第3章 研究与实践：明矾晶体的制备-【成才之路·学案】2025-2026学年高中化学选择性必修2同步新课程学习指导(人教版)

089 C.石墨属于混合型晶体，层与层之间存在范德华力：层内碳原子间存在共价键：石墨能导电 D.石墨烯中平均每个六元环含有3个碳原子 5.现有几组物质的熔点（℃）数据： A组 B组 C组 D组 金刚石：>3500 Li:181 HF:-83 NaCl:801 晶体硅：1410 Na:98 HC1:-115 KCI:776 晶体硼：2300 K:64 HBr:-89 RbCl:718 二氧化硅：1713 Rb:39 Hl:-51 CsC1:645 据此回答下列问题： (1)A组属于 晶体，其熔化时克服的微粒间作用力是 (2)B组晶体共同的物理性质是 (填序号)。 ①有金属光泽②易导电③易导热④有延展性 (3)C组中HF的熔点反常是由于 (4)D组晶体可能具有的性质是 (填序号)。 ①硬度小②水溶液能导电③固体能导电④熔融状态能导电 (5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>bCl>CsCl,其原因为 夯基提能作业 请同学们认真完成练案[20] 研究与实践 明矾晶体的制备 研究目的 1.在日常生活中，常见到色彩和外形都很漂亮的晶体，可以通过化学实验方法制备。 2.学习用饱和溶液制备大晶体的方法。 二研究任务 1.查阅资料 资料一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。 资料二晶种：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。 2.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[KA1(S04)2·12H20],用筷子搅 拌，直到有少量晶体不能再溶解。 090 (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，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(S04)2·12H,0]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。 一木棍 线 晶体 饱和明矾溶液 制取明矾晶体的结晶装置及完美的明矾晶体的照片 【助学】(1)明矾晶体的化学式为KA1(S04)2·12H,0或者K,S04·A山，(S04)3·24H0: (2)明矾晶体易溶于水。 (3)明矾晶体在水中电离出K+和A13+两种金属阳离子，是一种复盐。 (4)明矾晶体在水中发生水解反应生成氢氧化铝胶体，可用作自来水的净水剂。 三结果与讨论 1.在上述实验中，为什么所用仪器都要用蒸馏水洗净？ 2.为什么晶种一定要悬挂在溶液的中央位置？ 3.上述实验中，制备明矾大晶体所需时间较长，请查阅资料，并制定快速制备明矾大晶体的实验 方案。 典例：(2025·河北高二期末)某兴趣小组用铝箔制备A山203、A1Cl,·6H20及明矾大晶体，具体流 程如下： 洗涤A1(Om→Al,O3 留OH溶液，过量C0,分离，胶状周体 箔 稀硫酸K:s0明矾小晶体V明矾大晶体 溶液 酸，溶液A通HC 抽滤，洗涤干燥 A1CL,·6H,0 50℃ 冷水浴 091 已知：A1CL·6H,0易溶于水、乙醇及乙醚；明矾在水中的溶解度如表。 温度/℃ 0 10 20 30 40 60 80 90 溶解度/g3.00 3.99 5.90 8.39 11.7 24.8 71.0 109 请回答： (1)步骤I中的化学方程式： 步骤Ⅱ中生成A1(OH)3的离子方程式： (2)关于步骤Ⅲ，下列操作合理的是 A.坩埚洗净后，无需擦干，即可加入A1(OH)3灼烧 B.为了得到纯AL,O3,需灼烧至恒重 C.若用坩埚钳移动灼热的坩埚，需预热坩埚钳 D.坩埚取下后放在陶土网上冷却待用 E.为确保称量准确，灼烧后应趁热称重 (3)步骤V中，选出在培养规则明矾大晶体过程中合理的操作并排序： 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10~20℃的明矾饱和溶液 四训练 1.(2025·辽宁葫芦岛高二期末)下列说法不正确的是 A.结晶时，溶质的溶解度越大，溶液的浓度越高，溶剂的蒸发速度越快，溶液的冷却速度越快，析 出的晶体颗粒就越细小 B.为了使过饱和溶液中析出晶体，可用玻璃棒搅动或者振荡容器 C.培养明矾晶体时，为得到较大颗粒的晶体，应自然冷却，并静置过夜 D.重结晶中产生的母液虽然含有杂质，但仍应将母液收集起来进行适当处理，以提高产率 2.(2025·云南昆明高三开学考试)完成下列实验，所用仪器、试剂或操作合理的是 A B C D 除去乙烯中少量的S02 明矾晶体的制备 制备乙酸乙酯 铁与水蒸气反应 湿棉花 乙烯、S0 木棍 乙酸 线 乙醇 铁粉 饱和明矾溶液浓硫酸 KMnO NaOH 肥皂泡 晶体 溶液 溶液 肥皂液态，C错误：Na,O、SiO,都不是纯粹的典型晶体，而是离子晶体 和共价晶体之间的过渡晶体，D错误。 对点训练1：BBaO,晶体中离子键百分数约为82%，则根据过 渡晶体中化学键的占比和晶体的性质可将该晶体视作离子晶 体，A正确；BO2为离子晶体不存在分子，所以没有分子式， 只能叫化学式，B错误；图为Ba和O元素形成的过氧化物的 1/8晶胞，则一个平面内与Ba2+最近且等距离的Ba2+有4个， 所以每个Ba2+最近且等距离的Ba2+有12个，C正确；熔融态 能导电的晶体不一定是离子晶体，如金属晶体熔融态也能导 电，D正确。 学习任务二 一、必备知识 2.(1)平面六元并环结构(2)化学键范德华力 (3)3垂直相互重叠 3.共价键范德华力导电 二、自学辨析 1.×提示：石墨属于混合型晶体，氧化铝是共价晶体。 2.×提示：电子不能从一个平面跳跃到另一个平面，其电子只 能在层内运动，导电性只能沿石墨平面的方向。 3.×提示：石墨属于混合型晶体，转化为金刚石时，既有共价 键的断裂和生成，也有分子间作用力的破坏。 三、课堂探究 典例2：C石墨、足球烯(C)、金刚石是碳元素形成的不同的 单质，属于同素异形体，燃烧产物均为C02,故A错误；这三种 物质熔化时，金刚石克服的粒子间作用力是化学键，石墨是混 合型晶体，熔化时既要破坏范德华力，也要破坏化学键，足球 烯是分子晶体，熔化时主要破坏范德华力，故B错误；1ol石 墨所含的C-C键数目为3x分ml= 2mol,1mol金刚石所 含的C-C键数目为4×2mol=2mol,其C-C键数目之比 为3：4，故C正确；石墨晶体中C一C键的键长小于金刚石中 C一C键的键长，石墨晶体中C一C键的键能大于金刚石中 C一C键的键能，则石墨比金刚石稳定，故D错误。 对点训练2：B由题图知，白磷和黑磷中，每个磷原子上均有3 个P一P键和一个孤电子对，故P原子杂化方式均为sp杂 化，A错误；31g白磷与31g黑磷中，磷原子的物质的量均为 1ol,平均每个磷原子形成的P一P键数目相同，均为3，故含 有的P一P键数目均为1.5N。,B正确；黑磷晶品体属于混合型 品体，而白磷属于分子晶体，故白磷的熔点低于黑磷，C错误； 由于黑磷具有与石墨相似的层状结构，石墨为混合型晶体，故 黑磷晶体属于混合型晶体，D错误。 课堂素养评价 1.D电负性差值越大，离子键百分数越大，电负性：Na>Mg> A1>Si,所以上述四种氧化物的化学键中离子键成分的百分 数最低的是SiO2,故合理选项是D。 2.D由题干表格信息可知，A1@3的熔点很低，属于分子晶体， A、B错误：非金属元素的氧化物可形成不同类型的晶体，如 C0,是分子晶体，二氧化硅是共价晶体，C错误。 3.C①不正确，石墨中存在三种作用力，一种是范德华力，一种 是共价键，还有一种类似金属键的作用力；②正确；③正确，石 墨中的C为sp2杂化：④不正确，石墨熔点比金刚石高：⑤不 正确，石墨中碳原子数和C一C键数之比为2：3；⑥不正确， -17 石墨质软，金刚石的硬度大：⑦正确：⑧正确，每个六元环完全 占有的碳原子数是6×1/3=2。 4.C石墨晶体中，层与层之间的作用力为范德华力，层内碳原 子间存在共价键，每个C原子形成3个σ键，且每个C原子为 3个六元环所共有，据此分析解题。石墨晶体中，层与层之间 的作用力为范德华力，从石墨中剥离出石墨烯需要破坏范德 华力，故A错误；石墨中的碳原子采取sp杂化，每个sp杂化 轨道含了轨道与子p轨道，故B错误；石墨属于混合型品 体，层与层之间存在范德华力；层内碳原子间存在共价键：石 墨能导电，故C正确；每个C原子为3个六元环所共有，则石 墨烯中平均每个六元环含有的碳原子数为6×号=2，故D 错误。 5.(1)共价共价键(2)①②③④(3)HF分子间形成氢键 (4)②④(5)D组晶体都为离子晶体，且r(Na)<r(K*)< r(b)<r(Cs),在离子所带电荷数相同的情况下，离子半 径越小，熔点越高 【解析】(1)A组物质熔点均很高，且均由非金属元素组成， 故为共价晶体，熔化时需克服共价键。(2)B组晶体均为金属 单质，属于金属晶体，金属晶体的物理通性：有金属光泽，易导 电、导热，有延展性。(3)C组物质均属于分子晶体，由于HF 分子间存在氢键，故HF的熔点较高，出现反常。 研究与实践明矾晶体的制备 三、结果与讨论 1.防止影响晶体的生长速度和形状。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。 2.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。 3.称取约60g明矾，量取60mL蒸馏水，倒人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℃后， 再将其吊在上方，使得晶体处于溶液的中心位置。30min后， 就会很明显地观察到约有1cm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，就可以观察到晶 体大小的明显变化。 典例：(1)2A1+2Na0H+6H,02Na[A1(OH)4]+3H2↑ [A1(OH)4]-+C02=A1(OH)3↓+HCO3 (2)BCD(3)65④ 【解析】(1)步骤I中铝与氢氧化钠反应的化学方程式为 2A1+2Na0H+6H,0=2Na[Al(OH)4]+3H,↑；步骤Ⅱ中 四羟基合铝酸钠溶液与二氧化碳反应的离子方程式为 [A1(OH)4]+C02—A1(OH)3↓+HC0。(2)A项，坩埚 洗净后，需要擦干，否则灼烧时容易使坩埚炸裂，错误：B项， 为了得到纯A山203，需灼烧至恒重，氢氧化铝完全分解，正确； C项，若用坩埚钳移动灼热的坩埚，需预热坩埚钳，防止坩埚 遇冷炸裂，正确：D项，热的坩埚取下后放在陶土网上冷却待 用，不能放在桌面上，防止灼伤桌面，正确；E项，为确保称量 准确，灼烧后应冷却后称重，错误。(3)步骤Ⅳ中在培养规则 明矾大晶体过程中，需要配制高于室温10~20℃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。 四、训练 1.A晶体颗粒的大小与结晶条件有关，溶质的溶解度越小，溶 液的浓度越高，溶剂的蒸发速度越快，析出的晶品粒就越细小，A 错误；振荡容器或用玻璃棒搅拌可打破平衡促使晶体析出，B 正确；自然冷却，可使晶粒生长，则培养明矾晶体时，应使饱和 溶液缓慢冷却才能得到较大颗粒的晶体，C正确：重结晶过程 中产生的母液虽然含有杂质，但仍含有溶质，为防止浪费资 源，应将母液收集起来，进行适当处理，以提高产率，D正确。 2.B乙烯与S0,都会与KMnO4溶液反应，不能用KMnO,溶液 除去乙烯中少量的SO2,A错误；明矾晶体的制备先用饱和明 矾溶液制取小晶体，再将小晶体悬挂在饱和明矾溶液，小晶体 会逐渐变大，成为一块大晶体，B正确；乙酸乙酯会与NaOH 溶液发生水解反应，不能用NaOH溶液除去乙酸乙酯中的杂 质乙酸和乙醇，应用饱和碳酸钠溶液，C错误；试管口应向下 倾斜，防止水蒸气遇冷回流容易使高温下的试管炸裂，D 错误。 第四节配合物与超分子 学习任务一 一、必备知识 1.(1)①、②、③ (2)[Cu(H,0)4]2+水分子铜离子铜离子水分子 2.(1)配位键(2)蓝色沉淀溶解深蓝色深蓝色红色 白色沉淀溶解无色孤电子对空轨道共用氮原子 提供的孤电子对 二、自学辨析 1.V 2.×提示：配合物[Cu(NH)4]SO4·H,0的配体为NH3o 3.×提示：Cu是过渡元素，有空轨道，CuS0,·5H,0是配合 物，KA1(S04)2·12H2O不是配合物， 4.×提示：加入足量的AgN03溶液，外界C1与Ag反应生成 AgC沉淀，内界中Cl-与Ag不反应，故可得到2mol沉淀。 三、课堂探究 典例1：BKCN是离子化合物，A项正确；配合物K4[Fe(CN)6] 中配体为CNˉ，B项错误；(CN)2的结构式为N三C一C三N, 单键为σ键，三键中有1个σ键和2个π键，则σ键和T键 数目比为3：4，C项正确；Fe为26号元素，其原子核外共有 26个电子，Fe失去4s轨道上的2个电子得Fe2+,Fe2+的最高 能层电子排布为3s23p3d,D项正确。 对点训练1：B非金属性越强，则元素的电负性越大，则电负性 大小顺序为0>N>C>Ni,故A正确：配位数为与金属离子 直接相连的共价键数，由已知结构可知，N2+的配位数为4，配 体数为1，故B错误；C1O的中心Cl原子的价层电子对数为 4+7+1二2×4=4，无孤对电子，空间结构为正四面体形，故 2 C正确；基态Ni原子的核外价电子排布式为3d4s2,失去两个 电子为N2+,应该先失去最外层电子，故N+的价电子排布 3d 式为3，价电子轨道表示式为↑↑↑↑↑，故D 正确。 17 学习任务二 一、必备知识 1.两种两种分子间离子有限无限伸展 2.(1)①甲苯氯仿②空穴 (2)极性非极性亲水水溶液 二、自学辨析 1.×提示：超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相 互作用形成的分子聚集体。 2.×提示：冠醚是皇冠状的单分子，与碱金属离子通过配位键 可形成超分子。 3.√提示：将C和C的混合物放入一种空腔大小合适的超 分子，可以分离C6o和Cm。 4.√提示：冠醚是大环多醚类物质的总称，能与阳离子络合形 成超分子。 三、课堂探究 典例2：A超分子通常是指由两种或两种以上分子依靠分子间 相互作用结合在一起，组成复杂的、有组织的聚集体，冠醚是 单独的一个分子结构，不是超分子，A错误：冠醚能与阳离子 作用，将阳离子以及对应的阴离子都带人有机溶剂，冠醚与 K结合后将MnO:带入烯烃中，MnO,与烯烃充分接触而迅 速反应，B正确；烯烃和冠醚的极性都很小，根据相似相溶原 理知，烯烃可溶于冠醚，而水分子的极性较大，烯烃难溶于水， C正确：冠醚中氧原子提供孤电子对，K提供空轨道，两者通 过配位键形成超分子，D正确。 对点训练2：C电负性：F>O>N>C>H,A项错误：H元素属 于元素周期表s区元素，B项错误：超分子是由两种或两种以 上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体，具有分子 识别和自组装的特征，C项正确：该超分子形成的B一N配位 键中，N原子提供孤电子对，B提供空轨道，D项错误。 课堂素养评价 1.A配离子[Cu(NH)4]2+呈平面结构，其中2个NH被2个 C1替代后，两个C1可能在同一条边上，也可能在对角上，所 以能得到2种产物，A正确；在配合物[Ni(NH)。]SO4中， N2+是中心离子，NH是配体，SO?是外界，B不正确；向含有 1mol[TiCl(H,0),]Cl2·H0的溶液中加入足量AgNO3溶 液，只有外界中的2 mol Cl能与AgNO,反应，从而生成2mol AgC1白色沉淀，C不正确；因为AgOH能与氨水继续反应，所 以将AgNO,溶液和氨水相互滴加时，产生的实验现象不相 同，D不正确。 2.C水晶的主要成分是二氧化硅，硅元素与氧元素的电负性相 差较大，化合物中硅氧键的极性较强，接近于离子键，部分表 现出离子键的特性，所以水晶中也含有一定成分的离子键，故 A正确；超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间作用 力形成的分子聚集体，分子间作用力是弱相互作用，冠醚 (18-冠-6)的空穴大小为260~320pm,可以适配钾离子 (276pm),冠醚与钾离子之间形成配位键，通过弱相互作用形成 超分子，故B正确：有手性异构体的分子被称为手性分子，当分子 中存在两个或两个以上的手性碳原子时，会出现内消旋体，这种 含有内消旋体的分子不是手性分子，故C错误；离子晶体中一定 含有离子键，可能存在共价键、氢键，如离子晶体胆矾的平面结构 5