过氧化氢提取海带中碘的实验条件优化

杨孝容+熊俊如+张桃

摘要：对普通高中化学三大版本《实验化学》教材“从海带中提取碘”的实验条件进行了优化。结果表明，用HAc调节pH 3～4，H2O2作氧化剂提取海带中碘，样品分析的相对标准偏差为0.47%～1.3%；平均加标回收率为90%～104%，相对标准偏差为1.2%～1.4%。本方法用HAc调节pH较《实验化学》用H2SO4调节的实验条件更稳定，精密度和准确度更高，可为高中化学实验教学提供有益的参考。

关键词：海带中碘的提取；过氧化氢；实验条件优化；实验改进

文章编号：1005–6629（2015）8–0048–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 问题的提出

碘是人体必需的微量元素，海带中富含碘元素，碘作为高中化学知识与生活息息相关。在普通高中课程标准实验教科书《实验化学》的人教版、苏教版和山东版[1～3]中均编入了“从海带中提取碘”或“海带中碘元素的分离及检验”等实验。实验将海带灼烧灰化使有机碘转化为碘化物，用氧化剂将碘化物氧化为单质碘，再用有机溶剂萃取单质碘。氧化碘化物的氧化剂有过氧化氢[4，5，6]、饱和氯水[7]、溴水[8]、重铬酸钾[9]、亚硝酸钠[10]等。《实验化学》均准确称取一定量的海带，灰化后用水溶解，过滤，取滤液加硫酸调节酸度，且硫酸的加入量在比较宽的范围内变化。用硫酸调节酸度有以下不足：（1）硫酸用量较多滤液为强酸性环境，加CHCl3和H2O2后振荡分液漏斗，CHCl3层迅速出现紫红色，随着振荡次数的增加CHCl3层的紫红色变浅最后变为无色，说明碘单质被进一步氧化为无色的碘酸盐；（2）用硫酸调节pH 3～4，所需硫酸体积范围相差较小但测出碘含量悬殊较大。因硫酸调节的弱酸性不具有缓冲作用，且H2O2+2H++2I-=2H2O+I2的反应要消耗氢离子，随着反应进行溶液的pH将增大；（3）滤液中含大量的碳酸盐，当加入硫酸较少与碳酸盐反应后溶液可能为中性或碱性，CHCl3层几乎为无色。因酸度低H2O2氧化碘离子生成碘单质的速度慢，并且碘单质可能发生歧化3I2+6OH-=5I-+IO3-+3H2O生成无色易溶于水的物质。从海带中提取碘或分离检测碘，不仅从定性的角度证明海带中含有碘元素，而且可从定量的角度得到尽可能多的碘单质。从定量的角度研究H2O2提取海带中碘的条件优化尚未见报道，本研究采用了单因素变化定量研究H2O2提取海带中碘的实验条件。研究表明，3g海带于600～700℃灼烧，灰分用1：1 HAc 6～12mL溶解，加入10% H2O2 3～6mL测得碘含量基本不变，说明优化的条件稳定，可操作性强。

2 实验部分

2.1 仪器和试剂

DHG-9075电热恒温鼓风干燥箱（上海齐欣科学仪器有限公司）；ZN-400A型高速万能粉碎机（吉首市中诚制药机械厂）；FC204型电子天平（上海精科天平）；SX2-5-12电阻炉（上海意中电炉有限公司）；瓷坩埚、泥三角、坩埚钳、电炉、量筒、分液漏斗、移液管、碱式滴定管、烧杯、玻璃棒、锥形瓶

用冰醋酸稀释为1：1 HAc；用30% H2O2稀释为10% H2O2；Na2S2O3配制为0.1 mol/L溶液，用K2Cr2O7作基准物质，间接碘量法标定其浓度，准确移取一定体积的0.1 mol/L Na2S2O3标准溶液，在250mL的容量瓶中稀释成0.00500 mol/L Na2S2O3标准溶液；0.005 mol/L的碘溶液（含0.015 mol/L KI）；0.005 mol/L KI溶液；0.1 mol/L NaOH溶液；0.5%的淀粉溶液；CHCl3；实验所有试剂均为分析纯；实验用水为一次蒸馏水

实验样品：干海带（普通商场购买）

2.2 样品预处理

用刷子把购买的干海带表面的附着物刷净，在90℃干燥箱中烘干，用粉碎机粉碎成海带粉，装入自封袋备用。

2.3 实验方法

样品溶液阶段：准确称取3g海带粉于瓷坩埚中，用少量酒精润湿，在电炉上灰化后移入电阻炉，在设定温度下炉门先留小缝加热30min，再关好炉门继续加热30min。稍冷后取出，冷却至室温后将灰分全部转入50mL烧杯，加5mL蒸馏水并用玻璃棒研碎灰分，慢慢滴加10mL 1：1 HAc，加热近沸再冷却得样品溶液。

萃取和滴定阶段：将样品溶液转入分液漏斗，加入10mL CHCl3和5mL 10% H2O2，振荡，静置，分层后将CHCl3放入另一分液漏斗中，在水相层再加入10mL CHCl3萃取，如此反复2次，合并CHCl3约30mL；用20mL蒸馏水分2次返洗CHCl3，然后在CHCl3中加入0.1mol/L NaOH溶液15mL（CHCl3层应为无色）。CHCl3层从分液漏斗的下端放出，水层转入100mL的锥形瓶中，加入5mL 1：1 HAc，用0.00500mol/L Na2S2O3溶液滴定到浅黄色后再加入1mL 0.5%的淀粉溶液，继续滴定至溶液由蓝色变为无色为终点，消耗Na2S2O3为VmL。

3 结果与讨论

3.1 实验条件的优化

3.1.1 过氧化氢用量的试验

600℃处理的5份样品溶液，分别加入10% H2O2 2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL和6.0mL，其余与“2.3”相同。试验结果表明，10% H2O2在3～6mL测得碘含量基本不变，但随着H2O2体积增加，CHCl3层出现紫红色的速度加快，加入5.0mL时速度较适中。实验选择10% H2O2 5.0mL。

该反应属于氧化还原反应，反应物浓度增大，氧化还原速度加快。随着H2O2体积增加，H2O2浓度增大，生成碘单质的速度加快，所以CHCl3层出现紫红色的速度加快。

3.1.2 处理灰分醋酸体积试验

600℃处理的灰分5份，分别加入1：1 HAc 6mL、8mL、10mL、11mL和12mL，其余与“2.3”相同。试验结果表明，1：1 HAc在6～12mL测得碘含量基本不变，CHCl3层出现紫红色的速度没有明显的差异且速度适中。pH计测定水相层加入H2O2前后pH均在3～4之间。实验选择加入1：1 HAc 10mL。

因灰分中的碳酸盐与HAc反应生成NaAc，再与过量HAc构成HAc-NaAc缓冲溶液，所以HAc在6～12mL变化时溶液的pH变化不大，即c（H+）变化不大，化学反应速度变化不明显。

3.1.3 灼烧温度试验

样品灼烧温度600℃、650℃、700℃和750℃，每个温度平行试验3次，其余与“2.3”节相同。试验结果表明，600℃、650℃和700℃处理样品测得碘含量没有明显差异，750℃处理样品测定值略有下降。600℃和650℃灼烧后的灰分为灰色且体积较大而膨松，用HAc溶解后的不溶物较多；700℃灼烧后固体为淡黄色较坚硬，用HAc溶解后的不溶物较少。实验选择650℃处理样品。

3.1.4 CHCl3层返洗次数试验

空白试验10mL 1：1 HAc加5mL 10% H2O2，用10mLCHCl3萃取3次，合并CHCl3约30mL，分四种情况试验，第一种不用水返洗CHCl3层，第二种用15mL水返洗CHCl3层1次，第三种用20mL水分2次返洗CHCl3层；第四种直接取30mL CHCl3。上述四种情况均加入10mL 0.005 mol/L碘溶液，其余与“2.3”相同。试验结果表明：第三和第四种情况消耗Na2S2O3体积基本相同，第一和第二种情况与第四种情况消耗Na2S2O3有一定差异。试验选择2次返洗萃取CHCl3层。

3.2 样品分析

3.2.1 样品分析结果

按“2.3”实验方法，灼烧温度为650℃，各批样品的分析结果见表1。

3.2.2 加标回收率的测定

加标样品的处理：样品灰化后加入KI溶液5.00mL，在电炉上缓缓加热蒸干后再放入650℃电阻炉，其余按“2.3”操作；空白试验直接取KI溶液5.00mL于分液漏斗，加入10mL 1：1 HAc，其余与“2.3”相同。

由表1分析结果可知，碘在海带中的含量属于微量组分，方法用于样品分析的相对标准偏差在0.47%～1.3%，说明方法的精密度良好；从表2可知平均回收率在90%～104%之间，说明方法的准确度较高。

4 结论

用5mL 10% H2O2作氧化剂从海带中提取碘，用HAc调节pH 3～4实为NaAc-HAc的缓冲溶液，使HAc用量在较大范围内变化时溶液pH变化不大，对生成碘单质的速度和质量没有明显的影响，并且化学反应速度适中。用H2SO4调节酸度溶液不具有缓冲作用，H2SO4用量范围变化较小但溶液pH变化可能很大，对H2O2的氧化性、生成碘单质的速度和质量（CHCl3层出现紫红色的速度和最后颜色的深浅）有明显影响。所以，用HAc调节酸度pH 3～4较H2SO4调节酸度的稳定性好，可操作性更强。

5 建议

根据条件优化，鉴于高中化学学习的需要和大部分学校的实验条件，建议“从海带中提取碘”的实验如下：称取3g干海带小块或粉于坩埚中，用酒精润湿，在通风橱中用酒精灯或酒精喷灯或电炉灰化；冷却后将灰分全部转入小烧杯中，加入 10～15mL蒸馏水，搅拌，微沸2～3min，冷却后过滤；量取6～10mL 1：1 HAc，用滴管缓慢滴入滤液中，当产生气泡较少时将HAc全部转入，经HAc处理后滤液全部转入分液漏斗中，加入CCl4或CHCl3 2～5mL，10% H2O2 3～5mL，振荡，静置。观察现象。弃去上层水相，回收下层含碘的CCl4或CHCl3溶液。

参考文献：

[1][4]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·实验化学[M].北京：人民教育出版社，2007：20～22.

[2][5]王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书·实验化学[M].南京：江苏教育出版社，2009：2～4.

[3][7]王磊主编.普通高中课程标准实验教科书·实验化学[M].济南：山东科学技术出版社，2007：9～12.

[6]沈文敏，李永红.“从海带中提取碘”最佳实验条件的探索[J].化学教育，2013，（6）：66～68.

[8]中华人民共和国水产行业标准SC/T3010-2001海带碘含量的测定.

[9]胡小莉，李原芳，凌莉莎等.海带中提取碘的微型实验研究[J].西南师范大学学报（自然科学版），2007，32（5）：168～170.

[10]汤春兰，杨文珍.光度法测定海带中微量碘[J].精细石油化工，1999，（2）：57～59.