普通高中学生研究性学习成果

展

评

申

报

表

学校名称: 南京市梅山高级中学

课题名称: 硫酸铜晶体制作

课题负责人（学生）: 谢慧 郑苏庭

联系电话:

填表时间: 2018年 12 月 24 日

附件2

普通高中学生研究性学习成果展评汇总表

区教育局(盖章) 填表人： 手机： 填报时间：2018年 12 月 24 日

填表说明：①“学校名称”请填写学校公章上的全称；②“联系电话”为第一指导教师的手机号；③“项目类型”填写人文类、科学类、体艺类、综合类其中一种；④“指导教师”、“研究小组成员”超过1人，姓名中间请用顿号隔开。

硫酸铜晶体制作实验报告

一． 实验目的

制作硫酸铜晶体。

二． 实验器材、药品

烧杯，石棉网，曲别针，筷子

硫酸铜晶体

三． 实验步骤

1. 把适量的水装入烧杯中；

2. 加入硫酸铜晶体；

3. 加热盛有硫酸铜晶体的水，搅拌，使晶体溶于水中，形成硫酸铜溶液了；

4. 把曲别针弯成自己想要的形状（V i），制成晶核；

5. 用线把晶核绑在筷子上；

6. 把晶核放入该温度下饱和的硫酸铜溶液中；

7. 放置一段时间；

8. 温度下降，使晶体析出；

9. 等到晶体已经成形后，取出该晶体；

10.把附在表面的硫酸铜溶液擦干，放入盒子中放置。

四.实验图片

五．实验分析

在制作字母“V”时，放入晶核的时间较短，只有两三个小时，析出的晶体较小，而且晶体很容易散落，导致晶核露了出来；

在制作字母“i”时，放入晶核的时间则较长，有一个晚上，因此析出的晶体很多，导致晶体不像“i”的形状。

硫酸铜：
温度 0 10 20 25 30 40
无水物溶解度：14.3 17.2 20.5 22.3 24.4 28.7
5水物溶解度： 14.3 17.4 20.7 * 25.0 28.5
温度 50 60 70 80 90 100 150
无水物溶解度：33.7 39.5 * 55.5 * 77.0 82.5
5水物溶解度： 33.3 40.0 47.1 55 64.2 75.4 *

制备 /五水硫酸铜 编辑

预处理饲料级沙状无水硫酸铜，除具有硫酸铜的功能外还具有在使用过程中，粉尘较少，大大地减少环境污染和对工人皮肤、呼吸道的刺激；同时更能保证预混料中铜的添加量。流动性较好，在生产过程中混合均匀度较好；同时不易出现结块现象。本品在生产过程中， 因为不添加任何载体，故不存在与其它物质接触而产生的物理、化学变化。由于在预混合饲料、饲料中， 与维生素、氨基酸等营养物质的接触面较小，从而减少对上述营养物质的破坏。由于本品属沙粒状，与空气接触面小，故可以减少铜离子的氧化，从而提高其效价。游离酸含量低。硫酸铜晶体中每一组铜离子、硫酸根离子与结晶水分子的个数是1：10，呈蓝色，在加热的条件下，结晶水可全部失去，硫酸铜晶体变成白色。

晶核制作

在制作较大的固体晶体时，由于无水硫酸铜在水中的溶解度受温度影响较大，所以可以采用高温溶解，降温结晶的方法制作。可将较小晶体放在40度左右的饱和溶液中降温结晶来得到较大晶体。

晶核制作过程组图图册

STEP1

首先我们需要这些东西，硫酸铜AR级，烧杯两只（一大一小），培养皿两只，玻璃棒一根，滤纸，以及水。

STEP2

沸水400g，（最好使用蒸馏水或去离子水）以及100g硫酸铜。

STEP3

将沸水倒入装有硫酸铜的烧杯中，搅拌至不再溶解。此时可以看到溶液并不是十分纯净。

STEP4

过滤溶液。

很多人反映说溶液过滤到一半就开始结晶了。在这里解释下，有两种可能：

1.溶液过饱和

2.溶液降温过快

过滤后的溶液可以看得出非常纯净，透光非常好，呈深蓝色。

此处这里选用的是快速滤纸，如果你的溶液用快速滤纸依旧会结晶，请使用眼镜布或者重新配置温度高的接近饱和溶液。

STEP5

将溶液倒进培养皿中，静置一天。

注意，建议将培养皿放在温差不大的地方，且这个地方必须是不会有震动，灰尘少的地方。

静置期间不要把任何东西伸进溶液中，切记！

如果溶液表面有灰，不用担心，只需要耐心等待结晶即可。因为灰尘会浮在溶液表面。

STEP6

静置一段时间之后，溶液中会自然降温结晶出小的单晶，待它们长得符合你想要的大小之后，你就可以用镊子取出了。注意，只能一次性全部取出，因为你把镊子伸进溶液中之后，溶液就会在短时间内大量析出小晶粒，那时所有还在溶液中的晶体就都没用了。

普通晶核大小一般在1-2cm左右.

单晶培养

这里介绍众所周知的【悬挂法】

对于悬挂法，这是一种新人很容易上手的培养单晶的方法。

但是缺点在于，晶体中的线会影响晶体的美观，

以及在培养过程中，晶体很容易长出很多刺。

前者无法解决，后者与晶核的品质以及溶液的好坏有关。

绑线方法图册

STEP1 绑线

STEP2

配置一杯饱和溶液，将绑好的晶核放进去，一天左右的时间单晶就可以出来了。

要注意的问题就是，溶液是不是饱和或者近饱和了。

如果浓度不够，那么晶核就会溶解于其中。

如果过饱和了，就会长成形状杂乱的晶体。

性状特征 /五水硫酸铜 编辑

形态

三斜晶系。晶体作扳状或短柱状，通常为致密块状、钟乳状、被膜状、肾状，有时具纤维状。颜色为天蓝、蓝色，有时微带浅绿。条痕无色或带浅蓝。光泽玻璃状。半透明至透明。断口贝壳状。硬度2.5。比重2.1～2.3。性极脆。常产于铜矿的次生氧化带中。

性状

为不规则的块状结晶体，大小不一。深蓝或浅蓝色，半透明。似玻璃光泽。质脆，易碎，碎块呈棱柱形，断面光亮。无臭，味涩。以块大、深蓝色、透明、无杂质者为佳。

露置干燥空气中，缓缓风化。加热烧之，则失去结晶水，变成白色，遇水则又变蓝色。易溶于水及甘油，不溶于乙醇。水溶液显铜盐及硫酸盐的各种特殊反应。

指标 /五水硫酸铜 编辑

硫酸铜含量（以CuSO·5HO计）% ≥ 98.5

硫酸铜含量（以Cu计）% ≥ 25

铅（以Pb计）% ≤ 0.001

砷（以As计）% ≤ 0.0005

细度 30-80

相对分子质量约为250

结构

五水硫酸铜晶体结构：CuSO·5HO晶体结构中，Cu离子呈八面体配位，为四个HO和两个O所围绕。第五个HO与Cu八面体中的两个HO和[SO]中的两个O连接，呈四面体状，在结构中起缓冲作用。

失水过程

无水硫酸铜晶体失水分三步

上图中两个仅以配位键与铜离子结合的水分子最先失去，大致温度为102摄氏度。

两个与铜离子以配位键结合，并且与外部的一个水分子以氢键结合的水分子随温度升高而失去，大致温度为113摄氏度。

最外层水分子最难失去，因为它的氢原子与周围的硫酸根离子中的氧原子之间形成氢键，它的氧原子又和与铜离子配位的水分子的氢原子之间形成氢键，总体上构成一种稳定的环状结构，因此破坏这个结构需要较高能量。失去最外层水分子所需温度大致为258摄氏度。

差热曲线分析：差热曲线在185℃时出现显着的吸热谷。310℃时出现较小的吸热谷，是由于脱水引起的。当加热至805℃和875℃时出现两个连续的吸热谷是由于脱失硫酸根引起的。（注：实际操作时由于无水硫酸铜较易变质，加上杂质含量、仪器准确度等因素的干扰，实验结果与理论值的差距比较大。）