快速制備明礬大晶體的條件探究

摘 要：在運用冷卻熱飽和溶液的方法得到明礬晶體的基礎上，進一步探究出了促進明礬大晶體生長的一系列條件，縮短實驗時間，便于課堂演示。

關鍵詞：明礬晶體； 過飽和溶液； 溫差；條件；探究

1 問題的提出

明礬晶體生長條件的實驗作為高中課堂演示實驗，由于晶體生長速度太慢，而許多學校實驗條件有限，有些雖然能長出規則的明礬大晶體，但所用的時間太長，學生不能觀察到生長的過程，影響了學生對晶體形成過程的認識事物的能力的發展。基于此，作者決定探究一系列實驗條件，使得這個實驗成為課堂的演示實驗，加深學生對晶體生長的過程的直觀認識。

2 探究的過程

(1)實驗的理論基礎。晶體有一定的幾何外形，有固定的熔點，有各向異性等特點，而無定形固體不具有上述特點。晶體生成的一般過程是先生成晶核，而后再逐漸長大。一般認為晶體從液相或氣相中的生長有三個階段：①介質達到過飽和、過冷卻階段；②成核階段；②生長階段。晶體在生長的過程中要受外界條件的影響，如渦流，溫度，雜質，粘度，結晶速度等因素的影響。晶體生長的方法有多種，對于溶液而言，只需蒸發掉水分就可以；對于氣體而言，需要降低溫度，直到它的凝固點；對于液體，也是采取降溫方式來變成固體。因為明礬的溶解度受溫度的影響很大。所以本文主要采用的是降溫法，重結晶得到明礬大晶體，即是冷卻熱飽和溶液的方法。

(2) 實驗儀器和實驗藥品：酒精燈，鐵架臺，托盤天平，鐵絲，銅絲，玻璃棒，石棉網，漏斗，溫度計，燒杯，量筒，棉線。自來水，蒸餾水，明礬。

(3) 實驗步驟：

①晶體載體的選擇。量取30ml水加熱到90℃，在加熱的過程中把明礬溶解在里面，直到形成飽和溶液，停止加熱。這時將銅絲彎成螺旋狀，作為載體，隨著溫度的下降，可觀察到銅絲的表面覆蓋了一層明礬小晶體，也即是沉底晶體，并不能得到規則的大晶體。用鐵絲也得到同樣的結果。相反，選擇規則的明礬小晶體作為晶核，則得到規則的大晶體，而且晶核越小，長出的晶體形狀越規則。未采用晶核時，晶體生長速度更慢，經過了三天兩夜才長出黃豆大小的晶體。

②溶液的選擇。為了確保溶液是飽和溶液，根據明礬在90℃時的溶解度，稱取一系列一定量的明礬，一定體積的自來水或蒸餾水，將明礬溶解到水中，加熱到90℃，選取規則小晶種，采用不同的冷卻方法，進行實驗。

實驗結果：最后一次的實驗能快速得到晶形規則的晶體，用自來水得到的晶體不如蒸餾水的晶體規則。通過以上實驗可以得出：溶液一定要時飽和溶液，若是不飽和溶液，盡管降低了溫度，結晶速度仍然很慢；溶劑應用蒸餾水。因為自來水里含有其他金屬離子及雜質，會影響晶體的生長速度和形狀；冷卻熱飽和溶液時，應該自然冷卻。快速冷卻時能夠得到晶體，但屬于沉底，細小晶體，得不到大晶體。溫度下降得越快，晶體越小； 溶液一定要純凈，里面若含有雜質，就在溶液中形成多個晶核，顯然不利于大晶體的生長。重復使用的溶液中難免會帶有雜質。

③溫度的選擇。配制相同濃度的明礬溶液，所用儀器均用蒸餾水洗滌，稱取64.7g明礬，溶解到60ml蒸餾水中，選用相同大小的規則沉底晶體作為晶種(對角線長度約為2mm)，加熱到不同溫度時再自然冷卻。

加熱的溫度與室溫的溫差越大，越有利于大晶體的快速生長。

3 存在的問題討論

(1)所用儀器，燒杯，量筒，玻璃棒等均要用蒸餾水洗凈；

(2)晶種一定要懸掛在溶液的中心位置，若離燒杯底部太近，由于有沉底晶體生成，會與晶體長在一起。同樣，若離溶液表面太近，或靠近燒杯壁，都會產生同樣的結果，使得晶體形狀不規則。

參考文獻

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