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制备五水硫酸铜晶体
1．活动目标：(1) 配制硫酸铜的热饱和溶液，加深对饱和溶液与不饱和溶液相互转化的认识；(2)体验自主设计、制备不同形状的五水硫酸铜晶体的思路和方法；(3)感受科学与艺术融合的价值和魅力。
2．设计方案
(1)配制不同温度下的硫酸铜的热饱和溶液。
(2)控制降温速度，获得硫酸铜晶体。
3．制作作品：依据设计的实验方案、小组合作或独立完成五水硫酸铜晶体的制备； 相互展示各自制备的五水硫酸铜晶体，交流制备的经验，并对自己和他人的产品进行评价，提出相应的改进建议；进一步修改和完善晶体制备方案和操作细节，并重新制作五水硫酸铜晶体。
4．反思交流
撰写实践活动报告，展示制作的晶体，分享在本次活动中的收获和感受；总结并反思自己实验成功的关键或失败的原因。
1．小吴同学在完成硫酸铜晶体的制备和生长实验时，为了获得大的硫酸铜晶体，采取了如图所示的实验方法，下列选项中有关的做法和现象错误的是( )
A．选择热饱和硫酸铜溶液比用冷的饱和溶液效果好
B．选择几何形状完整的小晶体作为晶核，对晶体的生长更有利
C．晶体长大后，蓝色的硫酸铜溶液会变为无色
D．重复以上实验步骤，晶体会越长越大
2．将白色硫酸铜粉末(CuSO4)加入盛有 100 mL 60 ℃ 热水的烧杯中，直至不能继续溶解为止，得到一定温度下的蓝色溶液，即刻将一小块蓝色硫酸铜晶体 (CuSO4·5H2O)悬垂于烧杯中的硫酸铜溶液中(如图所示)，自然冷却至室温，观察现象(已知：硫酸铜的溶解度随温度的降低而减小)。下列有关该实验的描述中，不合理的是( )
A．温度降低过程中，烧杯内溶液始终是硫酸铜的饱和溶液
B．随着温度的降低，硫酸铜溶液的颜色逐渐变浅
C．随着温度的降低，硫酸铜溶液的质量不断减小
D．当温度不变后，硫酸铜晶体的质量不变，形状也不变
3．小柯在做制取硫酸铜晶体实验时，将硫酸铜粉末缓缓加入装有沸水的烧杯中，并不断搅拌直至形成饱和溶液，冷却至室温，可以看到大量蓝色晶体析出。在此过程中，下列分析正确的是( )
A．溶解度不变 B．溶液质量减小
C．溶质质量不变 D．溶质质量分数增大
4．跨学科实践活动是同学们将理论与实践相结合的有效载体，下列实验是某学习小组进行的自制硫酸铜晶体实验。过程如图1所示，图2为硫酸铜的溶解度曲线。结合图示分析，正确的是( )
A．实验②和实验③溶液的溶质质量分数相等
B．实验①所得饱和溶液中硫酸铜的质量小于60 g
C．从实验②到实验③溶液始终为饱和溶液
D．向实验②中加入氢氧化钙，会有红褐色沉淀产生
5．如图所示，将一小块形状不规则的硫酸铜晶体浸入硫酸铜饱和溶液中，保持温度不变，静置一段时间。下列描述正确的是( )
A．硫酸铜溶液溶质质量分数减小
B．硫酸铜溶液中的溶质离子静止不动
C．硫酸铜晶体形状发生了变化
D．硫酸铜晶体表面的离子静止不动
6．某课外活动小组的同学们完成了自制硫酸铜晶体的实验(不考虑水分蒸发)。通过观察、分析、推理判断，总结出的下列观点中不正确的是( )
温度/℃ 0 20 40 60 80
硫酸铜的溶解度/g 14.3 20.7 28.5 40 55
A．①中溶液为硫酸铜的饱和溶液
B．②→③过程中硫酸铜溶液的质量不变
C．①与④溶液的溶质质量分数相等
D．③→④过程中硫酸铜晶体逐渐变大
7．在实验室里，采用____________方法制备晶莹剔透的硫酸铜晶体。在制备“小晶体”的实验过程中，要用______________把装有硫酸铜溶液的烧杯围起来静置，使温度缓慢下降。用细棉线把一块几何形状完整的硫酸铜小晶体绑好，悬吊在已准备好的一杯约50毫升________________ ℃左右的硫酸铜饱和溶液里，线的另一端系在玻璃棒上，静置过夜，即可让晶体长大。
8．在学习了溶液相关知识后，九年级项目小组开展了硫酸铜晶体的制备与生长实验。项目小组向100 g的70 ℃热水中加入80 g硫酸铜晶体，实验过程如图所示。
(1)若要将图乙烧杯中多余的固体与溶液分离，则“？”处的操作是 ________。
(2)以下选项中，图丙到图戊过程中溶质的质量分数变化正确的是________(填字母)。
A B
C D
(3)某物质的饱和溶液指的是一定温度下，在一定溶剂里不能再溶解某种溶质的溶液。但小科在实验中却发现：硫酸铜饱和溶液从丁到戊的变化过程中，温度不变，溶剂质量不变，烧杯底部的晶体却在减少，饱和溶液难道还能继续溶解溶质吗？查阅资料获悉：饱和溶液边溶解溶质边析出晶体，且溶质的溶解速率等于结晶速率，处于动态平衡。小科进一步实验发现丁底部减少的晶体与戊棉线上析出的晶体质量相等。自然界中存在很多这样的动态平衡，请你再举一个类似的动态平衡例子并加以说明：_________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)已知硝酸钠、硝酸钾、食盐的溶解度与温度的关系如图所示，则这三种物质中也可通过上述方法制备晶体的是_________________________________________。
9．我们的科学学习离不开实验。
(1)进行硫酸铜晶体的制备和生长实验，配制了某温度时的硫酸铜热饱和溶液，静置、冷却到室温，观察晶体的生长，如图。能判断原硫酸铜溶液已饱和的方法是________(填字母)。
A．观察颜色，溶液蓝色较深
B．溶液冷却，有蓝色晶体析出
C．加入硫酸铜晶体，晶体质量不变
D．蒸发少量水，有蓝色晶体析出
(2)20 ℃时，要配制184 g溶质的质量分数为9.8%的稀硫酸，实验室提供了溶质质量分数为98%的浓硫酸(密度为1.84 g·cm-3)，则需要用量筒量取98%浓硫酸多少毫升？
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跨学科实践活动6 制备五水硫酸铜晶体
体验探究
1．C [硫酸铜的溶解度受温度的影响较大，随着温度的升高而增大，所以选择热饱和硫酸铜溶液比用冷的饱和溶液效果好，A正确；根据结晶原理，晶体的生长是溶质在外界加入的晶种表面不断堆积的结果，原有晶体形状不规则，溶质不断堆积后形成的晶体也不规则，所以选择几何形状完整的小晶体作为晶核，对晶体的生长更有利，B正确；硫酸铜溶解度随温度的升高而增大，降温时溶液中会有晶体析出，析出晶体后的溶液仍然是硫酸铜溶液，还是蓝色，C错误；重复题给实验步骤，晶体就会越长越大，D正确。]
2．D [由题意可知开始形成的溶液为60 ℃时的硫酸铜饱和溶液，降温过程中硫酸铜的溶解度逐渐减小，饱和溶液中有晶体析出，析出晶体后的溶液仍为硫酸铜的饱和溶液，A选项合理；降温过程中有硫酸铜晶体析出，溶液的溶质质量分数减小，溶液颜色变浅，B选项合理；随着温度的降低，硫酸铜的溶解度减小，有晶体析出，硫酸铜溶液的质量逐渐减小，C选项合理；当温度不变后，硫酸铜晶体不断溶解，溶液中的铜离子、硫酸根离子、水分子不断结合生成硫酸铜晶体，保持动态平衡，硫酸铜晶体的质量不变，但是其形状会发生改变，D选项不合理。]
3．B [温度降低，硫酸铜的溶解度减小，A错误；冷却至室温，可以看到大量蓝色晶体析出，溶液质量减小，B正确；溶质质量减小，C错误；溶质质量分数减小，D错误。]
4．C [由图1可知，②中溶液是20 ℃时的硫酸铜的饱和溶液，③中溶液是40 ℃时的硫酸铜的饱和溶液，20 ℃时的硫酸铜的溶解度小于40 ℃时的硫酸铜的溶解度，则20 ℃时的硫酸铜饱和溶液的溶质质量分数小于40 ℃时的硫酸铜饱和溶液的溶质质量分数，即溶液的溶质质量分数：②＜③，A不符合题意；由图2可知，80 ℃时，硫酸铜的溶解度约为60 g，即该温度下100 g水中最多可溶解60 g硫酸铜，则该温度下 200 mL 即200 g水中最多可溶解120 g硫酸铜，B不符合题意；实验②到实验③中溶液始终为饱和溶液，C符合题意；向实验②中加入氢氧化钙，氢氧化钙与硫酸铜反应生成氢氧化铜和硫酸钙，会产生蓝色沉淀，D不符合题意。]
5．C [由于是硫酸铜的饱和溶液，因此加入的硫酸铜不能溶解，溶质质量分数不变，A不正确；硫酸铜溶液中的溶质离子是不断运动的，B不正确；硫酸铜晶体形状发生了变化，是因为硫酸铜晶体不断溶解，溶液中的铜离子、硫酸根离子和水分子不断结合生成硫酸铜晶体，保持动态平衡，C正确；硫酸铜晶体表面的离子仍然是不断运动的，D不正确。]
6．B [由题图可知，20 ℃时，将30 g白色硫酸铜粉末加入 100 g 水中，有部分溶质未溶解，说明①中溶液为硫酸铜的饱和溶液，A正确；将温度升高至60 ℃，60 ℃时，硫酸铜的溶解度为40 g，故30 g硫酸铜能全部溶解于100 g水中，形成的是不饱和溶液，将20 g蓝色硫酸铜晶体放入溶液中，部分硫酸铜晶体溶于水中，硫酸铜溶液质量增加，B错误；静置5天，降温至20 ℃，20 ℃时，硫酸铜的溶解度为20.7 g，故①与④均为20 ℃时，溶液的溶质质量分数相等，C正确；③→④过程中，温度降低，硫酸铜的溶解度减小，有硫酸铜晶体析出，故硫酸铜晶体逐渐变大，D正确。]
7．解析：硫酸铜的溶解度随温度升高显著增大，制取晶体常采用冷却热饱和溶液的方法，所以在实验室里，采用降温结晶方法制备晶莹剔透的硫酸铜晶体。在制备“小晶体”的实验过程中，要用布或棉花把装有硫酸铜溶液的烧杯围起来静置，使温度缓慢下降。用细棉线把一块几何形状完整的硫酸铜小晶体绑好，悬吊在已准备好的一杯约50毫升高于室温15 ℃～20 ℃的硫酸铜饱和溶液里，线的另一端系在玻璃棒上，静置过夜，即可让晶体长大。
答案：降温结晶 布或棉花 高于室温15 ℃～20 ℃
8．解析：(1)过滤能将固液分离，则“？”处的操作是过滤。
(2)硫酸铜的溶解度随温度降低而减小，则降低温度后，溶解度减小，而饱和溶液的溶质质量分数＝×100%，则溶质质量分数减小，后温度不变，溶解度不变，则溶质质量分数不变，故选D。
(3)生活中的常见的平衡为血糖平衡、碳氧平衡、体内水盐平衡、生态平衡等。
(4)由图可知，硝酸钠和硝酸钾的溶解度受温度影响比较大，则均可采用降温结晶的方法制备晶体。
答案：(1)过滤 (2)D (3)血糖平衡、碳氧平衡、体内水盐平衡、生态平衡(答案合理即可) (4)硝酸钠、硝酸钾
9．解析：(1)观察颜色，溶液蓝色较深，不能说明溶液饱和，A不正确；溶液冷却，有蓝色晶体析出，不能说明冷却前溶液饱和，是因为如果溶液不饱和，在冷却过程中达到饱和，继续冷却会析出晶体，B不正确；加入硫酸铜晶体，晶体质量不变，说明硫酸铜不能继续溶解，即溶液是饱和溶液，C正确；蒸发少量水，有蓝色晶体析出，不能说明蒸发前溶液饱和，是因为如果溶液不饱和，在蒸发过程中达到饱和，继续蒸发会析出晶体，D不正确。
(2)设需要98%的浓硫酸的体积为x，由溶液稀释前后溶质质量不变，则1.84 g·cm-3×98%×x＝184 g×9.8%，解得
x＝10 cm3＝10 mL。
答案：(1)C (2)10 mL
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