跨学科实践活动6 制备五水硫酸铜晶体（教学课件）化学新教材鲁教版九年级下册

该初中化学课件聚焦五水硫酸铜晶体的制备，核心围绕溶解度曲线的降温结晶原理。课堂导入通过晶体美感提问引发兴趣，连接已学溶解度知识，以小组讨论、资料查阅为支架，引导学生从原理分析到方案设计，构建“问题-探究-实践”的学习脉络。 其亮点在于融合科学探究与实践、科学思维核心素养，通过溶解度数据计算（如60℃时50mL水需42g溶质）、梯度降温法控温等实例，培养学生实验设计与变量控制能力。交流反思环节针对自来水杂质、漏斗未预热等问题提出改进，强化严谨态度，既提升学生探究技能，又为教师提供可操作的跨学科实践教学方案。

第八单元 海洋化学资源的利用 跨学科实践活动5 制备五水硫酸铜晶体 九年级化学 下册·鲁教版2024 学习内容导览 交流反思 2 制备五水硫酸铜晶体 1 2 明·学习目标 1.通过分析五水硫酸铜的溶解度曲线与数据，学生能明确降温结晶的适用依据，掌握饱和溶液的配制计算及操作，深化对饱和 / 不饱和溶液转化、结晶方法选择的化学概念理解。 2.在自主设计并实施晶体制备方案的过程中，学会控制实验变量（如杂质、降温速率），提升实验操作、方案优化的实践能力，体会科学探究的严谨性与系统性。 3.结合晶体的结构美感与制备实践，感知化学与艺术的融合价值，通过成果展示与反思交流，增强跨学科实践的兴趣，提升实验报告撰写与总结反思的能力。 3 引·新课导入 精巧的结构、规则的外形、绚烂的色彩、晶莹的光泽……这些美轮美奂的晶体，如同化学给予我们的瑰宝。 普通的硫酸铜粉末，怎么能变成像蓝色宝石那样规则又漂亮的晶体？为什么有的晶体长得歪歪扭扭，有的却能呈现出精致的形状？同样是溶解硫酸铜，温度不同，能溶解的量为什么会差那么多？ 今天我们就带着这些问题，亲手尝试制备五水硫酸铜晶体，从实验里找答案，看看溶液、温度和晶体之间藏着怎样的秘密！ 制备五水硫酸铜晶体 01 探·知识奥秘 一、制备五水硫酸铜晶体 明确任务 许多同学欣赏和喜爱化学都是从看到晶体的那一瞬间开始的。在本次实践活动中，你将运用化学、物理等相关知识，以硫酸铜溶液为原料，自己动手制备五水硫酸铜晶体。 制备五水硫酸铜晶体的原理是什么？需要哪些已学知识储备？ 小组思考并讨论，提出我们需要思考的问题，并思考根据这些问题，我们需要做哪些准备或需要哪些资料做实验支持。 6 探·知识奥秘 明确任务 一、制备五水硫酸铜晶体 根据溶解度曲线图，要制备五水硫酸铜晶体需采取蒸发结晶还是降温结晶的方法？如何进行实验操作？ 观察硝酸钾的溶解度曲线，可以看出硝酸钾和五水硫酸铜的溶解度受温度的影响较大。 对于这样的物质，可采取冷却热饱和溶液的方法，使溶质从溶液中结晶析出，这种方法 称为降温结晶。 7 探·知识奥秘 明确任务 一、制备五水硫酸铜晶体 如图所示，五水硫酸铜晶体可以形成单颗的晶体或不同形状的图案，你喜欢哪种？查阅相关资料，了解相应的制备操作。 查阅资料：五水硫酸铜的结晶方法 一、直接结晶法 1.准备材料：五水硫酸铜粉末、蒸馏水、烧杯、玻璃棒、滤纸、漏斗、培养皿。 2. 配制饱和溶液：在烧杯中加入适量蒸馏水，加热至沸腾。缓慢加入五水硫酸铜粉末，边加边搅拌，直至溶液不再溶解，形成高温下的饱和溶液。 3. 过滤溶液：趁热将饱和溶液通过滤纸过滤，去除未溶解的杂质，得到澄清的热饱和溶液。 4. 静置结晶：将过滤后的溶液倒入培养皿中，盖上干净的滤纸或保鲜膜，防止灰尘落入。将培养皿放置在通风良好、温度稳定的地方，自然冷却至室温。随着温度降低，溶液中的五水硫酸铜会逐渐结晶析出。 5. 收集晶体：待结晶完成后，用镊子或玻璃棒将晶体从培养皿中取出，放在滤纸上吸干表面水分。 8 探·知识奥秘 明确任务 一、制备五水硫酸铜晶体 查阅资料：五水硫酸铜的结晶方法 二、晶种培养法 1. 准备材料：五水硫酸铜粉末、蒸馏水、烧杯、玻璃棒、滤纸、漏斗、细线、培养皿。 2. 制备饱和溶液：同方法一的步骤2，配制高温下的五水硫酸铜饱和溶液。 3. 过滤溶液：趁热过滤，得到澄清的热饱和溶液。 4. 制作晶种：在培养皿中倒入少量饱和溶液，自然冷却至室温，让溶液中自然析出一些小晶体。将这些小晶体用细线系好，作为晶种。 5. 培养晶体：将晶种悬挂在新的饱和溶液中（溶液需保持高温），确保晶种不与容器底部接触。缓慢冷却溶液，晶体会在晶种上逐渐生长。根据所需晶体大小，控制冷却时间和溶液浓度。 6. 收集晶体：待晶体生长到合适大小，取出晶种，用滤纸吸干表面水分。 9 探·知识奥秘 明确任务 一、制备五水硫酸铜晶体 查阅资料：五水硫酸铜的结晶方法 三、从含铜废料制备 1.准备材料：含铜废料（如废铜屑、铜矿石等）、稀硫酸、氢氧化钠溶液、蒸馏水、烧杯、玻璃棒、滤纸、漏斗、蒸发皿、酒精灯。 2. 酸浸：将含铜废料加入烧杯中，加入适量稀硫酸，加热并搅拌，使铜与硫酸反应生成硫酸铜溶液。反应方程式：Cu+H2SO4=CuSO4+H2↑（若含铜废料中含氧化铜，反应为CuO+H2SO4=CuSO4+H2O）。 3. 过滤：待反应完全后，过滤除去不溶性杂质，得到硫酸铜溶液。 4. 除杂：向滤液中加入适量氢氧化钠溶液，调节溶液pH至3.5-4.5，使铁离子等杂质生成氢氧化物沉淀，过滤除去。 5. 蒸发浓缩：将除杂后的溶液倒入蒸发皿中，加热蒸发浓缩，至溶液表面出现晶膜。 6. 冷却结晶：停止加热，让溶液自然冷却至室温，五水硫酸铜晶体析出。 7. 洗涤干燥：过滤晶体，用少量蒸馏水或无水乙醇洗涤，去除表面杂质，然后在低温下干燥。 10 探·知识奥秘 设计方案 一、制备五水硫酸铜晶体 晶体的形成和生长是非常复杂的过程，需要严谨地对待结晶的每一个环节。请根据不同温度下五水硫酸铜（CuSO4·5H2O）的溶解度数值，认真思考下列问题，并选择相应的实验用品，设计制备五水硫酸铜晶体的实验方案。 不同温度下五水硫酸铜的溶解度 温度/℃ 0 10 20 30 40 50 60 100 溶解度/g 23.1 27.5 32 37.8 44.6 61.8 83.8 114 五水硫酸铜溶解度随温度变化较大，制备五水硫酸铜晶体的核心原理为降温结晶。 11 探·知识奥秘 设计方案 一、制备五水硫酸铜晶体 通常选择40-60℃的热水溶解硫酸铜固体。此温度范围能使硫酸铜快速溶解，形成高温饱和溶液，且避免因温度过高导致溶液过度蒸发或晶体分解。 结合溶解度表，计算 60℃时，在50mL水中至少加入多少五水硫酸铜才能得到饱和硫酸铜溶液？ 60℃时溶解度为83.8g/100g水，因此50mL水（≈50g）需加入CuSO4·5H2O的质量为： 结论：需加入至少42g五水硫酸铜才能配成60℃的饱和溶液。 83.8g 100g ×50g=41.9g 12 探·知识奥秘 设计方案 一、制备五水硫酸铜晶体 灰尘和杂质的掺入可能会阻碍结晶的正常形成。为此，在实验过程中应注意哪些问题？ 向试管中滴加氢氧化钠溶液，再滴加 2 滴酚酞试液并振荡，观察到溶液变为红色。变为红色。 实验用品的预处理：提前将烧杯、玻璃棒、漏斗等仪器用蒸馏水冲洗 2-3 次，确保内壁无残留杂质；若仪器曾接触其他试剂，需用稀硫酸浸泡后再彻底清洗，避免引入其他离子影响晶体纯度。 向试管中滴加氢氧化钠溶液，再滴加 2 滴酚酞试液并振荡，观察到溶液变为红色。变为红色。 原料与溶剂的选择：优先使用分析纯级别的五水硫酸铜固体，避免工业级原料中的杂质；溶剂选用蒸馏水而非自来水，防止自来水中的钙、镁离子或余氯混入溶液，同时称量药品时用干净的药匙，避免药品接触桌面或其他污染物。 向试管中滴加氢氧化钠溶液，再滴加 2 滴酚酞试液并振荡，观察到溶液变为红色。变为红色。 实验过程的封闭操作：配制溶液和结晶过程中，用干净的表面皿或滤纸盖住烧杯口（不要完全密封，留少量空隙透气），既防止空气中的灰尘落入，又避免溶液过度挥发；转移溶液时用玻璃棒引流，减少溶液与烧杯外的接触。 向试管中滴加氢氧化钠溶液，再滴加 2 滴酚酞试液并振荡，观察到溶液变为红色。变为红色。 结晶环节的环境控制：将结晶用的烧杯放在清洁、无风的实验台区域，避免靠近门窗或扬尘较多的位置；若需要放置晶种，晶种需提前用蒸馏水冲洗并擦干，确保表面无杂质，防止晶种表面的污染物成为 “不良晶核” 干扰结晶。 13 探·知识奥秘 设计方案 一、制备五水硫酸铜晶体 在降温结晶时，如果降温过快可能会导致结晶不均匀、不规则。如何实现缓慢地降温？ 将盛有热饱和硫酸铜溶液的烧杯（加盖表面皿，留少量透气空隙）先放在室温下的保温容器中（如泡沫塑料盒、烧杯外套保温棉），利用保温材料减缓热量散失，实现初步缓慢降温（1-2小时内温度从60℃降至 30℃左右）；待溶液温度接近室温后，再将其转移到阴凉通风处（避免空调直吹或风扇吹拂），自然降至室温。该方法无需特殊仪器，能有效避免室温与溶液温差过大导致的降温过快。 01 梯度环境降温法（最易操作） 准备一个较大的烧杯，加入 30-40℃的温水（温度比热饱和溶液低 10-15℃），将盛有硫酸铜溶液的小烧杯放入温水中（注意小烧杯底部不接触大烧杯底部，避免局部过热），形成 “温水浴缓冲层”。随着温水自然散热，小烧杯内溶液温度会跟随温水缓慢下降；若降温速率仍过快，可每隔10分钟向大烧杯中补充少量温水，维持缓冲温度，确保降温平稳。 02 水浴缓冲降温法（控温精准) 14 探·知识奥秘 设计方案 一、制备五水硫酸铜晶体 小组内交流讨论，根据以上资料及关键信息，设计制备五水硫酸铜晶体的实验方案。 实验准备 除杂控污，奠定基础 配制热饱和溶液 关键控温，确保溶解充分 初步降温，培养晶核 缓慢降温，促进规则晶核形成 二次结晶，培养大晶体 优化条件，获得规则晶体 晶体收集与干燥 轻柔操作，保护晶体形态 实验步骤 15 探·知识奥秘 实验步骤 一、制备五水硫酸铜晶体 1.实验准备（除杂控污，奠定基础） 仪器：自来水；酒精灯、烧杯、天平、药匙、量筒、玻璃棒、温度计、水槽、滤纸、漏斗、铁架台、陶土网、细线、保鲜膜等。 药品：分析纯五水硫酸铜固体、蒸馏水 预处理：将所有玻璃仪器用蒸馏水冲洗 2-3 次，烧杯加盖备用；称量42g 五水硫酸铜固体（精准至 0.1g），避免药品接触桌面或污染物。 16 探·知识奥秘 实验步骤 一、制备五水硫酸铜晶体 2.配制热饱和溶液（关键控温，确保溶解充分） 向烧杯中加入60mL 蒸馏水，置于陶土网上用酒精灯加热，边加热边用玻璃棒搅拌，直至水温升至 60-70℃（用温度计监测）。 缓慢加入称量好的五水硫酸铜固体，持续搅拌至完全溶解；若有少量不溶杂质，立即用漏斗和滤纸进行趁热过滤，将滤液收集到另一个干净烧杯中（过滤时漏斗需预热，避免滤液降温析出晶体）。 过滤后若滤液浑浊，可重复过滤一次，确保溶液纯净。 17 探·知识奥秘 实验步骤 一、制备五水硫酸铜晶体 3.初步降温，培养晶核（缓慢降温，促进规则晶核形成） 用干净的表面皿盖住滤液烧杯口（留少量空隙透气），将烧杯放入泡沫塑料盒或包裹保温棉，置于清洁、无风的实验台，自然降温至室温（约 2-3 小时），期间切勿移动或搅拌溶液。 待溶液冷却后，烧杯底部会出现细小的蓝色晶体（晶核），若未出现晶核，可轻轻刮擦烧杯内壁或加入一粒细小的五水硫酸铜晶体作为晶种。 4.二次结晶，培养大晶体（优化条件，获得规则晶体） 小心倒出烧杯中上层未结晶的溶液（母液），保留底部的晶核；若晶核较多，可挑选形状较规则的 1-2 粒作为优质晶种，其余去除。 重新配制少量 60℃的五水硫酸铜热饱和溶液，冷却至 40℃后，将晶种放入溶液中，再次用表面皿盖住烧杯口，置于保温环境中缓慢降温（可采用水浴缓冲法，见前文），持续结晶 12-24 小时（若课堂时间有限，可改为课后持续培养）。结晶过程中避免触碰烧杯，防止溶液对流导致晶体变形。 18 探·知识奥秘 实验步骤 一、制备五水硫酸铜晶体 5.晶体收集与干燥（轻柔操作，保护晶体形态） 当晶体生长至合适大小（约 0.5-1cm）时，用干净的玻璃棒轻轻取出，放在铺有滤纸的表面皿上。 用少量蒸馏水快速冲洗晶体表面残留的母液，然后用滤纸轻轻吸干水分（切勿用力擦拭，避免破坏晶体结构）。 将干燥后的晶体放在干燥、清洁的容器中密封保存，避免灰尘污染或受潮。 进行实验 1.依据你设计的实验方案，小组合作或独立完成五水硫酸铜晶体的制备。 2. 相互展示各自制备的五水硫酸铜晶体，交流制备的经验，并对自己和他人的产品进行评价，提出相应的改进建议。 3. 进一步修改和完善晶体制备方案和操作细节，并重新制作五水硫酸铜晶体。 19 探·知识奥秘 实验记录 一、制备五水硫酸铜晶体 姓名：________  班级：________  实验日期：____年__月__日  小组编号：________ 实验核心条件：晶种状态（□自制晶核 □人工晶种）  保温方式（□泡沫盒保温 □水浴缓冲 □其他：________） 观察时间 溶液温度（℃） 晶体形态特征 异常现象分析 操作记录/调整措施 记录人 初始状态（0h） 时 分 热饱和溶液温度： 室温：_____ 晶种：□无 □有（形状：________ 大小：________ 颜色：________） 溶液：□澄清 □浑浊 完成溶液配制，加盖放置于________环境   培养1h 时 分 溶液温度：________ 环境温度：________ 晶体：□未出现 □少量晶核（数量：________ 分布：________） 溶液：□澄清 □有絮状物 □未调整 □调整：________   培养3h 时 分 溶液温度：________ 环境温度：________ 晶体：形状________ 大小（长×宽×高）：________mm 颜色：______表面：□光滑 □粗糙 □未调整 □调整：________   培养6h 时 分 溶液温度：________ 环境温度：________ 晶体：形状________ 大小（长×宽×高）：________mm 生长方向：________ 与烧杯壁：□粘连 □不粘连 □未调整 □调整：________   培养12h 时 分 溶液温度：________ 环境温度：________ 晶体：形状____大小（长×宽×高）：______mm 颜色深浅：_____ 晶体数量：________ □未调整 □调整：________   培养24h(终态) 时 分 溶液温度：________ 环境温度：________ 晶体：最终形状________ 大小（长×宽×高）：________mm 完整性：□完整 □残缺 溶液：□剩余少量 □基本结晶 完成晶体收集，□冲洗 □吸干 □密封保存   20 探·知识奥秘 实验总结与反思 实验总结与反思（100字左右） 1. 晶体生长的关键影响因素：________   2. 本次实验的成功经验：________   3. 待改进之处及改进方法：________ 教师评价：________  评价日期：____年__月__日 一、制备五水硫酸铜晶体 用放大镜观察初始结晶现象，填写《晶体生长记录表》（包括温度变化、晶体形态、异常现象）。 （课后24小时后）各组展示晶体，从“颜色、形状、透明度”三个维度评价；并填写实验总结与反思记录表。 21 交流反思 02 探·知识奥秘 二、交流反思 常见问题 在实验过程中由于各种原因可能会产生许多问题，针对这些问题，我们应注意哪些实验操作或如何改进？ 加热时温度过高，局部溶质过热分解出现黑色氧化铜 漏斗未预热，热溶液接触冷漏斗壁，瞬间降温结晶，堵塞滤纸孔隙，导致过滤中断 用棉线绑晶种（棉线易附着杂晶）、晶种接触烧杯壁或液面，晶种与烧杯壁粘连，晶体生长受限，或表面滋生杂晶 控制温度，不断搅拌 过滤前漏斗预热 重新捆绑，调整位置 用自来水代替蒸馏水溶解溶质，晶体表面浑浊、出现白色杂点，无法形成透亮晶体。 严格使用蒸馏水 23 探·知识奥秘 二、交流反思 安全与环保注意事项 安全/环保风险点 易错操作 规范操作 烫伤风险 直接用手触碰加热后的烧杯、漏斗 全程用坩埚钳夹取热容器，戴隔热手套 药品污染 称量时溶质洒落，未及时清理 洒落的五水硫酸铜用湿抹布擦拭，放入专用“固体废弃物烧杯”，不可倒入下水道 废液处理 实验后溶液直接倒掉 所有废液倒入班级统一的“硫酸铜废液桶”，用于后续回收利用 24 探·知识奥秘 二、交流反思 尝试用相同方法制备其他晶体（如明矾晶体），对比其形态差异 拓展学习 蓝晶背后的实用价值——五水硫酸铜的双重使命 在化学实验室的试剂架上，那些规则的蓝色晶体格外醒目，它们便是五水硫酸铜晶体，俗称“蓝矾”。这抹清澈的蓝色背后，藏着农业与工业领域的实用价值。 农业中，五水硫酸铜是守护作物的“健康卫士”。其溶解后释放的铜离子能破坏真菌细胞结构，抑制孢子萌发，是经典杀菌剂的核心成分。果农常用它配制波尔多液，喷洒在葡萄、柑橘等果树上，有效防治霜霉病、炭疽病等病害，减少农药残留的同时保障产量，为绿色农业助力。 工业舞台上，它则成为电镀行业的“调色师”。电镀铜时，五水硫酸铜溶液作为电解质，能让铜离子均匀附着在金属工件表面，形成致密的铜镀层。这种镀层不仅能美化外观，还能增强工件的耐磨性与抗腐蚀性，广泛应用于电子元件、五金配件的加工生产。 这颗小小的蓝色晶体，从田间到车间，用化学特性书写着实用篇章。 25 理·核心要点 核心原理 五水硫酸铜溶解度随温度变化较大，采用降温结晶法（冷却热饱和溶液）使溶质结晶析出 主要制备方法 1. 直接结晶法：配制高温饱和溶液→趁热过滤→静置结晶→收集晶体； 2. 晶种培养法：配制饱和溶液→过滤→制作晶种→悬挂晶种培养→收集晶体； 3. 从含铜废料制备：酸浸→过滤→除杂→蒸发浓缩→冷却结晶→洗涤干燥 关键实验条件 1. 温度：溶解温度40-60℃，结晶需缓慢降温（采用梯度环境降温法或水浴缓冲降温法）； 2. 纯度控制：仪器用蒸馏水冲洗2-3次，选用分析纯药品与蒸馏水，实验过程封闭防污染； 3. 晶种：挑选规则小晶体作为晶种，避免接触容器壁 实验步骤 1. 实验准备：仪器预处理、药品称量； 2. 配制热饱和溶液：加热蒸馏水至60-70℃，溶解药品后趁热过滤； 3. 初步降温培养晶核：保温环境缓慢降温至室温，形成晶核； 4. 二次结晶培养大晶体：挑选优质晶种，放入40℃饱和溶液中继续缓慢降温结晶12-24小时； 5. 晶体收集与干燥：取出晶体，蒸馏水冲洗后吸干水分，密封保存 常见问题及解决方法 1. 晶体表面浑浊：改用蒸馏水配制溶液； 2. 溶质分解出现黑色物质：控制加热温度，持续搅拌； 3. 过滤时滤纸堵塞：过滤前预热漏斗； 4. 晶体粘连或滋生杂晶：改用洁净细线绑晶种，调整晶种位置避免接触容器 安全与环保要求 1. 安全：用坩埚钳夹取热容器，戴隔热手套防烫伤； 2. 环保：洒落药品用湿抹布擦拭放入专用废弃物烧杯，废液倒入统一废液桶回收 拓展应用 1. 可制备明矾等其他晶体并对比形态差异； 2. 五水硫酸铜（蓝矾）在农业中用作杀菌剂（配制波尔多液），工业中用于电镀铜 1．五水硫酸铜(CuSO4•5H2O)的溶解度曲线如图所示。结合你参与的“制备五水硫酸铜晶体”跨学科实践活动分析。下列说法错误的是（ ） A．20℃~60℃时，五水硫酸铜的溶解度随温度升高而增大 B．60℃时，50g水中加入45g五水硫酸铜充分溶解，可得 硫酸铜饱和溶液 C．根据溶解度曲线判断，可采用降温结晶的方法制备五 水硫酸铜晶体 D．饱和硫酸铜溶液降温结晶时，降温快慢对结晶出的五水 硫酸铜晶体形状无影响 析·典型范例 D 2．化学兴趣小组的同学在进行制备五水硫酸铜晶体跨学科实践活动时，根据实验结果获得以下结论（硫酸铜溶解度随温度变化如表），下列相关数据和结论错误的是（ ） A．无水硫酸铜为白色粉末，易吸水变成蓝色的五水硫酸铜，俗称胆矾，无水硫酸铜吸水变为胆矾的变化属于化学变化 B．制备五水硫酸铜晶体时，需缓慢降温结晶，否则会导致结晶不均匀，混入杂质 C．60℃时，在50 mL水中加入41 g无水硫酸铜粉末恰好形成饱和溶液 D．用pH试纸测得硫酸铜饱和溶液pH<7，说明硫酸铜溶液呈酸性 析·典型范例 C 温度/℃ 0 10 20 30 40 50 60 100 CuSO4溶解度/g 23.1 27.5 32.0 37.8 44.6 61.8 83.8 114 THANKS! 谢谢观看 九年级化学 下册·鲁教版2024 $