晶体化学指南
黄晶雨（碘化铅）篇

黄晶雨

图源：迷路的野指针

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项目概览：
  • 难度等级：★★☆☆☆ (中级)
  • 制备周期：2-3小时
  • 成功率：80%
  • 推荐人群：有化学实验经验者
所需材料：
  • 乙酸铅 ((CH₃COO)₂Pb)
  • 乙酸 (CH₃COOH)
  • 碘化钾 (KI)
  • 蒸馏水、甘油
  • 50mL烧杯、250mL烧杯
  • 表面皿、西林瓶/螺口瓶
  • 电子秤、磁力搅拌器/玻璃棒

一、基础认识

1.1 化学特性

化学式：PbI₂（碘化铅）

外观特征
金黄色晶体，加热溶解冷却后析出，形成流星雨般的壮观场景
溶解特性
碘化铅在热水中溶解度较高，冷却后溶解度急剧下降，形成过饱和溶液析出晶体
热致变色
温度变化驱动溶解-结晶过程，形成动态的"晶雨"效果

1.2 反应原理

反应方程式
(CH₃COO)₂Pb + 2KI → 2CH₃COOK + PbI₂↓
乙酸作用
乙酸防止铅盐水解，保持溶液澄清，促进反应完全
甘油作用
增加溶液密度和粘稠度，减缓晶体沉降速度，延长观赏时间

二、实验与制备

2.1 实验步骤

💡 黄晶雨制备法

材料：乙酸铅、乙酸、碘化钾、蒸馏水、甘油、烧杯、表面皿、西林瓶

步骤一：配制乙酸铅溶液
称取0.38g乙酸铅于50mL烧杯中，加入40mL水后充分搅拌，直至出现明显浑浊
乙酸铅溶解度有限，未溶解部分形成浑浊
步骤二：加入乙酸
向浑浊溶液中加入3-5mL乙酸，此时溶液迅速恢复澄清
乙酸防止铅盐水解，保持溶液酸性环境
步骤三：配制碘化钾溶液
在另一烧杯中加入0.35g碘化钾，加15mL水后充分搅拌，直至完全溶解
碘化钾易溶于水，形成无色透明溶液
步骤四：混合溶液
将两烧杯中溶液倒入250mL烧杯中混合，加水至120mL总体积
此时可能产生少量黄色沉淀（碘化铅）
步骤五：加热处理
加热250mL烧杯中的溶液，至溶液基本澄清时停止加热
加热促进碘化铅溶解，此时溶液应只有少量沉淀
步骤六：过滤
趁热过滤溶液，将过滤后的澄清溶液倒入新的250mL烧杯中
过滤去除不溶性杂质，获得清澈的热饱和溶液
步骤七：装瓶与添加甘油
将热溶液倒入西林瓶中，盖紧瓶盖
可加入适量甘油增大溶液密度和粘稠度，延长晶体悬浮时间
步骤八：冷却与晶雨形成
西林瓶静置1-2小时自然冷却，当溶液冷却至室温时，"黄晶雨"出现
冷却过程中碘化铅溶解度降低，析出金黄色晶体
步骤九：清理工作
将所有仪器洗净并收好，清理桌面，完成实验
特别注意含铅废液的处理，必须进行无害化处理

2.2 优化技巧

甘油添加时机
过滤后、装瓶前加入甘油，搅拌均匀后再装瓶
加热温度控制
加热至80-90℃为宜，过高温度可能导致乙酸挥发过快
冷却速度控制
自然冷却可获得更均匀的晶体分布，避免快速冷却导致晶体过大
溶液浓度调整
可根据需要微调反应物比例，控制晶体密度和大小

三、安全与注意事项

3.1 铅盐毒性警告

  • 重金属毒性：Pb²⁺为重金属离子，对人体及生物有害，具有累积毒性
  • 全程防护：实验必须全程戴好防护手套、护目镜和实验服
  • 严禁接触：绝对避免皮肤直接接触含铅化合物和溶液
  • 通风要求：必须在通风良好或通风橱内进行操作

3.2 废液处理

  • 专门收集：所有含铅废液必须专门收集，不可倒入普通下水道
  • 无害化处理：废液需进行化学沉淀处理（如加入硫化钠生成硫化铅沉淀）后，交由专业机构处理
  • 容器清洗：接触过铅盐的容器需用稀硝酸清洗后再用水冲洗

3.3 应急处理

皮肤接触
立即用大量清水冲洗15分钟，如有不适及时就医
眼睛接触
立即用流动清水冲洗15分钟，并立即就医
误食处理
立即漱口，饮用牛奶或蛋清，并立即就医
泄漏处理
用沙土或专用吸附剂覆盖，收集后按危险废物处理

五、问题诊断与解决

常见问题排查

问题一：晶雨形成缓慢

  • 可能原因：冷却速度过快、溶液过饱和不足、乙酸过量
  • 解决方案：控制自然冷却速度，确保加热完全，适当调整乙酸用量

问题二：晶体颜色不鲜艳

  • 可能原因：原料不纯、反应不完全、光照条件差
  • 解决方案：使用高纯度试剂，确保反应完全，在良好光线下观察

问题三：晶体沉淀过快

  • 可能原因：甘油添加不足、晶体尺寸过大
  • 解决方案：增加甘油用量，控制晶体生长条件

问题四：溶液浑浊

  • 可能原因：过滤不彻底、杂质污染
  • 解决方案：重新过滤溶液，确保容器洁净

六、科学原理

6.1 热致结晶原理

溶解度变化
碘化铅在热水中溶解度显著高于冷水，温度变化驱动结晶过程
过饱和形成
热饱和溶液冷却后成为过饱和溶液，自发析出晶体
晶核形成
冷却过程中形成大量微晶核，悬浮在溶液中形成"晶雨"

6.2 化学平衡原理

沉淀反应
乙酸铅与碘化钾发生复分解反应，生成碘化铅沉淀
乙酸作用机制
乙酸提供酸性环境，防止铅离子水解生成氢氧化铅，保持溶液澄清
溶解平衡
加热破坏沉淀溶解平衡，冷却重建平衡，驱动结晶过程

七、应用与展示

7.1 艺术展示

观赏工艺品
装瓶后的西林瓶/螺口瓶可作为独特的观赏工艺品，展现化学之美
科学演示
可用于演示溶解平衡、结晶过程和热致变色现象，适合科学展览和教学
摄影素材
金黄色晶体在溶液中悬浮的动态效果，是极佳的摄影和视频素材

八、保存与维护

8.1 保存方法

密封保存
使用西林瓶或螺口瓶严格密封，防止溶液蒸发和污染
避光存放
避免阳光直射，防止碘化铅光解或颜色变化
温度稳定
存放在温度稳定的环境中，避免反复加热冷却
防破损
小心保管防止玻璃瓶破裂，放置在安全位置
定期检查
定期检查是否有沉淀聚集、溶液浑浊或泄漏迹象

本章作者

不会炼金的阿贝少