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从废铝罐制备明矾晶体
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從廢鋁罐製備明礬晶體
台大化學系普化教學小組 2010/06/09
一、目的：回收廢棄鋁罐製成具淨水功用的明礬。學習量筒、電子上皿天平及
電磁加熱攪拌器之使用，並練習抽氣過濾、結晶等分離純化及養晶技術。
二、原理：
（一）合成鋁明礬
走在街上到處可發現被拋棄的飲料罐，其中鋁罐是不易被分解廢棄物
之一，平均壽命約達一百年。鋁雖是地殼中含量第三多的元素，但並不表
示是用之不盡的，必須找出一可行方法來回收。一般回收的鋁罐多是經加
熱熔融後再製成其他鋁製品重覆利用。在本實驗中，則是將廢棄的鋁罐經
一連串的化學反應製成具淨水功能的鋁明礬，藉以了解鋁的化學性質及鋁
明礬的結晶構造。
鋁是活潑的金屬，但因其表面常被一層氧化鋁保護著，而與稀酸反應
很慢。鹼性溶液可溶解此氧化層，進一步再與鋁反應形成 Al(OH)
- 而溶4
解於鹼液中：
-+ 2Al? 2K + 2KOH + 6HO + 2Al(OH) + 3H (1) (aq)(s)(aq)2(l) 4(aq)2(g)
當加入酸時，首先產生白色柔毛狀 Al(OH)沈澱： 3
+-Al(OH)? + H Al(OH) + HO (2) (aq) 4(aq)3(s)2(l)
3+ 繼續加酸，則 Al(OH)變成溶解於酸中： Al 3(s)
1
+3+?Al(OH) + 3H Al + 3HO (3) (aq) (aq)3(s)2(l)
- 若將鹼加入 Al(OH)中，則復產生可溶解的： Al(OH) 3(s) 4
--Al(OH)? + OH Al(OH) (4) (aq)3(s)4(aq)
由於 Al(OH)兼具酸與鹼的性質，可與強酸也可與強鹼反應，我們稱之為3
兩性物質。
本實驗欲由鋁片製得之鋁明礬是一種離子化合物，化學式為
KAl(SO3+ + 2-、和的過飽和溶液中結晶出來，在，能從含Al K)OSO12H,4224
適當條件下並可長成相當大的晶體。製備的過程是先將鋁片與氫氧化鉀反
- 應生成 Al(OH)，再加入過量硫酸，以製得鋁明礬，流程簡示如下： 4
KOH(aq)(aq)H SO243++-2- Al (SO, K, HO) Al(OH)Al(s)442,,
冷卻
)O 12 H,KAl(SO422(s)
（二）再結晶分離純化及養晶技術
物質在溶液中的存量若比溶解度大時（過飽和溶液），會沉澱析出固
體。由於不同物質在相同條件下的溶解度不同，所以可利用此特性將物質
分離、純化，稱為晶析法（）。最常用的結晶分離技術有兩種，crystallization
其一是改變溫度降低溶質溶解度，使溶液成為過飽和而溶質晶析出來；其
二是在溶液中加入另一種溶質不溶的溶劑，降低溶質在混合溶劑中的溶解
度而晶析出來。原理雖然簡單，由於沉澱產生的快慢影響形成結晶的大小
及純度，因此當溶質是混合物時，能否利用些微的溶解度差異把物質分開，
純熟的實驗技術才是成功的關鍵，所以有人說「養晶」是一種藝術。
當純物質固化時，依熱力學定律，在特定的條件下可整齊排列形成晶
體，完全整齊排列而成的單一晶塊稱作單晶（）。單晶的形成single crystal必須在緩慢