“载体、温度对制备明矾晶体的影响”的实验探究

张帅

摘要：不同的載体和温度会对明研晶体制备产生什么样的影响？通过一系列实验，明确实验条件对晶体生长的影响情况，优化明研晶种和晶体制备方案。

关键词：明矾;制备晶体;实验探究

文章编号：1008-0546（2022）03x-0087-02    中图分类号：G632.41    文献标识码：B

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

一、问题提出

新教材人教版高中化学选修2第三章第三节“研究与实践”栏目内容为“明矾晶体的制备”，属于新教材新增探究性实验，充分体现了新课标发展学生“科学探究与创新意识”化学学科核心素养的理念[1]。

以发展学生化学高阶思维能力和化学学科核心素养为目标，我们组织学生开展该实验探究活动，探究快速制备明矾晶种及较大晶体的实验方案，并尝试摸索制备明矾晶种进行课堂演示的实验方案。

二、实验探究

为防止杂质离子影响晶种形成，实验过程中所有仪器均清洗干净，并用蒸馏水冲洗。查阅资料[2]并结合教材，设计具体实验方案。

1.制备晶种的载体选择

分别以细棉线和玻璃容器底为载体制备晶种，见表1。

补充说明：实验1中晶体生长时间低于30 min，晶体过小，难以裸眼观察到规则晶型，难以进行晶种选取。

2.制备晶种的温度选择

实验3：调整实验1过饱和溶液温度高于室温50℃，静置降温，晶体黏连严重，难以裸眼观察到规则晶型;调整实验1温度高于室温5℃后，静置降温，晶体生长缓慢，1h～2h可出现1mm左右规则晶体。

实验4：调整实验2过饱和溶液温度高于室温5℃后，将过饱和溶液盛于40 mm表面皿中，静置降温，1h～2h可出现1mm左右可分离规则晶体。

分析：①明矾过饱和溶液降温析晶过程中，温度越高，溶液浓度越大，降温过程中晶核数量越多;同时过饱和溶液与室温温差越大，降温析晶速度越快。综合两个因素，过饱和溶液与室温温差越大形成的晶体数量越多、结晶速度越快、晶体间黏连度越高。温差越小则反之。

②用细棉线做晶体生长载体时，细棉线上毛糙部分的纤细杂线可成为相对独立的品种生长载体，减少较大温差（高于室温20℃）过饱和溶液中晶体快速生长时的黏连，可提高规则晶体（品种）制备效率，满足品种制备课堂演示的时间要求。同时，大温差（高于室温50℃）时，过饱和溶液浓度大且降温析晶速度过快，形成的晶体之间黏连严重，影响晶体形态;小温差（高于室温5℃）时，过饱和溶液浓度相对较低，晶核数量相对较少，晶体间隙相对大且晶体生长缓慢，易形成规则、不黏连品种，但耗时较长。

3.制备较大晶体的条件选择

实验5：取3个150 mL烧杯，分别配制温度高于室温50℃、20℃、5℃的明矶过饱和溶液80～100mL，用细棉线系住品种，分别悬挂于不同温度的过饱和溶液中央，静置降温，观察，见表2。

分析：过饱和溶液与室温温差过大，细线上易生长黏连小晶体，不利于初期小品种规则生长。温差5 ℃实验组2 h后变化不明显，是由于2h后溶液温度基本接近室温。

调整实验方案：取150 mL烧杯，配制高于室温5℃的明矶过饱和溶液80～100 mL，用细棉线系住晶种，悬挂于溶液中央，静置降温2h后，取出晶体，清理系品种棉线上的小晶体，重复温差5℃实验组几次，待晶体长到一定大小。晶体系棉线处晶型存在缺陷。待晶体长大到6 mm后，采用温差20 ℃实验组继续实验，静置生长1h左右，清理棉线上的小晶体。此时晶体已较大，系线处附着的小晶体对大晶体的影响较小，较容易清理（见图2）。此时采用较高温差过饱和溶液，可适当提高大晶体的生长速度，培养出晶型较规则的晶体（晶体系线处始终存在缺陷），见图3。

实验6：以培养皿底为载体，制备较大晶体。

采用实验5“调整实验方案”中的温度条件，在培养皿中，以培养皿底为载体培养晶体。由于品种有一侧晶面与培养皿底部接触，伴随晶体长大，晶体出现变形，较扁。为了放大变化，方便肉眼观察，我们将“系线载体生长的晶体”和“培养皿底载体生长的晶体”用铬钾矶饱和溶液上色，对比发现，前者系线处始终存在缺陷，后者则较扁，见图4、图5。

三、小结

实验条件影响晶体生长的形貌和生长速度，实验中可以通过制备品种获取晶型完美的晶体，同时，可以通过调控温度提高制备品种的速度，实现制备品种的课堂演示。可以通过控制条件，提高制备较大晶体的速度。能够观测到晶体生长过程，将会对学生产生积极地学科影响。

参考文献

[1]王磊，魏锐.“学科核心素养发展导向的高中化学课程内容和学业要求——《普通高中化学课程标准（2017年版）》解读”[J].化学教育（中英文），2018，39（9）：48-53.

[2]王丹，鲍正荣，李小燕，帅常文.“快速制备明矶大晶体的条件探究”[J].现代商贸工业，2007（05）：205.

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