過(guò)氧化氫提取海帶中碘的實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化

楊孝容+熊俊如+張?zhí)?/p>

摘要：對(duì)普通高中化學(xué)三大版本《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》教材“從海帶中提取碘”的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明，用HAc調(diào)節(jié)pH 3～4，H2O2作氧化劑提取海帶中碘，樣品分析的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.47%～1.3%；平均加標(biāo)回收率為90%～104%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.2%～1.4%。本方法用HAc調(diào)節(jié)pH較《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》用H2SO4調(diào)節(jié)的實(shí)驗(yàn)條件更穩(wěn)定，精密度和準(zhǔn)確度更高，可為高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供有益的參考。

關(guān)鍵詞：海帶中碘的提??；過(guò)氧化氫；實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)：1005–6629（2015）8–0048–04 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 問(wèn)題的提出

碘是人體必需的微量元素，海帶中富含碘元素，碘作為高中化學(xué)知識(shí)與生活息息相關(guān)。在普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》的人教版、蘇教版和山東版[1～3]中均編入了“從海帶中提取碘”或“海帶中碘元素的分離及檢驗(yàn)”等實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)將海帶灼燒灰化使有機(jī)碘轉(zhuǎn)化為碘化物，用氧化劑將碘化物氧化為單質(zhì)碘，再用有機(jī)溶劑萃取單質(zhì)碘。氧化碘化物的氧化劑有過(guò)氧化氫[4，5，6]、飽和氯水[7]、溴水[8]、重鉻酸鉀[9]、亞硝酸鈉[10]等?！秾?shí)驗(yàn)化學(xué)》均準(zhǔn)確稱(chēng)取一定量的海帶，灰化后用水溶解，過(guò)濾，取濾液加硫酸調(diào)節(jié)酸度，且硫酸的加入量在比較寬的范圍內(nèi)變化。用硫酸調(diào)節(jié)酸度有以下不足：（1）硫酸用量較多濾液為強(qiáng)酸性環(huán)境，加CHCl3和H2O2后振蕩分液漏斗，CHCl3層迅速出現(xiàn)紫紅色，隨著振蕩次數(shù)的增加CHCl3層的紫紅色變淺最后變?yōu)闊o(wú)色，說(shuō)明碘單質(zhì)被進(jìn)一步氧化為無(wú)色的碘酸鹽；（2）用硫酸調(diào)節(jié)pH 3～4，所需硫酸體積范圍相差較小但測(cè)出碘含量懸殊較大。因硫酸調(diào)節(jié)的弱酸性不具有緩沖作用，且H2O2+2H++2I-=2H2O+I2的反應(yīng)要消耗氫離子，隨著反應(yīng)進(jìn)行溶液的pH將增大；（3）濾液中含大量的碳酸鹽，當(dāng)加入硫酸較少與碳酸鹽反應(yīng)后溶液可能為中性或堿性，CHCl3層幾乎為無(wú)色。因酸度低H2O2氧化碘離子生成碘單質(zhì)的速度慢，并且碘單質(zhì)可能發(fā)生歧化3I2+6OH-=5I-+IO3-+3H2O生成無(wú)色易溶于水的物質(zhì)。從海帶中提取碘或分離檢測(cè)碘，不僅從定性的角度證明海帶中含有碘元素，而且可從定量的角度得到盡可能多的碘單質(zhì)。從定量的角度研究H2O2提取海帶中碘的條件優(yōu)化尚未見(jiàn)報(bào)道，本研究采用了單因素變化定量研究H2O2提取海帶中碘的實(shí)驗(yàn)條件。研究表明，3g海帶于600～700℃灼燒，灰分用1：1 HAc 6～12mL溶解，加入10% H2O2 3～6mL測(cè)得碘含量基本不變，說(shuō)明優(yōu)化的條件穩(wěn)定，可操作性強(qiáng)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器和試劑

DHG-9075電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海齊欣科學(xué)儀器有限公司）；ZN-400A型高速萬(wàn)能粉碎機(jī)（吉首市中誠(chéng)制藥機(jī)械廠）；FC204型電子天平（上海精科天平）；SX2-5-12電阻爐（上海意中電爐有限公司）；瓷坩堝、泥三角、坩堝鉗、電爐、量筒、分液漏斗、移液管、堿式滴定管、燒杯、玻璃棒、錐形瓶

用冰醋酸稀釋為1：1 HAc；用30% H2O2稀釋為10% H2O2；Na2S2O3配制為0.1 mol/L溶液，用K2Cr2O7作基準(zhǔn)物質(zhì)，間接碘量法標(biāo)定其濃度，準(zhǔn)確移取一定體積的0.1 mol/L Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液，在250mL的容量瓶中稀釋成0.00500 mol/L Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)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；實(shí)驗(yàn)所有試劑均為分析純；實(shí)驗(yàn)用水為一次蒸餾水

實(shí)驗(yàn)樣品：干海帶（普通商場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)）

2.2 樣品預(yù)處理

用刷子把購(gòu)買(mǎi)的干海帶表面的附著物刷凈，在90℃干燥箱中烘干，用粉碎機(jī)粉碎成海帶粉，裝入自封袋備用。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

樣品溶液階段：準(zhǔn)確稱(chēng)取3g海帶粉于瓷坩堝中，用少量酒精潤(rùn)濕，在電爐上灰化后移入電阻爐，在設(shè)定溫度下?tīng)t門(mén)先留小縫加熱30min，再關(guān)好爐門(mén)繼續(xù)加熱30min。稍冷后取出，冷卻至室溫后將灰分全部轉(zhuǎn)入50mL燒杯，加5mL蒸餾水并用玻璃棒研碎灰分，慢慢滴加10mL 1：1 HAc，加熱近沸再冷卻得樣品溶液。

萃取和滴定階段：將樣品溶液轉(zhuǎn)入分液漏斗，加入10mL CHCl3和5mL 10% H2O2，振蕩，靜置，分層后將CHCl3放入另一分液漏斗中，在水相層再加入10mL CHCl3萃取，如此反復(fù)2次，合并CHCl3約30mL；用20mL蒸餾水分2次返洗CHCl3，然后在CHCl3中加入0.1mol/L NaOH溶液15mL（CHCl3層應(yīng)為無(wú)色）。CHCl3層從分液漏斗的下端放出，水層轉(zhuǎn)入100mL的錐形瓶中，加入5mL 1：1 HAc，用0.00500mol/L Na2S2O3溶液滴定到淺黃色后再加入1mL 0.5%的淀粉溶液，繼續(xù)滴定至溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o(wú)色為終點(diǎn)，消耗Na2S2O3為VmL。

3 結(jié)果與討論

3.1 實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化

3.1.1 過(guò)氧化氫用量的試驗(yàn)

600℃處理的5份樣品溶液，分別加入10% H2O2 2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL和6.0mL，其余與“2.3”相同。試驗(yàn)結(jié)果表明，10% H2O2在3～6mL測(cè)得碘含量基本不變，但隨著H2O2體積增加，CHCl3層出現(xiàn)紫紅色的速度加快，加入5.0mL時(shí)速度較適中。實(shí)驗(yàn)選擇10% H2O2 5.0mL。

該反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)物濃度增大，氧化還原速度加快。隨著H2O2體積增加，H2O2濃度增大，生成碘單質(zhì)的速度加快，所以CHCl3層出現(xiàn)紫紅色的速度加快。

3.1.2 處理灰分醋酸體積試驗(yàn)

600℃處理的灰分5份，分別加入1：1 HAc 6mL、8mL、10mL、11mL和12mL，其余與“2.3”相同。試驗(yàn)結(jié)果表明，1：1 HAc在6～12mL測(cè)得碘含量基本不變，CHCl3層出現(xiàn)紫紅色的速度沒(méi)有明顯的差異且速度適中。pH計(jì)測(cè)定水相層加入H2O2前后pH均在3～4之間。實(shí)驗(yàn)選擇加入1：1 HAc 10mL。

因灰分中的碳酸鹽與HAc反應(yīng)生成NaAc，再與過(guò)量HAc構(gòu)成HAc-NaAc緩沖溶液，所以HAc在6～12mL變化時(shí)溶液的pH變化不大，即c（H+）變化不大，化學(xué)反應(yīng)速度變化不明顯。

3.1.3 灼燒溫度試驗(yàn)

樣品灼燒溫度600℃、650℃、700℃和750℃，每個(gè)溫度平行試驗(yàn)3次，其余與“2.3”節(jié)相同。試驗(yàn)結(jié)果表明，600℃、650℃和700℃處理樣品測(cè)得碘含量沒(méi)有明顯差異，750℃處理樣品測(cè)定值略有下降。600℃和650℃灼燒后的灰分為灰色且體積較大而膨松，用HAc溶解后的不溶物較多；700℃灼燒后固體為淡黃色較堅(jiān)硬，用HAc溶解后的不溶物較少。實(shí)驗(yàn)選擇650℃處理樣品。

3.1.4 CHCl3層返洗次數(shù)試驗(yàn)

空白試驗(yàn)10mL 1：1 HAc加5mL 10% H2O2，用10mLCHCl3萃取3次，合并CHCl3約30mL，分四種情況試驗(yàn)，第一種不用水返洗CHCl3層，第二種用15mL水返洗CHCl3層1次，第三種用20mL水分2次返洗CHCl3層；第四種直接取30mL CHCl3。上述四種情況均加入10mL 0.005 mol/L碘溶液，其余與“2.3”相同。試驗(yàn)結(jié)果表明：第三和第四種情況消耗Na2S2O3體積基本相同，第一和第二種情況與第四種情況消耗Na2S2O3有一定差異。試驗(yàn)選擇2次返洗萃取CHCl3層。

3.2 樣品分析

3.2.1 樣品分析結(jié)果

按“2.3”實(shí)驗(yàn)方法，灼燒溫度為650℃，各批樣品的分析結(jié)果見(jiàn)表1。

3.2.2 加標(biāo)回收率的測(cè)定

加標(biāo)樣品的處理：樣品灰化后加入KI溶液5.00mL，在電爐上緩緩加熱蒸干后再放入650℃電阻爐，其余按“2.3”操作；空白試驗(yàn)直接取KI溶液5.00mL于分液漏斗，加入10mL 1：1 HAc，其余與“2.3”相同。

由表1分析結(jié)果可知，碘在海帶中的含量屬于微量組分，方法用于樣品分析的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.47%～1.3%，說(shuō)明方法的精密度良好；從表2可知平均回收率在90%～104%之間，說(shuō)明方法的準(zhǔn)確度較高。

4 結(jié)論

用5mL 10% H2O2作氧化劑從海帶中提取碘，用HAc調(diào)節(jié)pH 3～4實(shí)為NaAc-HAc的緩沖溶液，使HAc用量在較大范圍內(nèi)變化時(shí)溶液pH變化不大，對(duì)生成碘單質(zhì)的速度和質(zhì)量沒(méi)有明顯的影響，并且化學(xué)反應(yīng)速度適中。用H2SO4調(diào)節(jié)酸度溶液不具有緩沖作用，H2SO4用量范圍變化較小但溶液pH變化可能很大，對(duì)H2O2的氧化性、生成碘單質(zhì)的速度和質(zhì)量（CHCl3層出現(xiàn)紫紅色的速度和最后顏色的深淺）有明顯影響。所以，用HAc調(diào)節(jié)酸度pH 3～4較H2SO4調(diào)節(jié)酸度的穩(wěn)定性好，可操作性更強(qiáng)。

5 建議

根據(jù)條件優(yōu)化，鑒于高中化學(xué)學(xué)習(xí)的需要和大部分學(xué)校的實(shí)驗(yàn)條件，建議“從海帶中提取碘”的實(shí)驗(yàn)如下：稱(chēng)取3g干海帶小塊或粉于坩堝中，用酒精潤(rùn)濕，在通風(fēng)櫥中用酒精燈或酒精噴燈或電爐灰化；冷卻后將灰分全部轉(zhuǎn)入小燒杯中，加入 10～15mL蒸餾水，攪拌，微沸2～3min，冷卻后過(guò)濾；量取6～10mL 1：1 HAc，用滴管緩慢滴入濾液中，當(dāng)產(chǎn)生氣泡較少時(shí)將HAc全部轉(zhuǎn)入，經(jīng)HAc處理后濾液全部轉(zhuǎn)入分液漏斗中，加入CCl4或CHCl3 2～5mL，10% H2O2 3～5mL，振蕩，靜置。觀察現(xiàn)象。棄去上層水相，回收下層含碘的CCl4或CHCl3溶液。

參考文獻(xiàn)：

[1][4]宋心琦主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·實(shí)驗(yàn)化學(xué)[M].北京：人民教育出版社，2007：20～22.

[2][5]王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·實(shí)驗(yàn)化學(xué)[M].南京：江蘇教育出版社，2009：2～4.

[3][7]王磊主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·實(shí)驗(yàn)化學(xué)[M].濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2007：9～12.

[6]沈文敏，李永紅.“從海帶中提取碘”最佳實(shí)驗(yàn)條件的探索[J].化學(xué)教育，2013，（6）：66～68.

[8]中華人民共和國(guó)水產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SC/T3010-2001海帶碘含量的測(cè)定.

[9]胡小莉，李原芳，凌莉莎等.海帶中提取碘的微型實(shí)驗(yàn)研究[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，32（5）：168～170.

[10]湯春蘭，楊文珍.光度法測(cè)定海帶中微量碘[J].精細(xì)石油化工，1999，（2）：57～59.