「實驗九：硫酸亞鐵銨的制備討論報告」.doc

硫酸亞鐵銨的制備摘要本次討論了總結和解釋了硫酸亞鐵銨蒸發(fā)濃縮時的現(xiàn)象，并以此展開，分析討論了結晶條件對產(chǎn)品品質的影響。最終認為，濃度、溫度、晶種、雜質、是否攪拌都會影響產(chǎn)品品質。一、 前言在本次實驗中，我們觀察比較了每一位同學的濃縮過程所用的時間，現(xiàn)象以及晶體形成情況，發(fā)現(xiàn)盡管依照同一個實驗方案，各人的晶體生成情況仍存在差異。為此，本小組查閱了相關文獻，并就此展開討論，認為濃度、溫度（冷卻速度）、晶種、雜質、是否攪拌都會影響產(chǎn)品品質。二、 內容1、本實驗中觀察到的濃縮過程的現(xiàn)象為：濾液為澄清淺綠色液體（部分同學因抽濾操作失誤而有部分黑色固體存在且濾液顏色偏深），邊攪拌邊蒸發(fā)，濾液濃縮，觀察到綠色變深（部分同學觀察到溶液顯黃綠色，初步判斷是由于二價鐵被氧化所致）。蒸發(fā)一定時間后，在液體表面觀察到有晶體析出，很快形成晶膜。2、結晶原理1溶質從溶液中析出的過程，可分為晶核生成（成核）和晶體生長兩個階段，兩個階段的推動力都是溶液的過飽和度（ 結晶溶液中溶質的濃度超過其飽和溶解度之值）。晶核的生成有三種形式：即初級均相成核、初級非均相成核及二次成核。在高過飽和度下，溶液自發(fā)地生成晶核的過程，稱為初級均相成核；溶液在外來物（如大氣中的微塵）的誘導下生成晶核的過程，稱為初級非均相成核；而在含有溶質晶體的溶液中的成核過程，稱為二次成核。二次成核也屬于非均相成核過程，它是在晶體之間或晶體與其他固體（器壁、攪拌器等）碰撞時所產(chǎn)生的微小晶粒的誘導下發(fā)生的。 對結晶操作的要求是制取純凈而又有一定粒度分布的晶體。晶體產(chǎn)品的粒度及其分布，主要取決于晶核生成速率(單位時間內單位體積溶液中產(chǎn)生的晶核數(shù))、晶體生長速率（單位時間內晶體某線性尺寸的增加量）及晶體在結晶器中的平均停留時間。溶液的過飽和度，與晶核生成速率和晶體生長速率都有關系，因而對結晶產(chǎn)品的粒度及其分布有重要影響。在低過飽和度的溶液中，晶體生長速率與晶核生成速率之比值較大（見圖），因而所得晶體較大，晶形也較完整，但結晶速率很慢。在工業(yè)結晶器內，過飽和度通?？刂圃诮榉€(wěn)區(qū)內，此時結晶器具有較高的生產(chǎn)能力，又可得到一定大小的晶體產(chǎn)品。關于晶體的析出過濾得到的濾液冷卻后，晶體就會析出。用冷水或冰水迅速冷卻并劇烈攪動溶液時，可得到顆粒很小的晶體，將熱溶液在常溫條件下靜置使之緩緩冷卻，則可得到均勻而較大的晶體。3、晶體大小與晶體品質的關系2 晶體較大且均勻的晶體挾帶母液較少，易于洗凈，晶體較純凈；顆粒太小且不均勻時，會形成稠厚的糊狀物，挾帶母液較多，不易洗凈，產(chǎn)品品質不高；顆粒過大，母液中殘余溶質較多，產(chǎn)率較低。事實上結晶條件主要是通過影響析出晶體的大小，從而影響產(chǎn)品品質的。鑒于已經(jīng)清楚了晶體大小與晶體品質的關系，故可以通過討論結晶條件對晶體大小的影響來回答結晶條件對產(chǎn)品品質的影響：4、結晶條件對晶體大小的影響2（1）溫度對晶體大小的影響 如果溫度較低且加以攪拌，冷卻速度較快，那么析出的晶體顆粒較小且大小不均勻，會形成稠厚的糊狀物，挾帶母液較多，不易洗凈；如果溫度較低高并適當攪拌，冷卻速度較慢，那么析出的晶體顆粒較大且均勻，挾帶母液較少，易洗凈；但如果晶體過大，母液剩余的溶質會較多，影響產(chǎn)率。（2）晶種對晶體大小的影響 在本實驗的濃縮過程中，未人為添加晶種，但在攪拌過程中，玻璃棒與蒸發(fā)皿碰撞摩擦，產(chǎn)生了細小的顆粒，可以作為晶種。如果在溶液中加入了晶種，則可生產(chǎn)較大的晶體。（3）濃度對晶體大小的影響 溶質濃度較大，析出的晶體較小；溶質濃度較小，析出晶體較大。（這與晶核生成速度有關，參見化學工程手冊（第二版）第十篇結晶中的結晶機理與化學動力學一節(jié)）（4）雜質對晶體大小的影響1 各種雜質能改變晶體行為的機理，一般人為有兩種，一種是雜質只存留在溶液中不參與溶質結晶，只是集中于晶體表面附近，可能導致表面層發(fā)生變化，因而影響晶體行為；另一種機理是其不但存于母液中，而且被吸附于晶體表面，進入晶格，當溶質分子欲與晶格連接之前，首先必須更替晶面上吸附的雜質，因而影響了晶面成長速率，導致晶習（從溶液中結晶出來的晶體均具有特定的晶形的現(xiàn)象，稱結晶習慣，簡稱晶習）改變等。（不同雜質對晶體的影響較復雜，不具體解釋，可參考化學工程手冊（第二版）三、 結論濃度、溫度、晶種、雜質、是否攪拌都會影響晶體的大小，從而影響到產(chǎn)品品質。此外，根據(jù)所查閱的文獻，溶劑的選擇（單一或復合）、結晶溫度，攪拌速度，攪拌方式，過飽和度的選擇、養(yǎng)晶的時間、溶媒滴加的方式、速率上述溫度、攪拌速度、時間多少、加入方式和速度都會對結晶有所影響，限于知識范圍、本次實驗操作以及篇幅，不在此展開。結晶是一極其復雜的過程，眾多因素都對其存在影響。因此在結晶操作中，建議綜合考慮，以保證結晶質量。四、 參考文獻1時鈞、汪家鼎、余國琮