3.3 研究与实践 明矾晶体的制备-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修2 （人教版2019，鲁琼）

研究与实践　明矾晶体的制备 研究目的 在日常生活中，常见到色彩和外形都很漂亮的晶体。我们可以通过化学实验的方法制备晶体，学习用饱和溶液制备大晶体的方法。 研究任务 1．晶体生长过程的阶段 晶体生成的一般过程是先生成晶核，而后再逐渐长大，一般认为晶体在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；(3)生成阶段。 2．晶种：在结晶过程中加入的预先自成的晶核(晶体微粒)，可以使从晶核成长的晶体达到均匀一致，从而提高产品的质量。 3．制备明矾晶体的实验步骤 (1)在玻璃杯中放入比室温高10～20 ℃的水，并加入明矾晶体[KAl(SO4)2·12H2O]，用筷子搅拌，直到有少量晶体不能再溶解。此时得到的溶液为饱和溶液。 (2)待溶液自然冷却到比室温略高3～5 ℃时，把溶液倒入洁净的碗中，用硬纸片盖好，静置一夜。 (3)从碗中选取2～3粒形状完整的小晶体作为晶核。将所选的晶核用细线轻轻系好。 (4)把明矾溶液倒入玻璃杯中，向溶液中补充适量明矾，使其成为比室温高10～15 ℃的饱和溶液。待其自然冷却到比室温略高3～5 ℃时，把小晶体悬挂在玻璃杯中央(如下图左)，注意不要使晶核接触杯壁。用硬纸片盖好玻璃杯，静置过夜。 (5)每天把已形成的小晶体轻轻取出，重复第(4)项操作，直到晶体长到一定大小。 (6)将所得明矾晶体放进铬钾矾的饱和溶液中，使铬钾矾晶体[KCr(SO4)2·12H2O]在明矾晶体表面上生长，长到一定厚度后，再将所得晶体放到明矾饱和溶液中去，使铬钾矾晶体表面再覆盖一层明矾晶体。 结果与讨论 1．明矾晶体的颜色和外形。 答案　明矾是无色透明的晶体，呈八面体形状。 2．在上述实验中，为什么所用仪器都要用蒸馏水洗净？用硬纸片盖好玻璃杯的目的是什么？ 答案　若仪器不干净或尘埃落入，都会干扰结晶。 3．为什么晶种一定要悬挂在溶液的中央位置？ 答案　晶种若离烧杯底部太近，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。 4．试讨论快速制备明矾晶体的条件。 答案　(1)溶液一定要用饱和溶液，若溶液不饱和，则结晶速度很慢。 (2)溶剂应用蒸馏水，不能用自来水。因自来水里含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，应自然冷却。快速冷却虽能够得到晶体，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，这样不利于大晶体的生长。 1．某化学兴趣小组制备明矾大晶体流程如图： 步骤Ⅲ，选出在制备规则明矾大晶体过程中合理的操作并排序________________(填序号)。 ①迅速降至室温　②用玻璃棒摩擦器壁　③配制90 ℃的明矾饱和溶液　④自然冷却至室温　⑤选规则明矾小晶体并悬挂在溶液中央　⑥配制高于室温10～15 ℃的明矾饱和溶液 答案　⑥⑤④ 解析　步骤Ⅲ中在制备规则明矾大晶体过程中，需要配制高于室温10～15 ℃的明矾饱和溶液，选规则明矾小晶体并悬挂在溶液中央，自然冷却至室温，让明矾小晶体逐渐长大。 2．将一定浓度的硝酸钠和氯化钾混合溶液加热至沸腾，有晶体A析出，趁热过滤，分离出晶体A。将上述滤液冷却至室温，又有晶体B析出。 (1)晶体A的主要成分是________________，含有的少量杂质是________________，要除去晶体A中的少量杂质的方法是_______________________________________________________。 (2)晶体B的主要成分是________________，含有的少量杂质是________________。 (3)用少量热水淋洗晶体也是一种除去晶体中少量杂质的方法，这种方法适用于晶体______________(填“A”或“B”)。 答案　(1)NaCl　KNO3　加少量水溶解再进行热过滤(蒸发结晶)　(2)KNO3　NaCl　(3)A 解析　将硝酸钠和氯化钾溶液混合后，溶解度小的氯化钠首先达到饱和而析出；趁热过滤后的滤液中主要含有大量的K＋和NO。将上述滤液冷却至室温，又会有溶解度受温度变化影响大的KNO3晶体析出。 3．某化学实验小组用AlCl3溶液制备明矾晶体[KAl(SO4)2·12H2O]。实验过程如下： (1)配制AlCl3溶液 (2)分离提纯AlCl3 用如图所示装置制备HCl气体，并通入AlCl3溶液中使AlCl3·6H2O晶体析出，从而与可溶杂质分离。 ①与分液漏斗相比，仪器a的优点是____________________。 ②通入HCl的作用是抑制AlCl3水解和________________。 ③洗涤时，合适的洗涤剂是________________。 ④为得到纯净的AlCl3·6H2O，宜采用的干燥方式是_________________________________。 (3)明矾的制备 将AlCl3·6H2O加热溶解，同时加入过量K2SO4固体，再经过________________、________________、洗涤、干燥即可得到KAl(SO4)2·12H2O。 答案　(2)①平衡气压，使液体顺利流下　②增加c(Cl－)，有利于AlCl3·6H2O结晶　③饱和氯化铝溶液　④减压干燥(或低温干燥)　(3)冷却结晶　过滤　 解析　(2)②通入HCl可以抑制AlCl3水解，增大了溶液中氯离子浓度，可以降低AlCl3溶解度，使其以AlCl3·6H2O晶体形式析出。③洗涤时，为了减少AlCl3·6H2O晶体的损失，由于AlCl3·6H2O易溶于水、乙醇及乙醚，应该选择饱和氯化铝溶液进行洗涤。④AlCl3·6H2O晶体受热易分解，为得到纯净的AlCl3·6H2O，可以采用的干燥方式是低温干燥或减压干燥。(3)将AlCl3·6H2O加热溶解，同时加入过量K2SO4固体，再经过冷却结晶、过滤、洗涤、干燥即可得到KAl(SO4)2·12H2O。 学科网（北京）股份有限公司 $$