過氧化氫提取海帶中碘的實驗條件優化

楊孝容+熊俊如+張桃

摘要：對普通高中化學三大版本《實驗化學》教材“從海帶中提取碘”的實驗條件進行了優化。結果表明，用HAc調節pH 3～4，H2O2作氧化劑提取海帶中碘，樣品分析的相對標準偏差為0.47%～1.3%；平均加標回收率為90%～104%，相對標準偏差為1.2%～1.4%。本方法用HAc調節pH較《實驗化學》用H2SO4調節的實驗條件更穩定，精密度和準確度更高，可為高中化學實驗教學提供有益的參考。

關鍵詞：海帶中碘的提??；過氧化氫；實驗條件優化；實驗改進

文章編號：1005–6629（2015）8–0048–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的提出

碘是人體必需的微量元素，海帶中富含碘元素，碘作為高中化學知識與生活息息相關。在普通高中課程標準實驗教科書《實驗化學》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”等實驗。實驗將海帶灼燒灰化使有機碘轉化為碘化物，用氧化劑將碘化物氧化為單質碘，再用有機溶劑萃取單質碘。氧化碘化物的氧化劑有過氧化氫[4，5，6]、飽和氯水[7]、溴水[8]、重鉻酸鉀[9]、亞硝酸鈉[10]等?！秾嶒灮瘜W》均準確稱取一定量的海帶，灰化后用水溶解，過濾，取濾液加硫酸調節酸度，且硫酸的加入量在比較寬的范圍內變化。用硫酸調節酸度有以下不足：（1）硫酸用量較多濾液為強酸性環境，加CHCl3和H2O2后振蕩分液漏斗，CHCl3層迅速出現紫紅色，隨著振蕩次數的增加CHCl3層的紫紅色變淺最后變為無色，說明碘單質被進一步氧化為無色的碘酸鹽；（2）用硫酸調節pH 3～4，所需硫酸體積范圍相差較小但測出碘含量懸殊較大。因硫酸調節的弱酸性不具有緩沖作用，且H2O2+2H++2I-=2H2O+I2的反應要消耗氫離子，隨著反應進行溶液的pH將增大；（3）濾液中含大量的碳酸鹽，當加入硫酸較少與碳酸鹽反應后溶液可能為中性或堿性，CHCl3層幾乎為無色。因酸度低H2O2氧化碘離子生成碘單質的速度慢，并且碘單質可能發生歧化3I2+6OH-=5I-+IO3-+3H2O生成無色易溶于水的物質。從海帶中提取碘或分離檢測碘，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。從定量的角度研究H2O2提取海帶中碘的條件優化尚未見報道，本研究采用了單因素變化定量研究H2O2提取海帶中碘的實驗條件。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測得碘含量基本不變，說明優化的條件穩定，可操作性強。

2 實驗部分

2.1 儀器和試劑

DHG-9075電熱恒溫鼓風干燥箱（上海齊欣科學儀器有限公司）；ZN-400A型高速萬能粉碎機（吉首市中誠制藥機械廠）；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作基準物質，間接碘量法標定其濃度，準確移取一定體積的0.1 mol/L Na2S2O3標準溶液，在250mL的容量瓶中稀釋成0.00500 mol/L Na2S2O3標準溶液；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；實驗所有試劑均為分析純；實驗用水為一次蒸餾水

實驗樣品：干海帶（普通商場購買）

2.2 樣品預處理

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

2.3 實驗方法

樣品溶液階段：準確稱取3g海帶粉于瓷坩堝中，用少量酒精潤濕，在電爐上灰化后移入電阻爐，在設定溫度下爐門先留小縫加熱30min，再關好爐門繼續加熱30min。稍冷后取出，冷卻至室溫后將灰分全部轉入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層應為無色）。CHCl3層從分液漏斗的下端放出，水層轉入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，繼續滴定至溶液由藍色變為無色為終點，消耗Na2S2O3為VmL。

3 結果與討論

3.1 實驗條件的優化

3.1.1 過氧化氫用量的試驗

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。試驗結果表明，10% H2O2在3～6mL測得碘含量基本不變，但隨著H2O2體積增加，CHCl3層出現紫紅色的速度加快，加入5.0mL時速度較適中。實驗選擇10% H2O2 5.0mL。

該反應屬于氧化還原反應，反應物濃度增大，氧化還原速度加快。隨著H2O2體積增加，H2O2濃度增大，生成碘單質的速度加快，所以CHCl3層出現紫紅色的速度加快。

3.1.2 處理灰分醋酸體積試驗

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。試驗結果表明，1：1 HAc在6～12mL測得碘含量基本不變，CHCl3層出現紫紅色的速度沒有明顯的差異且速度適中。pH計測定水相層加入H2O2前后pH均在3～4之間。實驗選擇加入1：1 HAc 10mL。

因灰分中的碳酸鹽與HAc反應生成NaAc，再與過量HAc構成HAc-NaAc緩沖溶液，所以HAc在6～12mL變化時溶液的pH變化不大，即c（H+）變化不大，化學反應速度變化不明顯。

3.1.3 灼燒溫度試驗

樣品灼燒溫度600℃、650℃、700℃和750℃，每個溫度平行試驗3次，其余與“2.3”節相同。試驗結果表明，600℃、650℃和700℃處理樣品測得碘含量沒有明顯差異，750℃處理樣品測定值略有下降。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硬，用HAc溶解后的不溶物較少。實驗選擇650℃處理樣品。

3.1.4 CHCl3層返洗次數試驗

空白試驗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，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。試驗結果表明：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。試驗選擇2次返洗萃取CHCl3層。

3.2 樣品分析

3.2.1 樣品分析結果

按“2.3”實驗方法，灼燒溫度為650℃，各批樣品的分析結果見表1。

3.2.2 加標回收率的測定

加標樣品的處理：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標準偏差在0.47%～1.3%，說明方法的精密度良好；從表2可知平均回收率在90%～104%之間，說明方法的準確度較高。

4 結論

用5mL 10% H2O2作氧化劑從海帶中提取碘，用HAc調節pH 3～4實為NaAc-HAc的緩沖溶液，使HAc用量在較大范圍內變化時溶液pH變化不大，對生成碘單質的速度和質量沒有明顯的影響，并且化學反應速度適中。用H2SO4調節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H2O2的氧化性、生成碘單質的速度和質量（CHCl3層出現紫紅色的速度和最后顏色的深淺）有明顯影響。所以，用HAc調節酸度pH 3～4較H2SO4調節酸度的穩定性好，可操作性更強。

5 建議

根據條件優化，鑒于高中化學學習的需要和大部分學校的實驗條件，建議“從海帶中提取碘”的實驗如下：稱取3g干海帶小塊或粉于坩堝中，用酒精潤濕，在通風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入小燒杯中，加入 10～15mL蒸餾水，攪拌，微沸2～3min，冷卻后過濾；量取6～10mL 1：1 HAc，用滴管緩慢滴入濾液中，當產生氣泡較少時將HAc全部轉入，經HAc處理后濾液全部轉入分液漏斗中，加入CCl4或CHCl3 2～5mL，10% H2O2 3～5mL，振蕩，靜置。觀察現象。棄去上層水相，回收下層含碘的CCl4或CHCl3溶液。

參考文獻：

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