从易拉罐制备明矾及明矾的净水功用

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1、从易拉罐制备明矾及明矾的净水功用一、目的：回收废弃易拉罐制成具有净水功用的明矾。掌握溶解、过滤、结晶以及沉淀的转移和洗涤等无机制备中常用的基本操作。二、原理：（一）合成铝明矾走在街上到处可发现被抛弃的饮料罐，其中铝罐是不易被分解废弃物之一，平均寿命约达一百年。铝虽是地壳中含量第三的元素，但并不表示是用之不尽的，必须找出一可行方法来回收。一般回收的铝罐多是经加热熔融后再制成其它铝制品重复利用。在本实验中，则是将废弃的易拉罐经一连串的化学反应制成具净水功能的铝明矾，藉以了解铝的化学性质。铝是活泼的金属，但因其表面常被一层氧化铝保护着，而与稀酸反应很慢。碱性

2、溶液可溶解此氧化层，进一步再与铝反应形成Al(OH)4-而溶解于碱液中：2Al(s)+2KOH(aq)+6H2O(l)→2K+(aq)+2Al(OH)4-(aq)+3H2(g)(1)当加入酸时，首先产生白色柔毛状Al(OH)3沉淀：Al(OH)4-(aq)+H+(aq)→Al(OH)3(s)+H2O(l)(2)继续加酸，则Al(OH)3(s)变成Al3+溶解于酸中：Al(OH)3(s)+3H+(aq)→Al3+(aq)+3H2O(l)(3)若将碱加入Al(OH)3(s)中，则复产生可溶解的Al(OH)4-：Al(OH)3(s)+OH-(aq)→Al(O

3、H)4-(aq)(4)由于Al(OH)3兼具酸与碱的性质，可与强酸也可与强碱反应，我们称之为两性物质。本实验欲由铝片制得之铝明矾是一种离子化合物，化学式为KAl(SO4)2×12H2O，能从含SO42-、Al3+和K+4的过饱和溶液中结晶出来，在适当条件下并可长成相当大的晶体。制备的过程是先将铝片与氢氧化钾反应生成Al(OH)4-，再加入过量硫酸，以制得铝明矾，流程简示如下：Al(s)Al(OH)4-Al3+(SO42-,K+,H2O)KAl(SO4)2×12H2O(s)明矾是传统的净水剂，一直以来都受到了人们的关注。明矾中所含有的铝对人体有害，长期饮

4、用明矾净化的水，可能会引发老年痴呆症。因此现在已经不再主张用明矾作为净水剂。但其作为食品改良剂和膨松剂等方面还是有一定的应用。（二）重结晶分离纯化及养晶技术物质在溶液中的含量若比溶解度大时（过饱和溶液），会沉淀析出固体。由于不同物质在相同条件下的溶解度不同，所以可利用此特性将物质分离、纯化，称为重结晶法（crystallization）。最常用的结晶分离技术有两种，其一是改变温度降低溶质溶解度，使溶液成为过饱和而溶质晶析出来；其二是在溶液中加入另一种溶质不溶的溶剂，降低溶质在混合溶剂中的溶解度而晶析出来。原理虽然简单，由于沉淀产生的快慢影响形成结晶的大

5、小及纯度，因此当溶质是混合物时，能否利用些微的溶解度差异把物质分开，纯熟的实验技术才是成功的关键，所以有人说「养晶」是一种艺术。在本实验中将初步所合成的铝明矾利用其在热水中的溶解度较冷水中大的特性（铝矾在水中溶解度：1g/7.2mL冷水，1g/0.3mL沸水），使用热水为溶剂，以再结晶技术纯化并养成单晶，期能回收纯铝明矾并观察其结构。三、仪器与材料：水泵、电炉、烧杯、量筒、布氏漏斗、抽滤瓶、玻棒、滤纸、磨砂纸、剪刀、废铝罐。四、药品：4易拉罐、9.0mol/L硫酸（H2SO4，强酸具腐蚀性）、1.4mol/L氢氧化钾（KOH，强碱具腐蚀性）、酒精／水等

6、体积混合液五、实验步骤：1.请自备一个铝质易拉罐（非铁罐）。2.剪下约4×4cm的铝片一块，以砂纸将内外表面均磨光并剪成小片。注：裁剪铝片应小心，避免割伤。3.称取约0.5g铝片，记录精确重量。4.将铝片置于100mL烧杯中，加入25mL的1.4mol/LKOH(aq)。在通风柜中使用恒温水浴锅微微加热，以加速反应。注：由于铝片和KOH反应会产生氢气（氢气与空气混合后易爆）并伴随有恶臭，因此务必在通风柜中进行，且切忌与火源接近。5.反应过程中，观察铝片在水中有周期升降（上下浮沉）的现象，试解释其可能原因。当氢气不再冒出即表示反应完全。6.将抽滤瓶及漏斗

7、清洗干净，并与水泵连接，减压过滤此热溶液。7.将抽气瓶中的澄清滤液倒入100mL烧杯中，再慢慢加入10mL9MH2SO4(aq)。8.10mL硫酸加完后，会有不溶性白色胶状沉淀产生。应先将烧杯外壁的水擦干，而后置于电炉上加热至沸腾使其完全溶解，边加热边搅拌，以免爆沸。9.将步骤8之澄清溶液（此时溶液中含有Al3+、K+、SO42-、H2O，体积约为30mL）放冷至室温，若无结晶生成，可用玻棒轻刮器壁，诱导结晶产生；再以冰水浴冷却，以降低温度使明矾结晶完全。注：若仍无结晶析出，可能是溶液体积超过30mL，溶液浓度太稀未达过饱和所致，试想该如何处理？10.

8、将抽气过滤用之漏斗清洗干净后，利用减压4过滤收集明矾结晶，并用玻棒将产物压碎铺平后以约5mL之