无机晶体制备方法

晶体的制备方法

厦门大学附属实验中学

组长：高一（7）班艾宇旸

组员：高一（3）班方鸿浩

指导老师：张高豪

引言：对结晶操作的要求是制取纯净而又有一定粒度分布的晶体。溶质从溶液中析出的过程，可分为晶核生成（成核）和晶体生长两个阶段，两个阶段的推动力都是溶液的过饱和度（结晶溶液中溶质的浓度超过其饱和溶解度之值）。一般来说，晶体的形成有几种方法：⑴恒温蒸发，减少溶剂。⑵降低温度，或改变溶剂的组成，以降低溶质在溶剂中的溶解度。⑶在饱和溶液中通过化学反应使溶质增加，并以结晶形式析出。若要制取单晶，则工序更加复杂。但中学教材中除了在《实验化学》中介绍了冷却结晶外，其它方法均未详细介绍，实为遗憾。

制备晶体在实际操作中却有许多不易之处，更有不少细节与问题需要注意和探究。为了深入了解晶体的有关知识，弥补此方面资料较少的遗憾，也为提高探究能力，本次研究性学习将通过实验，探究晶体的制备方法。

实验目的：探究用①蒸发结晶②冷却结晶③直接反应结晶④混合溶剂结晶

⑤微调法结晶（制难溶物结晶）五种方法制得结晶。

实验用品：铁架台、漏斗、烧杯、广口瓶、玻璃棒、滤纸、三脚架、细丝、吸管、过硫酸铵、硫酸亚铁、硫酸铵、酒精、水（以十二水合硫酸铁铵、六水合硫酸亚铁铵为例，以下简称硫酸铁铵、硫酸亚铁铵）。

一、蒸发结晶

此法的原理是恒温蒸发溶剂，使结晶析出。为析出粒度大小合适的晶体，需先培养出晶核，再进一步培养使晶体长大。若无晶核，既不能用悬挂法结晶（见下），放置法析出的晶体大小也会受限。这是我们在多次实验中总结出的经验。

1、配置热饱和溶液

取合适烧杯数个（容量依欲制的晶体量而定，一般100mL~250mL即可），计算药品量并称取相应药品。由于市售无水硫酸铁溶解很慢，我们使用了过硫酸铵与七水合硫酸亚铁反应来制取硫酸铁铵。称量（NH4）2S2O8 11.5克，FeSO4·7H2O 27.8克，混合。

反应方程式：

（NH 4）2S 2O 8+2FeSO 4·7H 2O+10H 2O ==== 2NH 4Fe(SO 4)2·12H 2

O

加入少量水，溶液变为浑浊（Fe 3+水解）的棕黄色。加热，用玻璃棒搅拌，并慢慢加水，直至溶液澄清。加入少量硫酸，趁热过滤。在漏斗上盖上表面皿，防止过滤时因降温使晶体在漏斗中析出（滤纸折法见下），静置，让烧杯中的溶液自然降温析出晶体。

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

（硫酸亚铁铵制法同上）

2、过滤溶液，选出晶核

取一个铁架台(选择底部较为平整的铁架台，使其可以平稳地静止在实验台上)。放置漏斗，并调节好高度，接着是关键的步骤：折滤纸。经过老师建议和我们的实验发现，菊花状的折法会比常规折法的滤纸过滤速度更快，所以，我们选择了伞状折法，下面为具体步骤：

（1）将滤纸对折两次 （2）展开后再将两端向内折

（3）展开后将两端依次折到每一条折痕处 （4）重复以上步骤

图10

图11 图12 图8

图

9

（5）直到可见16条折痕时即可 （6）沿折痕叠起，将两边纸分开可得成品

滤纸折完后将其翻转（使折滤纸时手指沾到的一面处在内侧，以免污染滤液），将其放在漏斗中，用玻璃棒引流将底部结有结晶的饱和溶液小心地倒入其中过滤，液面不超过滤纸边缘。当溶液过滤完后，剩下的结晶迅速用少量的水洗涤一遍，把水倒干净，用玻璃棒搅动烧杯底部的晶体，使其松动，并用玻璃棒稍稍敲碎，使其方便被取出。在其中选出完整的单晶（若与其它晶体有少量粘连，可用洁净的镊子将粘连的小晶体掰去）作为晶种。之后，用少许水洗涤数次（一般晶体用95%酒精或其它易挥发的无毒有机溶剂洗涤，但硫酸铁铵溶液遇酒精产生大量棕黄色沉淀，不宜用酒精洗涤），将烧杯中的晶体用玻璃棒转移到干净滤纸上，待表面的液体蒸发干后装瓶。

3、放置晶核

（1）将晶核直接放入饱和溶液中。将该烧杯静置并尽量避免震荡。盖上表面皿，防止灰尘掉入，待溶剂自然蒸发。然而，在实验中发现即使操作完全正确，烧杯底部也易产生大量细小晶体，将会与晶核结合，得不到单晶。所以需每天观察，发现此种情况应取出晶核重新过滤，较为麻烦。

（2）悬吊晶种。用此种方法不用保持溶液的绝对干净，但需注意悬线的选择。应选择尽量细的，直径不大于头发的直径为好，长度需取适中。一开始我们选择了纯铜丝，悬挂硫酸亚铁铵晶体。但悬挂三天后，铜丝断裂。可能因亚铁离子被氧气氧化为铁离子使铜丝溶解，且若溶液和铜反应（硫酸铁铵、氯化铁铵等）也不宜用铜丝悬挂。最后我们用极细的漆包线

刚放入烧杯的晶核

（

底部的杂质在烧杯外壁）

图13

图14

图

15

或头发(头发在硫酸铁铵等强腐蚀性物质的溶液中易断裂，只可短时间使用；且不宜用纺织线，因毛细作用吸附溶液，难成单晶），将晶种悬于溶液正中央。由于晶种的体积不大且较为脆弱，所以在绑晶种的时候必须格外细心。在绑晶体前，需将手洗净并擦干，若要制作重金属盐等危险的晶体，应戴上手套，以保证安全。绑好后，取一根合适长度的吸管，将悬线缠绕绑紧在吸管中端处，平稳地架在烧杯口，使晶种居中浸泡在饱和溶液中。这样即使烧杯底部有晶体析出也不影响结晶。

4、静置蒸发溶剂

将溶液放置于灰尘少，阴凉的地方，如果放置在有阳光直射的地方，晶体会因溶液温度上升而部分甚至全部溶解。蒸发结晶时晶体的大小与时间成正比，而且由于室温下溶剂蒸发较慢，时间会明显长于降温结晶，但是其质量会高于降温结晶。

5、成品结晶处理

结晶长到合适大小时取出，用滤纸吸干表面的水分，放入塑料自封袋中保存，防止风化。

（左为硫酸铁铵正在结晶

右

为硫酸亚铁铵正在结晶）

上为硫酸亚铁铵晶体

下为硫酸铁铵晶体

图16

图18

图17