「實(shí)驗(yàn)九：硫酸亞鐵銨的制備討論報(bào)告」.doc

硫酸亞鐵銨的制備摘要本次討論了總結(jié)和解釋了硫酸亞鐵銨蒸發(fā)濃縮時(shí)的現(xiàn)象，并以此展開，分析討論了結(jié)晶條件對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響。最終認(rèn)為，濃度、溫度、晶種、雜質(zhì)、是否攪拌都會(huì)影響產(chǎn)品品質(zhì)。一、 前言在本次實(shí)驗(yàn)中，我們觀察比較了每一位同學(xué)的濃縮過程所用的時(shí)間，現(xiàn)象以及晶體形成情況，發(fā)現(xiàn)盡管依照同一個(gè)實(shí)驗(yàn)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(guān)文獻(xiàn)，并就此展開討論，認(rèn)為濃度、溫度（冷卻速度）、晶種、雜質(zhì)、是否攪拌都會(huì)影響產(chǎn)品品質(zhì)。二、 內(nèi)容1、本實(shí)驗(yàn)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(xué)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(xué)觀察到溶液顯黃綠色，初步判斷是由于二價(jià)鐵被氧化所致）。蒸發(fā)一定時(shí)間后，在液體表面觀察到有晶體析出，很快形成晶膜。2、結(jié)晶原理1溶質(zhì)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(gè)階段，兩個(gè)階段的推動(dòng)力都是溶液的過飽和度（ 結(jié)晶溶液中溶質(zhì)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(jí)均相成核、初級(jí)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(jí)均相成核；溶液在外來物（如大氣中的微塵）的誘導(dǎo)下生成晶核的過程，稱為初級(jí)非均相成核；而在含有溶質(zhì)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(shí)所產(chǎn)生的微小晶粒的誘導(dǎo)下發(fā)生的。 對(duì)結(jié)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(shí)間內(nèi)單位體積溶液中產(chǎn)生的晶核數(shù))、晶體生長速率（單位時(shí)間內(nèi)晶體某線性尺寸的增加量）及晶體在結(jié)晶器中的平均停留時(shí)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(guān)系，因而對(duì)結(jié)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(jié)晶速率很慢。在工業(yè)結(jié)晶器內(nèi)，過飽和度通?？刂圃诮榉€(wěn)區(qū)內(nèi)，此時(shí)結(jié)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(guān)于晶體的析出過濾得到的濾液冷卻后，晶體就會(huì)析出。用冷水或冰水迅速冷卻并劇烈攪動(dòng)溶液時(shí)，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(zhì)的關(guān)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(shí)，會(huì)形成稠厚的糊狀物，挾帶母液較多，不易洗凈，產(chǎn)品品質(zhì)不高；顆粒過大，母液中殘余溶質(zhì)較多，產(chǎn)率較低。事實(shí)上結(jié)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(zhì)的。鑒于已經(jīng)清楚了晶體大小與晶體品質(zhì)的關(guān)系，故可以通過討論結(jié)晶條件對(duì)晶體大小的影響來回答結(jié)晶條件對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響：4、結(jié)晶條件對(duì)晶體大小的影響2（1）溫度對(duì)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(huì)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(dāng)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(zhì)會(huì)較多，影響產(chǎn)率。（2）晶種對(duì)晶體大小的影響 在本實(shí)驗(yàn)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(xì)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(duì)晶體大小的影響 溶質(zhì)濃度較大，析出的晶體較?。蝗苜|(zhì)濃度較小，析出晶體較大。（這與晶核生成速度有關(guān)，參見化學(xué)工程手冊(cè)（第二版）第十篇結(jié)晶中的結(jié)晶機(jī)理與化學(xué)動(dòng)力學(xué)一節(jié)）（4）雜質(zhì)對(duì)晶體大小的影響1 各種雜質(zhì)能改變晶體行為的機(jī)理，一般人為有兩種，一種是雜質(zhì)只存留在溶液中不參與溶質(zhì)結(jié)晶，只是集中于晶體表面附近，可能導(dǎo)致表面層發(fā)生變化，因而影響晶體行為；另一種機(jī)理是其不但存于母液中，而且被吸附于晶體表面，進(jìn)入晶格，當(dāng)溶質(zhì)分子欲與晶格連接之前，首先必須更替晶面上吸附的雜質(zhì)，因而影響了晶面成長速率，導(dǎo)致晶習(xí)（從溶液中結(jié)晶出來的晶體均具有特定的晶形的現(xiàn)象，稱結(jié)晶習(xí)慣，簡稱晶習(xí)）改變等。（不同雜質(zhì)對(duì)晶體的影響較復(fù)雜，不具體解釋，可參考化學(xué)工程手冊(cè)（第二版）三、 結(jié)論濃度、溫度、晶種、雜質(zhì)、是否攪拌都會(huì)影響晶體的大小，從而影響到產(chǎn)品品質(zhì)。此外，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)，溶劑的選擇（單一或復(fù)合）、結(jié)晶溫度，攪拌速度，攪拌方式，過飽和度的選擇、養(yǎng)晶的時(shí)間、溶媒滴加的方式、速率上述溫度、攪拌速度、時(shí)間多少、加入方式和速度都會(huì)對(duì)結(jié)晶有所影響，限于知識(shí)范圍、本次實(shí)驗(yàn)操作以及篇幅，不在此展開。結(jié)晶是一極其復(fù)雜的過程，眾多因素都對(duì)其存在影響。因此在結(jié)晶操作中，建議綜合考慮，以保證結(jié)晶質(zhì)量。四、 參考文獻(xiàn)1時(shí)鈞、汪家鼎、余國琮