快速制备明矾大晶体的条件探究

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本文在运用冷却热饱和溶液的方法得到明矾晶体的基础上,进一步探究出了促进明矾大晶体生长的一系列条件,缩短实验时间,便于课堂演示。

关键词:明矾晶体;过饱和溶液;温差;条件;探究

一问题的提出

明矾晶体生长条件的实验作为高中课堂演示实验,由于晶体生长速度太慢,而许多学校实验条件有限,有些虽然能长出规则的明矾大晶体,但所用的时间太长,学生不能观察到生长的过程,影响了学生对晶体形成过程的认识事物的能力的发展。基于此,作者决定探究一系列实验条件,使得这个实验成为课堂的演示实验,加深学生对晶体生长的过程的直观认识。二探究的过程

(一)实验的理论基础。晶体有一定的几何外形,有固定的熔点,有各向异性等特点,而无定形固体不具有上述特点。晶体生成的一般过程是先生成晶核,而后再逐渐长大。一般认为晶体从液相或气相中的生长有三个阶段:①介质达到过饱和、过冷却阶段;②成核阶段;②生长阶段。晶体在生长的过程中要受外界条件的影响,如涡流,温度,杂质,粘度,结晶速度等因素的影响。晶体生长的方法有多种,对于溶液而言,只需蒸发掉水分就可以;对于气体而言,需要降低温度,直到它的凝固点;对于液体,也是采取降温方式来变成固体。因为明矾的溶解度受温度的影响很大。所以本文主要采用的是降温法,重结晶得到明矾大晶体,即是冷却热饱和溶液的方法。

(二)实验仪器和实验药品:酒精灯,铁架台,托盘天平,铁丝,铜丝,玻璃棒,石棉网,漏斗,温度计,烧杯,量筒,棉线。自来水,蒸馏水,明矾。

(三)实验步骤:

1、晶体载体的选择。量取30ml水加热到90℃,在加热的过程中把明矾溶解在里面,直到形成饱和溶液,停止加热。这时将铜丝弯成螺旋状,作为载体,随着温度的下降,可观察到铜丝的表面覆盖了一层明矾小晶体,也即是沉底晶体,并不能得到规则的大晶体。用铁丝也得到同样的结果。相反,选择规则的明矾小晶体作为晶核,则得到规则的大晶体,而且晶核越小,长出的晶体形状越规则。未采用晶核时,晶体生长速度更慢,经过了三天两夜才长出黄豆大小的晶体,

2、溶液的选择。为了确保溶液是饱和溶液,根据明矾在90℃时的溶解度,称取一系列一定量的明矾,一定体积的自来水或蒸馏水,将明矾溶解到水中,加热到90℃,选取规则小晶种,采用不同的冷却方法,进行实验。

(表2)

实验结果:最后一次的实验能快速得到晶形规则的晶体,用自来水得到的晶体不如蒸馏水的晶体规则。

通过以上实验可以得出:

(1)溶液一定要时饱和溶液,若是不饱和溶液,尽管降低了温度,结晶速度仍然很慢。(2)溶剂应用蒸馏水。因为自来水里含有其他金属离子及杂质,会影响晶体的生长速度和形状。

(3)冷却热饱和溶液时,应该自然冷却。快速冷却时能够得到晶体,但属于沉底,细小晶体,得不到大晶体。温度下降得越快,晶体越小。

(4) 溶液一定要纯净,里面若含有杂质,就在溶液中形成多个晶核,显然不利于大晶体的生长。重复使用的溶液中难免会带有杂质。

3、温度的选择。配制相同浓度的明矾溶液,所用仪器均用蒸馏水洗涤,称取64.7g明矾,溶解到60ml蒸馏水中,选用相同大小的规则沉底晶体作为晶种(对角线长度约为2mm),加热到不同温度时再自然冷却,如表3所示。

三、结论。通过以上所有的实验操作以及所得的数据结果,可以得到明矾晶体的快速生长的

条件,实验操作步骤为:称取约60g明矾,量取60ml蒸馏水,倒入100ml烧杯中,将明矾溶解于水,边搅拌边加热,加热到90℃。选择晶形规则的晶体作为晶种,用棉线拴住,待溶液温度约下降5-6℃,再将其吊在上方,使得晶体处于溶液中的中心位置。30分钟后,就会很明显的观察到,约有1cm3大小的规则的八面体结构的明矾晶体出现。且在此过程中,每隔几分钟,就可以观察晶体的大小明显的变化。

四、存在的问题讨论

1、所用仪器,烧杯,量筒,玻璃棒等均要用蒸馏水洗净;

2、晶种一定要悬挂在溶液的中心位置,若离烧杯底部太近,由于有沉底晶体生成,会与晶体长在一起。同样,若离溶液表面太近,或靠近烧杯壁,都会产生同样的结果,使得晶体形状不规则。

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