“載體、溫度對制備明礬晶體的影響”的實驗探究

張帥

摘要：不同的載體和溫度會對明研晶體制備產(chǎn)生什么樣的影響？通過一系列實驗，明確實驗條件對晶體生長的影響情況，優(yōu)化明研晶種和晶體制備方案。

關鍵詞：明礬;制備晶體;實驗探究

文章編號：1008-0546（2022）03x-0087-02??? 中圖分類號：G632.41??? 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03x.023

一、問題提出

新教材人教版高中化學選修2第三章第三節(jié)“研究與實踐”欄目內(nèi)容為“明礬晶體的制備”，屬于新教材新增探究性實驗，充分體現(xiàn)了新課標發(fā)展學生“科學探究與創(chuàng)新意識”化學學科核心素養(yǎng)的理念[1]。

以發(fā)展學生化學高階思維能力和化學學科核心素養(yǎng)為目標，我們組織學生開展該實驗探究活動，探究快速制備明礬晶種及較大晶體的實驗方案，并嘗試摸索制備明礬晶種進行課堂演示的實驗方案。

二、實驗探究

為防止雜質(zhì)離子影響晶種形成，實驗過程中所有儀器均清洗干凈，并用蒸餾水沖洗。查閱資料[2]并結合教材，設計具體實驗方案。

1.制備晶種的載體選擇

分別以細棉線和玻璃容器底為載體制備晶種，見表1。

補充說明：實驗1中晶體生長時間低于30 min，晶體過小，難以裸眼觀察到規(guī)則晶型，難以進行晶種選取。

2.制備晶種的溫度選擇

實驗3：調(diào)整實驗1過飽和溶液溫度高于室溫50℃，靜置降溫，晶體黏連嚴重，難以裸眼觀察到規(guī)則晶型;調(diào)整實驗1溫度高于室溫5℃后，靜置降溫，晶體生長緩慢，1h～2h可出現(xiàn)1mm左右規(guī)則晶體。

實驗4：調(diào)整實驗2過飽和溶液溫度高于室溫5℃后，將過飽和溶液盛于40 mm表面皿中，靜置降溫，1h～2h可出現(xiàn)1mm左右可分離規(guī)則晶體。

分析：①明礬過飽和溶液降溫析晶過程中，溫度越高，溶液濃度越大，降溫過程中晶核數(shù)量越多;同時過飽和溶液與室溫溫差越大，降溫析晶速度越快。綜合兩個因素，過飽和溶液與室溫溫差越大形成的晶體數(shù)量越多、結晶速度越快、晶體間黏連度越高。溫差越小則反之。

②用細棉線做晶體生長載體時，細棉線上毛糙部分的纖細雜線可成為相對獨立的品種生長載體，減少較大溫差（高于室溫20℃）過飽和溶液中晶體快速生長時的黏連，可提高規(guī)則晶體（品種）制備效率，滿足品種制備課堂演示的時間要求。同時，大溫差（高于室溫50℃）時，過飽和溶液濃度大且降溫析晶速度過快，形成的晶體之間黏連嚴重，影響晶體形態(tài);小溫差（高于室溫5℃）時，過飽和溶液濃度相對較低，晶核數(shù)量相對較少，晶體間隙相對大且晶體生長緩慢，易形成規(guī)則、不黏連品種，但耗時較長。

3.制備較大晶體的條件選擇

實驗5：取3個150 mL燒杯，分別配制溫度高于室溫50℃、20℃、5℃的明磯過飽和溶液80～100mL，用細棉線系住品種，分別懸掛于不同溫度的過飽和溶液中央，靜置降溫，觀察，見表2。

分析：過飽和溶液與室溫溫差過大，細線上易生長黏連小晶體，不利于初期小品種規(guī)則生長。溫差5 ℃實驗組2 h后變化不明顯，是由于2h后溶液溫度基本接近室溫。

調(diào)整實驗方案：取150 mL燒杯，配制高于室溫5℃的明磯過飽和溶液80～100 mL，用細棉線系住晶種，懸掛于溶液中央，靜置降溫2h后，取出晶體，清理系品種棉線上的小晶體，重復溫差5℃實驗組幾次，待晶體長到一定大小。晶體系棉線處晶型存在缺陷。待晶體長大到6 mm后，采用溫差20 ℃實驗組繼續(xù)實驗，靜置生長1h左右，清理棉線上的小晶體。此時晶體已較大，系線處附著的小晶體對大晶體的影響較小，較容易清理（見圖2）。此時采用較高溫差過飽和溶液，可適當提高大晶體的生長速度，培養(yǎng)出晶型較規(guī)則的晶體（晶體系線處始終存在缺陷），見圖3。

實驗6：以培養(yǎng)皿底為載體，制備較大晶體。

采用實驗5“調(diào)整實驗方案”中的溫度條件，在培養(yǎng)皿中，以培養(yǎng)皿底為載體培養(yǎng)晶體。由于品種有一側(cè)晶面與培養(yǎng)皿底部接觸，伴隨晶體長大，晶體出現(xiàn)變形，較扁。為了放大變化，方便肉眼觀察，我們將“系線載體生長的晶體”和“培養(yǎng)皿底載體生長的晶體”用鉻鉀磯飽和溶液上色，對比發(fā)現(xiàn)，前者系線處始終存在缺陷，后者則較扁，見圖4、圖5。

三、小結

實驗條件影響晶體生長的形貌和生長速度，實驗中可以通過制備品種獲取晶型完美的晶體，同時，可以通過調(diào)控溫度提高制備品種的速度，實現(xiàn)制備品種的課堂演示?？梢酝ㄟ^控制條件，提高制備較大晶體的速度。能夠觀測到晶體生長過程，將會對學生產(chǎn)生積極地學科影響。

參考文獻

[1]王磊，魏銳.“學科核心素養(yǎng)發(fā)展導向的高中化學課程內(nèi)容和學業(yè)要求——《普通高中化學課程標準（2017年版）》解讀”[J].化學教育（中英文），2018，39（9）：48-53.

[2]王丹，鮑正榮，李小燕，帥常文.“快速制備明磯大晶體的條件探究”[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2007（05）：205.

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