明矾的制备及其定性检测

明矾的制备及其定性检测

前言

（一）明矾的性状

明矾（水合硫酸铝钾，KAl(SO4)2·12H2O或K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O，英文名Aluminium potassium sulfate dodecahydrate），又称白矾、钾矾、钾铝矾、钾明矾，是含有结晶水的硫酸钾和硫酸铝的复盐，属于α型明矾类复盐。无色立方晶体，外表常呈八面体，或与立方体、菱形十二面体形成聚形，有时以{111}面附于容器壁上而形似六方板状，有玻璃光泽；密度cm3，熔点℃；℃时失去9个分子结晶水，200℃时失去12个分子结晶水，溶于水，不溶于乙醇。

（二）明矾的用途

1．明矾作为净水剂

明矾在水中可以电离出两种金属离子：KAl(SO4)2 ═ K+ + Al3+ + 2SO42-

而Al3+很容易水解，生成胶状的氢氧化铝：Al3+ + 3H2O ═ Al(OH)3 + 3H+（可逆）氢氧化铝胶体颗粒有较大的表面积和很强的吸附能力，可以吸附水中悬浮的杂质，并形成沉淀，使水澄清。

2．明矾作为灭火剂

泡沫灭火器内盛有约1mol·L-1的明矾溶液和约1mol·L-1的NaHCO3（小苏打）溶液（还有起泡剂），两种溶液的体积比约为11:2。明矾过量是为了使灭火器内的小苏打充分反应，释放出足量的二氧化碳，以达到灭火的目的。

2KAl(SO4)2·12H2O + 6NaHCO3═ K2SO4 + 3Na2SO4 + 2Al(OH)3↓ + 6CO2 ↑ + 24H2O 3．明矾作为膨化剂

炸油条（饼）或膨化食品时，若在面粉里加入小苏打后，再加入明矾，则会使等量的小苏打释放出比单放小苏打多一倍的二氧化碳，这样就可以使油条（饼）在热油锅中一下子膨胀起来。

2KAl(SO4)2·12H2O + 6NaHCO3═ K2SO4 + 3Na2SO4 + 2Al(OH)3↓ + 6CO2↑ + 24H2O

2NaHCO3═ Na2CO3 + CO2↑ + H2O

4．明矾作为药物

明矾性寒味酸涩，具有较强的收敛作用。中医认为，明矾具有解毒杀虫，爆湿止痒，止血止泻，清热消痰的功效，也用来治疗高脂血症、十二指肠溃疡、肺结核咳血等疾病。近年来的研究证实，明矾还具有抗菌，抗阴道滴虫等作用。

5．其他作用

明矾还可用于制备铝盐、油漆、鞣料、媒染剂、造纸、防水剂等。

（三）明矾的危害

近年来发现，铝对人体有害。由于明矾的化学成份为硫酸铝钾，含有铝离子，所以过量摄入会影响人体对铁、钙等成份的吸收，导致骨质疏松、贫血，甚至影响神经细胞的发育。当明矾作为食品添加剂，被人食用后，基本不能排出体外，它将永远沉积在人体内。其毒副作用主要表现为：明矾可以杀死脑细胞，使人提前出现脑萎缩、痴呆等症状，影响人们的智力，对生命影响不大。因此，一些营养专家提出，要尽量少吃含有明矾的食品。而且长期饮用明矾净化的水，可能会引起老年性痴呆症。因此现在已不主张用明矾作净水剂了。2003年世界卫生组织曾将明矾列为有害食品添加剂。

虽然我国早在30多年前就曾禁止过铝制餐具的使用及明矾作为食品添加剂，但最近几年，人们在这方面的意识越来越淡薄，导致明矾的使用率有所上升。

实验原理

本实验采用回收饮料铝罐制备明矾。

（一）明矾的合成

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系列的化学反应制成具净水功能的明矾，藉以了解铝的化学性质。

铝是活泼的金属，其表面空气中的氧反应生成致密的氧化五保护膜，因此在空气中稳定。与稀酸反应很慢，碱性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)

在上述（1）溶液中加入酸时，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)

加热浓缩含SO42-、Al3+ 和 K+ 的溶液，KAl(SO4)2·12H2O即可从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。

不同温度下明矾、硫酸铝、硫酸钾的溶解度（/100gH2O）如下表所示：

温度 T/K273283293303313333353363 KAl(SO4)2·12H2O/ g109 Al2(SO4)3 /g

K2SO4/g

（二）重结晶分离纯化及养晶技术

1．重结晶分离纯化

物质在溶液中的含量若比溶解度大即形成过饱和溶液时，溶液中会沉淀析出固体。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。最常用的结晶分离技术有两种，其一是改变温度或蒸发溶剂降低溶质溶解度，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。

因为明矾的溶解度受温度的影响很大，所以本实验主要采用的是降温法，利用明矾在热水中的溶解度较冷水中大的特性使用热水为溶剂重结晶得到明矾晶体，即是冷却热饱和溶液的方法。

2．单晶的培养

晶体有一定的几何外形，有固定的熔点，有各向异性等特点。

晶体生成的一般过程是先生成晶核，而后再逐渐长大。一般认为晶体从液相或气相中的生长有三个阶段：① 介质达到过饱和、过冷却阶段；② 成核阶段；③ 生长阶段。晶体在生长的过程中要受外界条件的影响，如涡流，温度，杂质，粘度，结晶速度等因素的影响。晶体生长的方法有多种，对于溶液而言，只需蒸发掉水分就可以；对于气体而言，需要降低温度，直到它的凝固点；对于液体，也是采取降温方式来变成固体。3．溶液中晶体的结晶方式

当溶液达到过饱和时会析出晶体，结晶方式有：

①降低温度。大多数溶质的溶解度随温度的降低而减小，使溶液达到过饱和而使溶质析出，如岩浆期后的热液越远离岩浆源，则温度渐次降低，各种矿物晶体陆续析出。