基本信息
- 項目名稱：
- 制備硫酸亞鐵銨單晶的實驗探究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 硫酸亞鐵銨是高校無機及分析化學實驗中常用的一種試劑，傳統(tǒng)的實驗方法得到的晶體晶形較小，國內(nèi)關(guān)于硫酸亞鐵銨的制備研究主要集中于實驗的綠色化、微型化。硫酸亞鐵銨飽和溶液在有單晶存在的條件下可析出單晶體，單晶體的晶形狀與生長速率受到溶液濃度、溫度、酸度、溶劑和生長空間等外界因素的影響，本實驗主要探究硫酸亞鐵銨單晶晶體生長的實驗條件。
- 詳細介紹：
- 硫酸亞鐵銨俗稱摩爾鹽，淺藍綠色的單斜晶體，易溶于水，不溶于無水乙醇， 100℃時失去結(jié)晶水，有還原性，在空氣中比較穩(wěn)定，不易被氧化，在做定量分析實驗時常用作標定重鉻酸鉀、高錳酸鉀等溶液的基準物質(zhì)，還可用作染料的媒染劑、農(nóng)用殺蟲劑等應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當中。 目前，硫酸亞鐵銨是高校無機及分析化學實驗中常用的一種試劑，傳統(tǒng)的實驗方法得到的晶體晶形較小，國內(nèi)關(guān)于硫酸亞鐵銨的制備研究主要集中于實驗的綠色化、微型化。硫酸亞鐵銨飽和溶液在有單晶存在的條件下可析出單晶體，單晶體的晶形狀與生長速率受到溶液濃度、溫度、酸度、溶劑和生長空間等外界因素的影響，本實驗主要探究硫酸亞鐵銨單晶晶體生長的實驗條件。硫酸亞鐵銨晶體的溶解度在不同參考書中不盡相同，實驗測定了硫酸亞鐵銨晶體溶解度并繪制溶解度曲線。 研究目的 ⑴硫酸亞鐵銨中結(jié)晶水含量； ⑵探究硫酸亞鐵銨的溶解度； ⑶無水乙醇對硫酸亞鐵銨晶體結(jié)晶的影響； ⑷研究培養(yǎng)硫酸亞鐵銨單晶晶體生長的實驗條件。 結(jié)論： 培養(yǎng)硫酸亞鐵銨單晶的適宜條件 硫酸亞鐵銨溶液在pH=1～2之間，比重為1.2g/cm-3，溫度為15～20℃下，容易析出較大顆粒的晶體，單晶生長速度快，但形成的單晶棱角不完整，當溫度15～30℃之間，溶液易形成較大的飽和度，有利于單晶的生長。 外界因素對硫酸亞鐵銨單晶生長的影響 ⑴溶液濃度的影響 硫酸亞鐵銨的飽和度較大，一般在20～30℃之間最大，濃度較大時，晶體析出速率較快，形狀不規(guī)則，筆者在實驗研究過程中發(fā)現(xiàn)，100克水中溶解39克硫酸亞鐵銨，在pH=1～2之間、溫度在15～20℃之間易出現(xiàn)較大顆粒晶體，且形狀規(guī)則，適合選取單晶。 隨著溶質(zhì)的不斷析出，溶液飽和度下降，此時繼續(xù)在原溶液中培養(yǎng)單晶時，晶體的形狀會發(fā)生一定的改變，主要體現(xiàn)在晶體向下生長，上部分的晶體逐漸溶解，下部分逐漸長大，使本來完整規(guī)則的晶體形狀發(fā)生改變。這是因為晶體在自身的生長過程中會萌生大量的位錯，出現(xiàn)孿晶[7]；同時晶體生長是一個很復(fù)雜的物理化學過程，在通常情況下會受一些雜質(zhì)、溫度等因素的影響，其生長過程遵循布拉威定律[8]。 ⑵溫度的影響 硫酸亞鐵銨有較大的飽和度，所以在培養(yǎng)單晶時應(yīng)盡量控制溫度在10～20℃之間，這樣做一方面可以節(jié)約硫酸亞鐵銨的用量，另一方面，通常情況下溶劑水的溫度在20℃左右，便于控制。 ⑶溶劑蒸發(fā)量的影響 溶劑蒸發(fā)的速率越快，越易析出晶體，在實驗研究過程中發(fā)現(xiàn)，硫酸亞鐵銨晶體是在其液體的表面首先形成，當晶體逐漸長大后，由于質(zhì)量增加，在重力的作用下沉入到容器底部，在培養(yǎng)晶體時，晶體表面會附著有小晶體出現(xiàn)，筆者在實驗過程中將培養(yǎng)容器的口徑封閉，并在適合濃度下培養(yǎng)晶體，很好的克服了晶體表面附著小晶體的缺點。 ⑷無水乙醇的影響 加入無水乙醇能有效地提高硫酸亞鐵銨晶體結(jié)晶的速度，當加入的乙醇濃度過高時，會析出針狀的晶體。 ⑸生長空間的影響 生長空間對晶體的長大有一定的影響，在相同濃度和其他條件保持不變的情況下，晶體的生長空間越大，所得晶體越大，但所得晶體在長大時容易發(fā)生變形，如果要得到比較漂亮的晶體，最好選擇100ml燒杯作為培養(yǎng)容器。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 撰寫目的： 探究制備硫酸亞鐵銨單晶的實驗條件，并制備其單晶。 基本思路：設(shè)計實驗測定硫酸亞鐵銨單晶的結(jié)晶水含量、測定硫酸亞鐵銨晶體在水中的溶解度并繪制溶解度曲線圖，探究無水乙醇對硫酸亞鐵銨晶體結(jié)晶的影響并繪制無水乙醇對硫酸亞鐵銨晶體結(jié)晶速率的影響曲線圖，探究不同條件下影響硫酸亞鐵銨單晶生長的實驗條件，并制備硫酸亞鐵銨單晶晶體。
科學性、先進性及獨特之處
- 該作品突破實驗室傳統(tǒng)制備硫酸亞鐵銨晶體的思路，著重研究制備其大型單晶的實驗條件，測定了硫酸亞鐵銨晶體在水中溶解度并繪制溶解度曲線圖，研究了無水乙醇對硫酸亞鐵銨晶體結(jié)晶速度的影響并繪制曲線圖。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 本作品探索了制備硫酸亞鐵銨單晶的實驗條件，對于研究大晶體的制備實驗有一定的教學價值；對于開展學生課外實驗研究、培養(yǎng)學生科研能力和創(chuàng)新能力及探索開放實驗室模式有一定的現(xiàn)實意義。
學術(shù)論文摘要
- 硫酸亞鐵銨飽和溶液在有單晶存在的條件下可析出單晶體，單晶體的晶形狀與生長速率受到溶液濃度、溫度、酸度、溶劑和生長空間等外界因素的影響，實驗研究了這些因素對培養(yǎng)硫酸亞鐵銨晶體的影響并制得其單晶。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
- [1]陳秉堄,朱志良,劉艷生等.普通無機化學實驗[M].上海:同濟大學出版社,2000.9,43 [2]李艷輝.無機及分析化學實驗[M].南京：南京大學出版社,2006.9,85 [3]馬超平,盧旭曉,鄧紹強等.硫酸亞鐵銨制備的微型實驗[J].湛江師范學院學報,2003,24(03),103-106 [4]陳彥玲,岳淑美,林世威等.用綠色化學理念改進硫酸亞鐵銨制備實驗的探究[J].長春師范學院學報(自然科學版),2010，29(4),61-63 [5]南京大學《無機及分析化學實驗》編寫組.無機及分析化學實驗（第四版）[M].北京：高等教育出版社,2006.7,71 [6]劉加虎，戚萬友.巧制硫酸亞鐵銨晶體[J].化學教育,2009,30(1), 70-70 [7]陳敬中.現(xiàn)代晶體化學:理論與方法[M].北京:高等教育教育出版社2001.8,240-244 [8]錢逸泰.結(jié)晶化學導(dǎo)論（第三版）[M].合肥：中國科學技術(shù)大學出版社,2005.8,42
同類課題研究水平概述
- 目前，硫酸亞鐵銨是高校無機及分析化學實驗中常用的一種試劑，傳統(tǒng)的實驗方法得到的晶體晶形較小，國內(nèi)關(guān)于硫酸亞鐵銨的制備研究主要集中于實驗的綠色化、微型化，如馬超平等的《用綠色化學理念改進硫酸亞鐵銨制備實驗的探究》（《長春師范學院學報》(自然科學版) ,2010，29(4),61-63），馬超平等的《硫酸亞鐵銨制備的微型實驗》（《湛江師范學院學報》,2003,24(03),103-106）等等，尚未見制備硫酸亞鐵銨單晶的相關(guān)文獻。
