高中化学“氯水提取海带中碘”的实验条件研究？鄢

2017-07-07杨孝容刘凡王应红陈金杨主

化学教与学 2017年6期

关键词：海带

杨孝容++刘凡++王应红++陈金++杨主敏

摘要：研究氯水作氧化剂提取海带中碘的实验条件。考察了溶液pH，酸，氯水用量和反应时间对提取碘量的影响。结果表明氯水作氧化剂提取海带中碘的影响因素较多，很难得到稳定的实验条件使提取碘量最多。向海带灰分浸提液的硫酸四氯化碳或氯仿溶液中滴加氯水并振荡，有机相颜色由浅变深再到浅的过程。结果可为高中化学实验教学提供参考。

关键词：海带；碘提取；氯水；实验条件

文章编号：1008-0546（2017）06-0095-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.06.030

“从海带中提取碘”是普通高中化学教材《实验化学》的典型实验之一，在人教版[1]、鲁科版[2]和苏教版[3]都编入了该实验。提取思路都将海带灰化，将有机碘和无机碘都转化为碘化物，在氧化剂的作用下将碘化物氧化为碘单质，用四氯化碳或氯仿萃取碘单质，可用分光光度法或硫代硫酸钠滴定[4，5]测定提取碘量。氧化碘化物的氧化剂有过氧化氢[1，3，4]、氯水[2，3]等。但文献[2，3]的条件不同，鲁科版将海带灰化后加水溶解，过滤，滤液中加入饱和氯水，再加CCl4萃取；而苏教版在滤液中加入H2SO4后再加入新制氯水。两教材氧化碘化物的pH条件完全不同，海带灰化后水提液中碳酸盐较多呈碱性，经测定pH 9～10，在该pH条件下碘单质能否歧化为碘化物和碘酸盐？滤液酸化后加入氯水生成碘单质，在氯水过量的条件下碘单质又可被氧化为碘酸，怎样控制氯水的量使碘单质生成的量尽可能多？本文通过实验探讨相关问题，为中学化学实验教学服务。

一、实验部分

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）；T6新世纪紫外-可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；KQ3200E型超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；10 mL比色管；100 mL容量瓶；10 mL吸量管；60 mL分液漏斗；烧杯；玻璃棒；瓷坩埚；泥三角；坩埚钳；小电炉。

1∶2 HAc溶液；3.0 mol/L H2SO4；2 mol/L NaOH；氯仿；新制氯水；无水硫酸钠；实验所有试剂均为分析纯；实验用水为超纯水。

实验样品：干海带（商场购买）。

2. 样品预处理

用刷子刷净海带表面的附着物，70℃用DHG-9075电热恒温鼓风干燥箱烘4小时，冷却后用ZN-400A型高速万能粉碎机粉碎，装入自封袋备用。

3. 实验方法

（1）样品溶液制备阶段

精密称取10 g海带粉在瓷坩埚中，用小电炉灰化后移入650℃电阻炉灼烧1小时。稍冷取出冷却至室温后加入一定量的蒸馏水，超声溶解灰分，过滤，滤液用100 mL的容量瓶承接，洗涤滤渣多次，滤液定容至100 mL。

（2）氧化萃取和分光光度法测定阶段

移取7.00 mL滤液在分液漏斗中，加入一定体积的酸和一定体积的饱和氯水，再加入5.00 mL氯仿，振荡，静置，分层后将含碘的氯仿层从分液漏斗的下端放入另一分液漏斗中（事先装入一勺无水硫酸钠），在水相层再加入5.00 mL氯仿，振荡，静置，分层后将含碘的氯仿层放入第一次萃取的氯仿分液漏斗中。慢慢从分液漏斗下口将氯仿放至10 mL比色管中，用1 cm比色皿，在510 nm处测定吸光度。回收氯仿用2 mol/L NaOH处理，水洗2次，氯仿经无水硫酸钠处理后重复使用。

二、结果与讨论

1. pH试验

按“一.3.（1）”节处理的样品液，取三份同时按“一.3.（2）”节氧化萃取，没有特意放置延长氧化时间。观察颜色并测定吸光度，实验结果见表1。

表1可知，海带灰分浸提样品液呈碱性pH 9～10之间，氯水氧化碘化物生成碘单质的效果不好，有机层颜色淡，吸光度小。因在该pH条件下发生歧化反应生成无色I-和IO3-。在体系中加入酸中和灰分中的碳酸盐后，HAc加入构成HAc-NaAc的缓冲溶液，H2SO4加入形成pH<1强酸环境。相关的反应式有：Cl2+H2O H++Cl-+HClO，HClO+2I-+H+ Cl-+I2+H2O，Cl2+2I- 2Cl-+I2。pH小酸性强，反应速度快，生成I2量多，有机层颜色深，吸光度大。

2. H2SO4条件下氯水用量试验

按“一.3.（1）”节处理的样品液，改变氯水的用量按“一.3.（2）”氧化萃取。实验数据见表2。

从表2可知，7.00 mL滤液（相当于0.7 g海带），加入0.10 mL饱和氯水吸光度达到峰值，之后随着氯水用量的增加，吸光度下降。从定性的角度，用氯水作氧化剂说明海带中有碘并不困难，但要控制氯水的量使生成碘单质量最多较困难。因为在溶液中生成的碘单质可能被进一步氧化为无色的HIO3。相关反应5Cl2+I2+6H2O 2HIO3+10HCl，5HClO+I2+H2O 2HIO3+5HCl。

3. H2SO4用量试验

按“一.3.（1）”节处理的样品液，改变3mol/L硫酸用量，按“一.3.（2）”节氧化萃取。实验数据见表3。

从表3可知，在氯水用量适量的情况下，3 mol/L硫酸体积的变化，对生成碘单质的量影响不大。

四、酸和时间对生成碘量的影响

按“一.3.（1）”節处理的海带滤液，分别用3 mol/L H2SO4和1∶2 HAc，按“一.3.（2）氧化不同时间萃取。实验数据见表4。

表4说明，在硫酸条件下碘化物被氯水氧化生成碘单质速度较醋酸条件下快的多，但序号1-3在硫酸条件除静置不同时间外其它条件都相同，静置时间增加吸光度变小，说明在该条件下氯水已经过量，氯水中的Cl2和HClO进一步把I2氧化为HIO3，但该反应速度较Cl2和HClO氧化碘离子为碘单质的速度慢。而HAc条件序号4-7，在放置70 min随着氯水量从0.10 mL～0.30 mL生成碘单质的量增加，但当增加到一定量，也会加剧碘单质进一步被氧化为碘酸的速度。HAc溶液的酸度较H2SO4的酸度小得多，酸度对反应速度有较大影响。

五、讨论

用氯水提取海带中的碘的实验条件较难控制是因为变量较多。不同pH条件氯水中的Cl2和HClO的量不同，Cl2+H2O H++Cl-+HClO；不同批次海带中含碘量不同；反应体系中氧化剂有Cl2和HClO均可氧化碘离子为碘单质同时又可氧化碘单质为碘酸，Cl2和HClO参与反应受酸度的影响不同，氢离子浓度大有利于氯水中Cl2存在，同时加快HClO氧化碘离子为碘单质的速度（HClO+2I-+H+ Cl-+I2+H2O），所以氯水作氧化剂硫酸条件较醋酸条件下生成碘单质的速度快。同时溶液中还存在5Cl2+I2+6H2O 2HIO3+10HCl，5HClO+I2+H2O 2HIO3+5HCl。所以用氯水作氧化剂不可能找到对不同海带样品都适用的稳定的最佳提取条件。酸性条件下用氯水作氧化剂四氯化碳或氯仿作萃取剂提取海带中的碘定性说明很容易，但要定量提取最多是困难的。

六、教学建议

1. 称取m（3～5）克海带粉灰化，浸提，过滤，滤液体积大约10mmL；

2. 用pH试纸测定滤液的pH；

3. 取5 mL滤液在分液漏斗中，加入一定量的氯水，振荡，加入2～5 mL CCl4或CHCl3，振荡，观察有机层颜色变化。

4. 在3的溶液滴加H2SO4或HAc，边加边振荡，观察水相和有机相颜色的变化。

5. 取5 mL滤液在分液漏斗中，滴加H2SO4或HAc，边加边振荡，几乎不产生气泡后多加几滴。滴加氯水，边加边振荡，观察水相和有机相颜色的变化。

6.回收有机溶剂。

参考文献

[1] 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] 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

[3] 王祖浩主編. 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

[4] 杨孝容，熊俊如，张桃. 过氧化氢提取海带中碘的实验条件优化[J]. 化学教学，2015（8）：48-51