关于制备明矾晶体的几个问题的探讨，本文主要内容关键词为：明矾论文,晶体论文,几个问题论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
问题1：是否一定要先制得明矾小晶体？
经实验证明，要制得明矾大晶体，不一定要经过“制备小晶体”这一步（具体实验步骤见下面相关探讨实验）；而且按此法制备明矾大晶体也有些困难。故一般条件下可忽略此步。
问题2：明矾晶体生长的载体如何选择？
以往实验经历表明，硫酸铜最容易在铜丝上结晶。本实验原本据此采用铝条作为明矾生长的载体，但考虑到明矾是种强酸弱碱盐，其饱和水溶液显酸性，而铝在酸性介质中倾向于转化为铝离子而溶解，从而失去作为载体存在的意义。实验过程中发现，采用铜丝作为载体，实验效果也还令人满意。具体做法如下：
先在一个150mL的烧杯中加入50mL 
，然后加入38g（35g～40g均可）研细的明矾晶体（此时不加稀硫酸），加热到一定温度（80℃～90℃为宜）后静置，同时往此热饱和溶液中放入事先准备好的铜丝（或在铜丝上系一团棉球）。
实验发现，静置大约2h后，在棉花上“生长”出一大簇明矾晶体，晶体呈三角锥状，且晶体颗粒都比原来的更大。由此可见，选用铜丝作为明矾晶体成长的载体可以得到较好的实验效果。
问题3：浓度对明矾晶体的形成有何影响？
必须强调的是，制得晶体的首要条件是所配制溶液必须是饱和或过饱和的，即一开始所配制溶液的浓度必须稍大于室温下的饱和溶液的浓度。同时注意，若溶液浓度过大（如在50mL水中加入50g明矾晶体），在冷却时虽还可得到晶体，但由于该条件下晶体的生长速度过快，导致所得晶体数量多而颗粒较小，实验效果欠佳。
问题4：温度对明矾晶体的形成有何影响？
为了探明温度对晶体成长的影响，笔者进行了对比实验：将所配制的饱和明矾溶液缓慢加热至 85℃左右后，并分盛于两支洁净的试管（记为A和 B）中，试管A放在试管架上，让其在室温下缓慢冷却，所得晶体较大，且外形规则；试管B采用自来水淋洗试管外壁的方法，使之快速冷却，所得晶体较小，呈雪花状。因此，笔者建议，为得到较大的明矾晶体，可在室温下放慢冷却其热饱和溶液的冷却速度。
问题5：杂质对明矾晶体的形成有何影响？
以往化学教材强调“做制取大晶体的实验所用的试剂必须纯净，所用容器必须洁净，否则含有杂质会影响大晶体的形成。”当然，试剂和仪器的纯度是做好许多实验的基本要求。然而，明矾饱和溶液中含有少量的，甚至同体积
饱和溶液，或是饱和溶液中含少量的明矾饱和溶液——即两种饱和溶液互为杂质时，对明矾晶体的形成是否有影响呢？本人做了以下三个相关实验（将明矾热饱和溶液与硫酸铜热饱和溶液按下面三种配比混合），实验结果见表1。
表1 杂质对明矾晶体的形成影响的探讨
序号
两种热饱和溶液的混合比例实验结果
1
8mL明矾热饱和溶液＋2ml硫酸铜热饱和溶液几乎为白色晶体，晶体外围附有少量蓝色晶体
2
2mL明矾热饱和溶液＋8mL硫酸铜热饱和溶液所得晶体为深蓝色，很难观察到白色晶体
3
5mL明矾热饱和溶液＋5mL硫酸铜热饱和溶液蓝、白色晶体参半，总体呈蓝白色且颜色均匀
可见，在明矾热饱和溶液中混有少量，甚至等体积的硫酸铜饱和溶液，即二者互为杂质，也不会影响其结晶。这可能是因为当溶剂蒸发时，硫酸铜形成过饱和状态要比明矾早些，根据“物以类聚”的原理，使二者的分步结晶成为可能。因此，杂质对明矾晶体的形成的影响关键在于人为控制实验条件。当然，为得到更令人满意的结晶效果，还是力求在制备晶体的全过程中，保持试剂和仪器的洁净度。
问题6：在制备明矾饱和溶液中是否一定要加入
？
以往教材强调“加入少量稀硫酸，可防止加热时溶液变浑浊产生沉淀”，是否一定要加硫酸呢？水的硬性问题可能是上述观点的出发点，然而实验中发现，即使采用自来水来配制明矾的饱和溶液，也不一定有浑浊现象出现；另外，明矾溶液本身就具有一定的酸性，当其浓度比较大时，它的酸度也就相应地提高，这样可在部分程度上取代了所加硫酸的“功效”。简言之，加入稀硫酸这一步还是可以省略的。
然而，若加入的硫酸是浓硫酸，同时适当改变一些实验参数，却得到意外的发现：当在试管中加入5mL明矾的热饱和溶液，再滴加1mL浓硫酸，使二者混合均匀后，插入一根铜丝束结（铜丝上不能系棉花！），静置过夜，发现在铜丝上“长出”几块较大且外形规则的明矾晶体。基于此，笔者又进行以下探讨实验：
在四支试管中分别加入5mL明矾的热饱和溶液(60℃)，然后依次加入0.5mL、1.0mL、1.5mL、 2.0mL浓硫酸，再分别放入四根铜丝，静置过夜。实验结果见表2。
表2 浓硫酸的量对明矾结晶效果影响的探讨
可见，加入适量适当浓度的硫酸，也可制得较大颗粒的晶体。若硫酸的浓度太小，可能在一定程度上会消除热饱和溶液中的浑浊现象，但对晶体的成长几乎无多大贡献；若硫酸的浓度太大，则它会优先与晶体成长的载体铜丝发生氧化还原反应而使铜丝溶解（这是上述实验中溶液显蓝色的主要原因），从而破坏了晶体成长的环境——因此，必须控制适当的硫酸的浓度及其用量，才有可能为晶体的顺利成长创造条件。