学生设计类学习活动案例硫酸铜晶体的制备石龙三中陈佩霞一、设计主题在初中化学书中，教师通常在课堂上使用冷却热饱和溶液的方法制备硝酸钾或明矶晶体但如果把制备方法教给学生，让学生自己制备硫酸铜晶体（硫酸铜外观更漂亮，更受学 生欢迎），学生的成就感和对化学的学习兴趣回大大提高而实际操作中，学生制备的硫酸 铜晶体的析出不够理想，晶体较小而且，学生在同样的实验操作条件下，得到的产品收率 和外观却总是千差万别对此学生常会提出各种各样的问题为了能够制备出大的、具有规 则外形的硫酸铜晶体，提高实验的重现性及产率，减少实验的步骤及实验所需时间，有必要 对实验进行改进，在多次实验过程中，学生的实验技能可大大提高二、活动目的1通过对网络查找化学资料，培养社会实践能力，提高整理、分析资料的学习能力， 以及掌握调查研究的方式、方法2、通过对影响硫酸铜晶体析出条件的探究，复习巩固溶解度、溶液的过饱和度，并培 养学生的实验操作能力，了解结晶方法3通过活动的开展，把知识转化成其自身的能力，把课堂更多地延伸到课外，培养学生学习化学的兴趣和信心三、活动计划1活动对象：九年级学生；2、活动时间：综合实践课3活动内容：制备硫酸铜晶体。
四、活动过程1、准备阶段（1）查阅资料与实验设想结晶与溶质在溶剂中的溶解度和结晶过程中的操作方式等有关溶液的过饱和度是结晶 的主动力硫酸铜晶体属三斜晶系，要获得颗粒较大的理想晶体，需要严格控制溶液的过饱 和度，溶液蒸发或冷却的速度，晶种的数量，溶液的pH值，共存的杂质及其它相关条件等在本次实验中，我们将着重对溶液的过饱和度、pH值、冷却速度及温度、加入晶种的 种类及数量进行探究2） 主题讨论：让学生开展讨论，选择和确定学生所反映的各个方面的内容3） 分组活动对所确定的内容：溶液的过饱和度、pH值、冷却速度及温度、加入 晶种的种类及数量进行分组实验，让学生自由地选择比较特长的部分进行实践活动4） 成立筹备小组的负责机制，让有责任心的小组长统筹所有的工作，并实时将问题与老师汇报，探讨解决的方法2、实施阶段1. 查阅资料：同学们在老师和科代表的发动下，大家积极参与资料的准备 工作，有的同学负责制上网收集资料，有些同学图书馆里认真的阅读文献，希望可以为这次 活动提供有用的资料最终确定具体安排:第一小组第二小组第三小组第四小组对溶液过饱和对作晶种的材料的对饱和溶液pH值对过饱和溶液的冷却速度的探究探究的探究度的探究小组长：第一小组：杨光第二小组：叶丽晶第三小组：苏灿森第四小组：姚嘉明2. 实验用品准备：实验仪器：天平、大烧杯（250mL ）小烧杯（150mL ） 玻璃棒、酒精灯、石棉网、pH试纸、温度计实验药品：无水硫酸铜、稀硫酸3. 实验步骤：（1 ）对溶液过饱和度的探究（第一小组）:无水硫酸铜，加热使固体溶解，并控制过饱和溶液的pH取六只盛有100g水的250mL的烧杯，分别加入30g、40g、50g、55g、60g、70g温下缓慢结晶。
二小组）:的硫酸铜溶液分装在四较规则的CuS04小晶只烧杯不加任何晶种值为2—3之间；静置，使其在室（2 ）对作晶种的材料的探究（第将溶解度为50g、pH值为2 只150mL的小烧杯中分别加入： 体、棉线、铜丝作为晶种，最后一 自然冷却结晶3 ）对饱和溶液pH值的探究（第三小组）：在三只150mL、溶液溶解度为50g的小烧杯中滴加2mol・L的稀硫酸，分别调整pH 值为1、2、3、4,自然冷却结晶4 ）对过饱和溶液的冷却速度的探究（第四小组）：在三只150mL、装有100g水的小烧杯中加入50g硫酸铜，加热溶解调整pH值为2对三份溶液分别作如下处理：第一份在室温下自然冷却结晶；第二份用自来水快速冷却 结晶；第三份保持在35弋左右水浴中4小时后再自然冷却五、活动结果活动进行非常顺利f同学们都非常顺利地完成实验并达 到预期的目的，可见我们的充分准备是有成效的最后，有 老师提供实验报告表格，实验后由同学填写表格及填写 内容如下表一至四）表一、溶液过饱和度对晶体形成的影响（室温约23°C）pH值结晶情况1产生大量晶体，但颜色较浅，且疏松易破 碎2晶型好，产量较高，晶体为蓝色，较致密3晶型较好，但是产率不咼4晶型较好，但是产率低表三、不同pH值对晶种形成的影响加入硫酸铜 的质量（g）溶液颜色及结晶情况30溶液为浅蓝色，放置两周后仍无晶体析出40溶液为蓝色，一周后开始有晶体析出，晶体细小且量少，但较规则50溶液为蓝色，两天后开始析出晶体。
晶型较规则，颗粒较大，数量较多， 不粘结55溶液蓝色，约一天后开始析出晶体颗粒大，外形规则，数量较多，不 粘结可作晶种或由其继续长大至大型晶体60溶液为蓝色，12小时后即长出晶体，晶体颗粒大，但粘结，晶型不规 贝y,较难用于演示70溶液为湛蓝色，12小时后长出晶体晶体量多，但都粘结且堆积在烧 杯底部，失去了规则的外形表二、不同晶种对晶体形成的影响晶种类型结晶情况自然结晶晶型规则，颗粒较大，但量不多棉线大量成锥形的细小晶体成串地附着在棉线上，无规则的外形铜丝成串锥形晶体连接在铜丝上，外型不规则，生长缓慢CuSO4小晶体在原来的规则晶体基础上继续生长，外形佳，为单个晶体，几天后 在烧杯底部也有少量晶体析出表四、不同温度对晶体形成的影响温度控制结晶情况快速冷却晶体细小，过碎，晶型不完整自然冷却析出晶体较多，晶型较完整水浴加热（35 C）后冷却晶体较多，晶型完整六、实验结果讨论实验结束后，同学们经过几天的资料整理与归纳，由每一组学生代表发言，最终整理如 下：1. 第一组：对溶液过饱和度对晶体形成影响的归纳如下： 硫酸铜在水里的溶解度较大20 °C时硫酸铜的溶解度为21g,即20C时lOOmL水中可溶解硫酸铜晶体（CuSO4・5H2O） 36g。
因此，我们认为从理论上讲，在lOOmL水中加 40gCuSO4 ・5H2O，在室温（20〜25C ）条件下很难有“若干小 晶体生成”另外，我们查阅资料知道：如果溶液的过饱和度很大，液体 的粘度就很高，晶核的形成速率很快，晶核过多，粒径变小因 此，若要得到较大的晶体，应严格控制溶液的过饱和度2. 第二组：不同晶种对晶体形成的影响的归纳如下：根据结晶原理：晶体的生长是溶质在晶核表面不断堆积的结果，对澄清的过饱和溶液， 在介稳区内是不会产生晶核的，必须靠外界加入的晶种，才能使溶液中的溶质生长到晶种的 表面上，而溶液中的固体杂质、微粒、尘埃、容器界面的粗糙度、容器的震动等都会诱发成 核因此，我们总结得出：如果晶核太多，就无法形成大晶体由于毛细管和铜丝的表面积 较大，即晶核较多，加上毛细管和铜丝上生长的晶体，因相互堆积、相互挤压，致使晶体无 法成长相反，少量的硫酸铜细晶在溶液中分散性较好，容易形成大晶体这一点，突出表 现在了：用棉线作晶种，由于棉线表面存在着大量细小的棉纤维，形成大量的晶核，因此在 棉线上“挂”了大量的、不成型的硫酸铜晶体3. 第三组：不同pH值对晶种形成的影响的归纳如下： pH值是一个非常重要的操作条件。
查阅资料可知：在溶液中 加酸，一方面是为了防止加热使CU2+水解生成碱式硫酸铜沉淀 另一方面，在CuSO4溶液中加入稀H2SO4，因为产生了同离子效 应，使CuSO4的溶解度减小，从而使析出的硫酸铜晶体数量增多 实验结果表明，酸性强（即pHvl）,收率高、晶体大，但是 晶体颜色浅，且晶体很疏松，易破碎，可能原因是硫酸具有吸水 性，使硫酸铜晶体的结晶水含量降低酸性弱（即pH24）,晶型 好，但收率低，杂质多，主要原因是Cu2+水解生成了碱式硫酸铜 沉淀因此，为防止CU2+水解，并制得较大的硫酸铜晶体，应用稀硫酸对溶液进行酸化, 实验结果表明溶液的pH=2最理想4. 第四组：不同温度对晶体形成的影响的归纳如下：根据结晶原理，低温成长的晶体是呈透明状的完整晶体，高温下成长的晶体多为混浊状 态，晶体一般易于发生龟裂同时在结晶成长的时候，冷却速度不宜过快，一般采取室温自 然冷却，否则细小晶体增多，晶型也不完整因此，在析晶前要进行缓慢降温，并严格控制 终点温度的恒定在实验过程中，建议冷水进行冷却不用用自然冷却的方法七、收获与体会。