明矾的制备

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介绍

明矾以其八面体形状、无色、结晶固体和酸味而闻名。明矾晶体广泛应用于多个医疗领域，用于制备可愈合伤口和快速止血的防腐剂。添加稀硫酸可以防止明矾的水解。

什么是明矾？

明矾被确定为硫酸铝钾，是一种以十二水合物形式存在的化学物质。该化合物被称为复盐，可用于世界各地的医药和制药行业。明矾的化学式写为$\mathrm{KAI(SO_{4})_{2}.12H_{2}O}$。该化合物的 IUPAC 名称为十二水合硫酸铝钾，其分子量为 258.192 g/mol（无水）和 474.37 g/mol（十二水合物）。

图 1 - 明矾的结构

明矾的密度为 1.725 g/cm3。铝的聚合物通常会影响产品组成，这取决于多种条件，包括剂量、pH 值、氢氧化物补充率和混合。

实验目的

该实验的主要目的是通过结晶过程形成明矾，该过程涉及两种主要成分，包括硫酸钾和硫酸铝。

理论

明矾晶体是通过特殊的结晶过程形成的。明矾经过结晶过程，其中浓缩混合物包含等摩尔的硫酸钾和硫酸铝。晶体作为产物以无色晶体外观出现，并带有酸味。明矾晶体呈八面体形状，通常被称为菲塔里。制备硫酸钾或明矾的化学反应如下所示：

$$\mathrm{K_{2}SO_{4}(aq)\:+\:Al_{2}(SO_{4})_{3}(aq)\:\rightarrow\:K_{2}SO_{4}.Al_{2}(SO_{4})_{3}.24H_{2}O(S)(明矾)}$$

所需材料

下面列出了一些成功完成实验所需的必要设备和化合物：

• 硫酸铝

• 稀硫酸

• 烧杯

• 硫酸钾

• 铁丝网

• 滤纸

• 三脚架

• 漏斗

• 酒精灯

• 蒸馏水

• 锥形瓶

• 瓷蒸发皿

步骤

下面提到了制备明矾的步骤：

• 称取约 12.5 克硫酸钾，溶解在少量蒸馏水中，置于中等大小的烧杯中。

• 然后充分搅拌混合物，使晶体充分溶解在水中。

• 然后取一个锥形瓶，加入温水，并在其中加入 50 克硫酸铝和 3 毫升稀硫酸，充分混合制成澄清溶液。

• 如果溶液混合不均匀或不透明，可以使用滤纸过滤。

• 然后取一个瓷蒸发皿，将两种澄清溶液充分混合。使用铁丝网将瓷蒸发皿放置在酒精灯上。

• 搅拌并浓缩混合物，直至达到其结晶阶段。

• 取一个装有冷水的烧杯，加热至少 2 小时。

• 逐渐分离明矾晶体，并用滤纸从溶液中过滤出来。

• 用冷水洗涤明矾晶体后，将其置于滤纸或干净的布之间干燥。

• 最后，使用化学天平称量晶体以确定其产率。

观察

在实验结束时，观察到形成了无色且八面体形状的硫酸钾或明矾晶体。

图 2 - 明矾晶体的用途

该化合物的味道是酸的，易溶于水，可以将蓝色石蕊试纸变成红色。明矾晶体用于各种用途，包括染色、阻挡化学物质、湖泊颜料、美食和阻燃剂。

注意事项

在实验过程中采取的主要预防措施或安全措施如下所示：

• 必须添加一定量的稀硫酸以防止或控制在形成饱和明矾溶液期间硫酸铝的水解。

• 浓缩溶液必须静置至少半小时，使其完全冷却。

• 需要对浓缩溶液进行适当的清洗以获得稳定的晶体。

• 在实验过程中，必须佩戴安全手套和护目镜。

• 在所有实验过程完成后，必须将一次性或废弃材料扔到指定地点，以避免健康危害。

结论

明矾在纯净状态下也可称为钾明矾。明矾的化学式写为$\mathrm{KAI(SO_{4})_{2}.12H_{2}O}$。它呈白色晶体，摩尔质量为 258.192 g/mol。明矾也可被确定为白色明矾，带有金属水的味道。该化合物通常在硫酸钾和硫酸铝存在下通过结晶过程形成。

常见问题解答

1. 如何在制备明矾过程中防止盐的水解？

两种无机盐以一定比例混合通常会允许复盐结晶。该过程是通过将硫酸铝溶解在温水中进行的，少量稀硫酸起着有效防止盐水解的作用。

2. 在制备明矾过程中可以采取哪些安全措施？

在结晶过程中，不得干扰硫酸钾和稀水的溶液。应使用温水以使盐充分溶解。

3. 明矾的主要用途是什么？

明矾广泛应用于多个制药行业，用于制备防腐剂。除此之外，该化合物还用于净化不纯净的水、止血、作为染色行业的媒染剂、皮革鞣制、防火纺织品和烘焙粉。