，C符合題意；向實驗②中加入氫氧化鈣，氫氧化鈣與硫酸銅反應生成氫氧化銅和硫酸鈣，會產生藍色沉淀，D不符合題意。]
題號
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5．如圖所示，將一小塊形狀不規則的硫酸銅晶體浸入硫酸銅飽和溶液中，保持溫度不變，靜置一段時間。下列描述正確的是(　　)
A．硫酸銅溶液溶質質量分數減小
B．硫酸銅溶液中的溶質離子靜止不動
C．硫酸銅晶體形狀發生了變化
D．硫酸銅晶體表面的離子靜止不動
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題號
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C　[由于是硫酸銅的飽和溶液，因此加入的硫酸銅不能溶解，溶質質量分數不變，A不正確；硫酸銅溶液中的溶質離子是不斷運動的，B不正確；硫酸銅晶體形狀發生了變化，是因為硫酸銅晶體不斷溶解，溶液中的銅離子、硫酸根離子和水分子不斷結合生成硫酸銅晶體，保持動態平衡，C正確；硫酸銅晶體表面的離子仍然是不斷運動的，D不正確。]
題號
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6．某課外活動小組的同學們完成了自制硫酸銅晶體的實驗(不考慮水分蒸發)。通過觀察、分析、推理判斷，總結出的下列觀點中不正確的是(　　)
題號
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A．①中溶液為硫酸銅的飽和溶液
B．②→③過程中硫酸銅溶液的質量不變
C．①與④溶液的溶質質量分數相等
D．③→④過程中硫酸銅晶體逐漸變大
溫度/℃ 0 20 40 60 80
硫酸銅的溶解度/g 14.3 20.7 28.5 40 55
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題號
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B　[由題圖可知，20 ℃時，將30 g白色硫酸銅粉末加入 100 g 水中，有部分溶質未溶解，說明①中溶液為硫酸銅的飽和溶液，A正確；將溫度升高至60 ℃，60 ℃時，硫酸銅的溶解度為40 g，故30 g硫酸銅能全部溶解于100 g水中，形成的是不飽和溶液，將20 g藍色硫酸銅晶體放入溶液中，部分硫酸銅晶體溶于水中，硫酸銅溶液質量增加，B錯誤；靜置5天，降溫至20 ℃，20 ℃時，硫酸銅的溶解度為20.7 g，故①與④均為20 ℃時，溶液的溶質質量分數相等，C正確；③→④過程中，溫度降低，硫酸銅的溶解度減小，有硫酸銅晶體析出，故硫酸銅晶體逐漸變大，D正確。]
題號
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7．在實驗室里，采用____________方法制備晶瑩剔透的硫酸銅晶體。在制備“小晶體”的實驗過程中，要用______________把裝有硫酸銅溶液的燒杯圍起來靜置，使溫度緩慢下降。用細棉線把一塊幾何形狀完整的硫酸銅小晶體綁好，懸吊在已準備好的一杯約50毫升_____________________ ℃左右的硫酸銅飽和溶液里，線的另一端系在玻璃棒上，靜置過夜，即可讓晶體長大。
降溫結晶
布或棉花
高于室溫15 ℃～20 ℃
題號
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解析：硫酸銅的溶解度隨溫度升高顯著增大，制取晶體常采用冷卻熱飽和溶液的方法，所以在實驗室里，采用降溫結晶方法制備晶瑩剔透的硫酸銅晶體。在制備“小晶體”的實驗過程中，要用布或棉花把裝有硫酸銅溶液的燒杯圍起來靜置，使溫度緩慢下降。用細棉線把一塊幾何形狀完整的硫酸銅小晶體綁好，懸吊在已準備好的一杯約50毫升高于室溫15 ℃～20 ℃的硫酸銅飽和溶液里，線的另一端系在玻璃棒上，靜置過夜，即可讓晶體長大。
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8．在學習了溶液相關知識后，九年級項目小組開展了硫酸銅晶體的制備與生長實驗。項目小組向100 g的70 ℃熱水中加入80 g硫酸銅晶體，實驗過程如圖所示。
(1)若要將圖乙燒杯中多余的固體與溶液分離，則“？”處的操作是 ________。
過濾
題號
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(2)以下選項中，圖丙到圖戊過程中溶質的質量分數變化正確的是________(填字母)。
A　　　　　　　　B
C　　　　　　　　D
D
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(3)某物質的飽和溶液指的是一定溫度下，在一定溶劑里不能再溶解某種溶質的溶液。但小科在實驗中卻發現：硫酸銅飽和溶液從丁到戊的變化過程中，溫度不變，溶劑質量不變，燒杯底部的晶體卻在減少，飽和溶液難道還能繼續溶解溶質嗎？查閱資料獲悉：飽和溶液邊溶解溶質邊析出晶體，且溶質的溶解速率等于結晶速率，處于動態平衡。小科進一步實驗發現丁底部減少的晶體與戊棉線上析出的晶體質量相等。自然界中存在很多這樣的動態平衡，請你再舉一
題號
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個類似的動態平衡例子并加以說明：__________________________
__________________________________________。
血糖平衡、碳氧平衡、體內
水鹽平衡、生態平衡(答案合理即可)
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(4)已知硝酸鈉、硝酸鉀、食鹽的溶解度與溫度的關系如圖所示，則這三種物質中也可通過上述方法制備晶體的是__________________。
硝酸鈉、硝酸鉀
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9．我們的科學學習離不開實驗。
(1)進行硫酸銅晶體的制備和生長實驗，配制了某溫度時的硫酸銅熱飽和溶液，靜置、冷卻到室溫，觀察晶體的生長，如圖。能判斷原硫酸銅溶液已飽和的方法是________(填字母)。
A．觀察顏色，溶液藍色較深
B．溶液冷卻，有藍色晶體析出
C．加入硫酸銅晶體，晶體質量不變
D．蒸發少量水，有藍色晶體析出
C
題號
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(2)20 ℃時，要配制184 g溶質的質量分數為9.8%的稀硫酸，實驗室提供了溶質質量分數為98%的濃硫酸(密度為1.84 g·cm-3)，則需要用量筒量取98%濃硫酸多少毫升？
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解析：(1)觀察顏色，溶液藍色較深，不能說明溶液飽和，A不正確；溶液冷卻，有藍色晶體析出，不能說明冷卻前溶液飽和，是因為如果溶液不飽和，在冷卻過程中達到飽和，繼續冷卻會析出晶體，B不正確；加入硫酸銅晶體，晶體質量不變，說明硫酸銅不能繼續溶解，即溶液是飽和溶液，C正確；蒸發少量水，有藍色晶體析出，不能說明蒸發前溶液飽和，是因為如果溶液不飽和，在蒸發過程中達到飽和，繼續蒸發會析出晶體，D不正確。
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(2)設需要98%的濃硫酸的體積為x，由溶液稀釋前后溶質質量不變，則1.84 g·cm-3×98%×x＝184 g×9.8%，解得x＝10 cm3＝10 mL。
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答案：(2)10 mL

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