案例硫酸銅晶體的制備

1、學(xué)生設(shè)計(jì)類學(xué)習(xí)活動(dòng)案例硫酸銅晶體的制備石龍三中 陳佩霞一、設(shè)計(jì)主題在初中化學(xué)書中，教師通常在課堂上使用冷卻熱飽和溶液的方法制備硝酸鉀或明礬晶體。但如果把制備方法教給學(xué)生，讓學(xué)生自己制備硫酸銅晶體（硫酸銅外觀更漂亮，更受學(xué)生歡迎），學(xué)生的成就感和對(duì)化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣回大大提高。而實(shí)際操作中，學(xué)生制備的硫酸銅晶體的析出不夠理想，晶體較小。而且，學(xué)生在同樣的實(shí)驗(yàn)操作條件下，得到的產(chǎn)品收率和外觀卻總是千差萬別。對(duì)此學(xué)生常會(huì)提出各種各樣的問題。為了能夠制備出大的、具有規(guī)則外形的硫酸銅晶體，提高實(shí)驗(yàn)的重現(xiàn)性及產(chǎn)率，減少實(shí)驗(yàn)的步驟及實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間，有必要對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，在多次實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能可大大提高。

2、二、活動(dòng)目的1、通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)查找化學(xué)資料，培養(yǎng)社會(huì)實(shí)踐能力，提高整理、分析資料的學(xué)習(xí)能力，以及掌握調(diào)查研究的方式、方法。2、通過對(duì)影響硫酸銅晶體析出條件的探究，復(fù)習(xí)鞏固溶解度、溶液的過飽和度，并培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，了解結(jié)晶方法。3、通過活動(dòng)的開展，把知識(shí)轉(zhuǎn)化成其自身的能力，把課堂更多地延伸到課外，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和信心。三、活動(dòng)計(jì)劃1、活動(dòng)對(duì)象：九年級(jí)學(xué)生；2、活動(dòng)時(shí)間：綜合實(shí)踐課3、活動(dòng)內(nèi)容：制備硫酸銅晶體。 四、活動(dòng)過程1、準(zhǔn)備階段（1）查閱資料與實(shí)驗(yàn)設(shè)想結(jié)晶與溶質(zhì)在溶劑中的溶解度和結(jié)晶過程中的操作方式等有關(guān)，溶液的過飽和度是結(jié)晶的主動(dòng)力。硫酸銅晶體屬三斜晶系，要獲得顆粒較大的理想

3、晶體，需要嚴(yán)格控制溶液的過飽和度，溶液蒸發(fā)或冷卻的速度，晶種的數(shù)量，溶液的pH值，共存的雜質(zhì)及其它相關(guān)條件等。在本次實(shí)驗(yàn)中，我們將著重對(duì)溶液的過飽和度、pH值、冷卻速度及溫度、加入晶種的種類及數(shù)量進(jìn)行探究。（2）主題討論：讓學(xué)生開展討論，選擇和確定學(xué)生所反映的各個(gè)方面的內(nèi)容。（3）分組活動(dòng)。對(duì)所確定的內(nèi)容：溶液的過飽和度、pH值、冷卻速度及溫度、加入晶種的種類及數(shù)量進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生自由地選擇比較特長的部分進(jìn)行實(shí)踐活動(dòng)。（4）成立籌備小組的負(fù)責(zé)機(jī)制，讓有責(zé)任心的小組長統(tǒng)籌所有的工作，并實(shí)時(shí)將問題與老師匯報(bào)，探討解決的方法。2、實(shí)施階段1. 查閱資料：同學(xué)們?cè)诶蠋熀涂拼淼陌l(fā)動(dòng)下，大家積極參與

4、資料的準(zhǔn)備工作，有的同學(xué)負(fù)責(zé)制上網(wǎng)收集資料，有些同學(xué)圖書館里認(rèn)真的閱讀文獻(xiàn)，希望可以為這次活動(dòng)提供有用的資料最終確定具體安排：第一小組第二小組第三小組第四小組對(duì)溶液過飽和度的探究對(duì)作晶種的材料的探究對(duì)飽和溶液pH值的探究對(duì)過飽和溶液的冷卻速度的探究小組長：第一小組：楊光第二小組：葉麗晶第三小組：蘇燦森第四小組：姚嘉明2. 實(shí)驗(yàn)用品準(zhǔn)備：實(shí)驗(yàn)儀器：天平、大燒杯（250mL）、小燒杯（150mL）玻璃棒、酒精燈、石棉網(wǎng)、pH試紙、溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)藥品：無水硫酸銅、稀硫酸3. 實(shí)驗(yàn)步驟：（1）對(duì)溶液過飽和度的探究（第一小組）：取六只盛有100g水的250mL的燒杯，分別加入30g、40g、50g、55g、

5、60g、70g無水硫酸銅，加熱使固體溶解，并控制過飽和溶液的pH值為23之間；靜置，使其在室溫下緩慢結(jié)晶。（2）對(duì)作晶種的材料的探究（第二小組）：將溶解度為50g、pH值為2的硫酸銅溶液分裝在四只150mL的小燒杯中，分別加入：較規(guī)則的CuSO4小晶體、棉線、銅絲作為晶種，最后一只燒杯不加任何晶種。自然冷卻結(jié)晶。（3）對(duì)飽和溶液pH值的探究（第三小組）：在三只150mL、溶液溶解度為50g的小燒杯中滴加2molL 的稀硫酸，分別調(diào)整pH值為1、2、3、4，自然冷卻結(jié)晶。（4）對(duì)過飽和溶液的冷卻速度的探究（第四小組）：在三只150mL、裝有100g水的小燒杯中加入50g硫酸銅，加熱溶解。調(diào)整pH

6、值為2。對(duì)三份溶液分別作如下處理：第一份在室溫下自然冷卻結(jié)晶；第二份用自來水快速冷卻結(jié)晶；第三份保持在35左右水浴中4小時(shí)后再自然冷卻。五、活動(dòng)結(jié)果活動(dòng)進(jìn)行非常順利，同學(xué)們都非常順利地完成實(shí)驗(yàn)并達(dá)到預(yù)期的目的，可見我們的充分準(zhǔn)備是有成效的。最后，有老師提供實(shí)驗(yàn)報(bào)告表格，實(shí)驗(yàn)后由同學(xué)填寫。（表格及填寫內(nèi)容如下表一至四）表一、溶液過飽和度對(duì)晶體形成的影響（室溫約23）加入硫酸銅的質(zhì)量（g）溶液顏色及結(jié)晶情況30溶液為淺藍(lán)色，放置兩周后仍無晶體析出40溶液為藍(lán)色，一周后開始有晶體析出，晶體細(xì)小且量少，但較規(guī)則50溶液為藍(lán)色，兩天后開始析出晶體。晶型較規(guī)則，顆粒較大，數(shù)量較多，不粘結(jié)55溶液藍(lán)色，約一

7、天后開始析出晶體。顆粒大，外形規(guī)則，數(shù)量較多，不粘結(jié)?？勺骶ХN或由其繼續(xù)長大至大型晶體60溶液為藍(lán)色，12小時(shí)后即長出晶體，晶體顆粒大，但粘結(jié)，晶型不規(guī)則，較難用于演示70溶液為湛藍(lán)色，12小時(shí)后長出晶體。晶體量多，但都粘結(jié)且堆積在燒杯底部，失去了規(guī)則的外形表二、不同晶種對(duì)晶體形成的影響晶種類型結(jié)晶情況自然結(jié)晶晶型規(guī)則，顆粒較大，但量不多棉線大量成錐形的細(xì)小晶體成串地附著在棉線上，無規(guī)則的外形銅絲成串錐形晶體連接在銅絲上，外型不規(guī)則，生長緩慢CuSO4小晶體在原來的規(guī)則晶體基礎(chǔ)上繼續(xù)生長，外形佳，為單個(gè)晶體，幾天后在燒杯底部也有少量晶體析出表三、不同pH值對(duì)晶種形成的影響pH值結(jié)晶情況1產(chǎn)生大

8、量晶體，但顏色較淺，且疏松易破碎2晶型好，產(chǎn)量較高，晶體為藍(lán)色，較致密3晶型較好，但是產(chǎn)率不高4晶型較好，但是產(chǎn)率低表四、不同溫度對(duì)晶體形成的影響溫度控制結(jié)晶情況快速冷卻晶體細(xì)小，過碎，晶型不完整自然冷卻析出晶體較多，晶型較完整水浴加熱（35）后冷卻晶體較多，晶型完整六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，同學(xué)們經(jīng)過幾天的資料整理與歸納，由每一組學(xué)生代表發(fā)言，最終整理如下：1. 第一組：對(duì)溶液過飽和度對(duì)晶體形成影響的歸納如下：硫酸銅在水里的溶解度較大。20時(shí)硫酸銅的溶解度為21g，即20時(shí)100mL水中可溶解硫酸銅晶體（CuSO45H2O）36g。因此，我們認(rèn)為從理論上講，在100mL水中加40gCuSO

9、45H2O，在室溫（2025）條件下很難有“若干小晶體生成”。另外，我們查閱資料知道：如果溶液的過飽和度很大，液體的粘度就很高，晶核的形成速率很快，晶核過多，粒徑變小。因此，若要得到較大的晶體，應(yīng)嚴(yán)格控制溶液的過飽和度。2. 第二組：不同晶種對(duì)晶體形成的影響的歸納如下：根據(jù)結(jié)晶原理：晶體的生長是溶質(zhì)在晶核表面不斷堆積的結(jié)果，對(duì)澄清的過飽和溶液，在介穩(wěn)區(qū)內(nèi)是不會(huì)產(chǎn)生晶核的，必須靠外界加入的晶種，才能使溶液中的溶質(zhì)生長到晶種的表面上，而溶液中的固體雜質(zhì)、微粒、塵埃、容器界面的粗糙度、容器的震動(dòng)等都會(huì)誘發(fā)成核。因此，我們總結(jié)得出：如果晶核太多，就無法形成大晶體。由于毛細(xì)管和銅絲的表面積較大，即晶核較

10、多，加上毛細(xì)管和銅絲上生長的晶體，因相互堆積、相互擠壓，致使晶體無法成長。相反，少量的硫酸銅細(xì)晶在溶液中分散性較好，容易形成大晶體。這一點(diǎn)，突出表現(xiàn)在了：用棉線作晶種，由于棉線表面存在著大量細(xì)小的棉纖維，形成大量的晶核，因此在棉線上“掛”了大量的、不成型的硫酸銅晶體。3. 第三組：不同pH值對(duì)晶種形成的影響的歸納如下：pH值是一個(gè)非常重要的操作條件。查閱資料可知：在溶液中加酸，一方面是為了防止加熱使Cu2+水解生成堿式硫酸銅沉淀。另一方面，在CuSO4溶液中加入稀H2SO4，因?yàn)楫a(chǎn)生了同離子效應(yīng)，使CuSO4的溶解度減小，從而使析出的硫酸銅晶體數(shù)量增多。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，酸性強(qiáng)（即pH1），收率高

11、、晶體大，但是晶體顏色淺，且晶體很疏松，易破碎，可能原因是硫酸具有吸水性，使硫酸銅晶體的結(jié)晶水含量降低。酸性弱（即pH4），晶型好，但收率低，雜質(zhì)多，主要原因是Cu2+水解生成了堿式硫酸銅沉淀。因此，為防止Cu2+水解，并制得較大的硫酸銅晶體，應(yīng)用稀硫酸對(duì)溶液進(jìn)行酸化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明溶液的pH=2最理想。4. 第四組：不同溫度對(duì)晶體形成的影響的歸納如下：根據(jù)結(jié)晶原理，低溫成長的晶體是呈透明狀的完整晶體，高溫下成長的晶體多為混濁狀態(tài)，晶體一般易于發(fā)生龜裂。同時(shí)在結(jié)晶成長的時(shí)候，冷卻速度不宜過快，一般采取室溫自然冷卻，否則細(xì)小晶體增多，晶型也不完整。因此，在析晶前要進(jìn)行緩慢降溫，并嚴(yán)格控制終點(diǎn)溫度的

12、恒定。在實(shí)驗(yàn)過程中，建議冷水進(jìn)行冷卻不用用自然冷卻的方法。 七、收獲與體會(huì)實(shí)驗(yàn)后對(duì)同學(xué)進(jìn)行調(diào)查，下面是同學(xué)們對(duì)這次活動(dòng)的體會(huì)：在制備硫酸銅晶體過程中經(jīng)常會(huì)遭遇很多問題。我們很快就發(fā)覺自己的能力非常有限，看法也相對(duì)片面，要做好一個(gè)實(shí)驗(yàn)是不容易的，但只要大家通力合作才能真正做好每一件事。如何分工合作，如何把收集到的資料科學(xué)地整理出來，又培養(yǎng)了我們團(tuán)隊(duì)合作精神。最重要的是，我們學(xué)會(huì)了分析問題，解決問題。嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作態(tài)度將對(duì)我們?nèi)蘸蟮膶W(xué)習(xí)、生活產(chǎn)生良好的影響。八、教師點(diǎn)評(píng)： 在這次活動(dòng)，學(xué)生總有各種各樣的問題，而我從一個(gè)指揮者變?yōu)閷W(xué)生的伙伴和“參謀”，只是站在學(xué)生旁邊，當(dāng)他旁邊照路的一盞明燈，讓學(xué)生不斷地摸索。在這次實(shí)踐中，學(xué)生不再局限于書本知識(shí)的傳授，親自參與、主動(dòng)實(shí)踐，在實(shí)踐中綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決各種實(shí)際問題，提高解決實(shí)際問題的能力。在實(shí)施過程中，我總結(jié)得出要及時(shí)了解學(xué)生開展研究活動(dòng)時(shí)會(huì)遇到哪些困難，會(huì)提出哪些問題，需要怎樣