明礬的制備、組分含量測定及其晶體的培養(yǎng)一.實驗目的1.熟練掌握無機物的提取、提純、制備、分析等方法的操作及方案設計。2.學習設計綜合利用廢舊物的化學方法。3.學習從溶液中培養(yǎng)晶體的原理和方法。4.自行設計鑒定產(chǎn)品的組成、純度和產(chǎn)率的方法，并鑒定之。儀器和試劑（1）儀器100cm3燒杯，布氏漏斗，抽濾瓶，表面皿，玻璃棒，試管，電子天平，容量瓶（250mL、100mL），移液管，錐形瓶（兩個），電爐，溫度計。（2）試劑廢鋁（易拉罐），KOH（1.5mol·dm-3）,NH3·H2O（6mol·dm-3），H2SO4（9mol·dm-3），HAc（6mol·dm-3），KAl（SO4）2·12H2O晶種，BaCl2（1mol·dm-3），pH試紙，滌綸線EDTA溶液(0.02205mol·L-1)，二甲酚橙(XO，2g·L-1)水溶液，

NaOH溶液(200g·L-1，貯于塑料瓶中)，HCl(6mol·L-1，3mol·L-1)，NH3·H2O（1+1），

六次甲基四胺溶液(200g·L-1)，Zn2+(0.01089mol·L-1)；NH4F溶液(200g·L-1，貯于塑料瓶中)，KOH溶液：（1.5mol/L取42.08gKOH溶于500ml蒸餾水中），氯化鋇溶液：0.25g/mL；取25.45克氯化鋇溶于100mL蒸餾水中硫酸根標準貯備溶液（550ug/mL）：準確稱取0.2210g（稱準至0.0001g）已烘干的基準硫酸鉀溶于100mL水中，全量轉入250mL容量瓶中，加水定容，搖勻。二.實驗提要目前使用的鋁制品的包裝和用具較多，因此廢舊飲料罐、盒，鋁質(zhì)導線等廢鋁很多，設計簡便的方法由鋁制的易拉罐制備明礬（KAl(SO4)2-·12H2O），并培養(yǎng)明礬的單晶，計算產(chǎn)率和鑒定產(chǎn)品的質(zhì)量。1、實驗原理（1）明礬的制備將鋁溶于稀氫氧化鉀溶液制得偏鋁酸鉀：往偏鋁酸鉀溶液中加入一定量的硫酸，能生成溶解度較小的復鹽明礬[KAl(SO4)2·12H2O]反應式為：不同溫度下明礬、硫酸鋁、硫酸鉀的溶解度（100gH2O中）如下表所示：溫度T/K物質(zhì)種類273283293303313333353363KAl(SO4)2·12H2O/g

3.003.995.908.3911.724.871.0109Al2(SO4)3/g31.233.536.440.445.859.273.080.8K2SO4/g7.49.311.113.014.818.221.422.9單晶的培養(yǎng)要使晶體從溶液中析出，從原理上來說有兩種方法。以圖1的溶解度曲線的過溶解度曲線為例，為溶解度曲線，在曲線的下方為不飽和區(qū)域。若從處于不飽和區(qū)域的A點狀態(tài)的溶液出發(fā)，要使晶體析出，其中一種方法是采用的過程，即保持濃度一定，降低溫度的冷卻法；另一種辦法是采用的過程，即保持溫度一定，增加濃度的蒸發(fā)法。用這樣的方法使溶液的狀態(tài)進入到線上方區(qū)域。一進到這個區(qū)域一般就有晶核產(chǎn)生和成長。但有些物質(zhì)，在一定條件下，雖處于這個區(qū)域，溶液中并不析出晶體，成為過飽和溶液?？墒沁^飽和度是有界限的，一旦達到某種界限時，稍加震動就會有新的，較多的晶體析出（在圖中，表示過飽和的界限，此曲線稱為過溶解度曲線）。在和之間的區(qū)域為準穩(wěn)定區(qū)域。要使晶體能較大地成長起來，就應當使溶液處于準穩(wěn)定區(qū)域，讓它慢慢地成長，而不使細小的晶體析出。根據(jù)溶解與結晶原理，在飽和溶液中采用加入人工晶種方法培養(yǎng)硫酸鋁鉀的單晶。KAl(SO4)2·12H2O為正八面體晶形。為獲得棱角完整、透明的單晶，應讓籽晶（晶種）有足夠的時間長大，而晶籽能夠成長的前提是溶液的濃度處于適當過飽和的準穩(wěn)定區(qū)（圖11的區(qū)）。本實驗通過將室溫下的飽和溶液在室溫下靜置，靠溶劑的自然揮發(fā)來創(chuàng)造溶液的準穩(wěn)定狀態(tài)，人工投放晶種讓之逐漸長成單晶。2、制備：制備工藝路線大致如下：步驟及現(xiàn)象：2.1.1清除廢鋁表層的污染物，洗凈，干燥。2.1.2稱取1.80g廢鋁，加入KOH50ml，加熱溶解。有大量的氣泡產(chǎn)生，隨著產(chǎn)品的溶解，溶液瞬間變成黑色，溶解到無氣泡再產(chǎn)生，固體幾乎消失時停止。2.1.3抽濾，取下清液。濾液顯微黃色。2.1.4往清液中滴加0.3/LH2SO4（1.2），直至沉淀溶解。往溶液中滴加H2SO4時產(chǎn)生絮狀沉淀，繼續(xù)滴加H2SO4時產(chǎn)生白色沉淀，繼續(xù)滴加H2SO4溶液變渾濁，加熱，溶液變澄清。2.1.5濃縮，分成兩份，用兩種方法結晶。晶體的生長：1）然后放在不易振動的地方，燒杯口上架一玻棒，在燒杯口上蓋一塊濾紙，以免灰塵落下。放置一天，杯底會有小晶體析出。2）以縫紉用的滌綸線把0.15g、0.10g晶種系好，剪去余頭，纏在玻棒上懸吊在已過濾的飽和溶液中，觀察晶體的緩慢生長。一天后，可得到棱角完整齊全、晶瑩透明的大塊晶體。抽濾以上兩份溶液，吹干，所得結果如下：樣品總重量31.94g器皿+濾紙14.77g晶種0.15g+0.10g凈重16.92g三.產(chǎn)品鑒定準確稱取0.3642g（7.68×10-4mol）產(chǎn)品，加入3—5ml1：3HCl，微熱，冷卻后，定容于100ml容量瓶中。（待用）1、鋁離子鑒定：實驗原理由于Al3+易水解而形成一系列多核氫氧基絡合物，且與EDTA反應慢，絡合比不恒定，常用返滴定法測定鋁含量。加入定量過量的EDTA標準溶液，加熱煮沸幾分鐘，使絡合完全，繼在pH為5~6，以二甲酚橙為指示劑，用Zn2+標準溶液滴定過量的EDTA。然后,加入過量的NH4F,加熱至沸,使AlY-與F-之間發(fā)生置換反應,釋放出與Al3+等物質(zhì)的量的EDTA,再用Zn2+鹽標液滴定釋放出來的EDTA而得到鋁的含量.有關反應如下：pH=3.5時，Al3+（試液）＋Y4-（過量）＝AlY-,Y4-(剩)pH=5~6時，加XO指示劑，用Zn2+鹽標液滴定剩余的Y4-Zn2+＋Y4-(剩)＝ZnY2-終點：Zn2+(過量）＋XO＝Zn-XO黃色→紫紅色置換反應:AlY-+6F-=AlF63-+Y4-(置換)滴定反應:Y4-(置換)+Zn2+＝ZnY2-終點：Zn2+(過量）＋XO＝Zn-XO黃色→紫紅色步驟與現(xiàn)象：吸取所配試液25.00ml于250ml錐形瓶中，加入10ml0.02mol/LEDTA溶液，二甲酚橙指示劑2滴，用1：1氨水調(diào)至溶液恰成紫紅色，然后滴加1：3HCl3滴，將溶液煮沸3min左右，冷卻，加入20%六次甲基四胺溶液20ml，此時溶液應成黃色，如不成黃色，可用HCl調(diào)節(jié)，再補加二甲酚橙指示劑2滴，用鋅標準溶液滴定至溶液從黃色變?yōu)榧t紫色（此時，不計體積）。加入20%NH4F溶液10ml，將溶液加熱至微沸，流水冷卻，再補加二甲酚橙指示劑2滴，此時溶液應呈黃色，若溶液呈紅色，應滴加1：3HCl使溶液呈黃色，再用鋅標準溶液滴定至溶液由黃色變?yōu)樽霞t色時，即為終點。根據(jù)消耗的鋅鹽溶液的體積，計算Al3+的百分含量。實驗數(shù)據(jù)：滴定前（ml）00滴定后（ml）15.3215.36用量（ml）15.3215.36平均用量（ml）15.34鋁的含量（mmol）0.1670鋁的含量（%）18.8Al%=46.5%2、硫酸根鑒定：2.2.1標準曲線的繪制：精確吸取硫酸根標準溶液1、2、3、4、5mL于5個25mL比色管中。同時加入0.25g/mL氯化鋇溶液直至沒沉淀產(chǎn)生,用蒸餾水稀釋至刻度，勻速攪拌1分鐘，將渾濁液倒入1厘米比色皿中，靜置4分鐘，在420nm處，以蒸餾水作空白，分別測其吸光度。以吸取硫酸根標準溶液ml數(shù)為橫坐標，以吸光度為縱坐標繪制標準曲線。2.2.2樣品的測定：吸取上述待用溶液1.00mL于25mL容量瓶中,同時加入0.25g/mL氯化鋇溶液直至沒沉淀產(chǎn)生,用蒸餾水稀釋至刻度，勻速攪拌1分鐘。將渾濁液倒入1厘米比色皿中，靜置4分鐘，在波長420nm處，以蒸餾水作空白，測其吸光度。SO42-濃度與吸光度的關系SO42-濃度(ug/ml)22446688110樣品吸光度0.2560.3290.4050.5440.5490.525舍棄SO42-濃度為88ug/ml的一組數(shù)據(jù)。將樣品的吸光度帶入y=0.0033x+0.1833中，得到SO42-濃度為103.5ug/ml。Al%=[C(SO42-)V(100ml/1ml)×M(Al)×(16.92g/0.3642g)/(M(SO42-)×2)]/m總=[103.5ug/ml×25ml×100×27×(16.92/0.3642)/(96×2)]/1.80g=93.9%對兩種鑒定方法的分析：上述兩種鑒定方法得知用硫酸根離子鑒定鋁的百分含量遠遠大于用鋁離子鑒定的方法。主要原因如下：結晶過程中用到大量的硫酸根離子，因此晶體中附著有較多的硫酸根離子。雖然在洗滌晶體時洗滌些硫酸根離子，但是還是殘存大量的硫酸根