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，國內關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，還可用作染料的媒染劑、農用殺蟲劑等應用到工農業(yè)生產當中。 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，國內關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雜的物理化學過程，在通常情況下會受一些雜質、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：設計實驗測定硫酸亞鐵銨單晶的結晶水含量、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晶的影響并繪制無水乙醇對硫酸亞鐵銨晶體結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晶速度的影響并繪制曲線圖。
應用價值和現(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.結晶化學導論（第三版）[M].合肥：中國科學技術大學出版社,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，國內關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文獻。
