从碘废液中提取碘单质以及碘化钾的制备文档格式.docx

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2、学习应用平衡原理解决实际问题、巩固基本操作技能

二、实验原理

碘是人体必需的微量元素，可维持人体甲状腺的正常工作。

碘化物可防止和治疗甲状腺肿大；

碘酒可作消毒剂，碘仿可作防腐剂。

碘化银可用于制造照片软片和人工降雨时早云的“晶核”。

碘是制备碘化物的原料。

实验室有多种含碘废液，回收方法通常是将含碘废液中游离形式的碘转化为I-后氧化，使I2析出，本实验采用Fe3+氧化使废液众中的I-转化为I2。

2Fe3++2I-==2Fe2++I2

制取碘化钾时，将I2与KOH反应生成KI和KIO3，再于碱性条件下与H2O2反应将KIO3转化为KI，反应如下：

3I2+6KOH==5KI+KIO3+3H2O

2H2O2+KIO3==KI+3O2

+3H2O

三、试剂与仪器

1仪器：

25ml移液管，250ml锥形瓶三个，10ml/100ml量筒各一个，三脚架，石棉网，酒精灯，酸式滴定管，碱式滴定管，滴定台，滤纸，漏斗，烧杯（250ml，150ml，100ml，50ml各一个）玻璃棒，温度计，水浴加热锅，胶头滴管，布氏漏斗，真空泵，蒸发皿，分析天平，吸耳球，250mL碘量瓶3个，250mL容量瓶，试剂瓶,分液漏斗，药匙，试管，试管夹，PH试纸。

2试液：

含碘废液，0.1mol/LNa2S2O3，0.1mol/LFe2（SO4）3溶液，CCl4，4mol/L、2mol/LHCl溶液，KI，0.2mol/LKIO3，0.5%淀粉溶液，1mol/LKOH，0.1mol/LNa2SO3，K2Cr2O7基准物去离子水等。

四、实验步骤

1、判断含碘废液中碘的存在形式

①判断I2是否存在：

取部分废液加入CCl4萃取，如有机层变为紫红色则有I2的存在，并萃取完全。

②判断IO3-是否存在：

取萃取完全后的上层无机层1ml，盐酸酸化后加入0.5%的淀粉溶液和新配制的0.1mol/L的Na2SO3溶液若滴后立即变蓝则有IO3-的存在。

3IO3-+5SO32-+2H+==I2+5SO42-+2H2O

③判断I-是否存在：

取萃取完全后的上层无机层1ml，加0.5%的淀粉溶液和0.1mol/L的Fe2（SO4）3溶液，若变蓝则有I-的存在。

2、Na2S2O3的标定（滴定原理见附录1）

（1）用固定重量称量法称取1.2258g在120℃干燥至恒重的基准物K2Cr2O7于小烧杯中，加水使溶解，定量转移到250mL容量瓶中，加水至刻线，混匀，备用。

用移液管量取25.00mlK2Cr2O7溶液于碘瓶中，加KI2g，蒸馏水15mL，HCl溶液（4mol/L）5mL，密塞，摇匀，封水，在暗处放置10分钟。

（1）加蒸馏水30mL稀释，用Na2S2O3液滴定至近终点，加淀粉指示液2mL，继续滴 

定至蓝色消失而显亮绿色，即达终点。

（2）重复标定2次，相对偏差不能超过0.2%。

为防止反应产物I2的挥发损失，平行试验的碘化钾试剂不要在同一时间加入，做一份加一份。

（3）结果计算:

3、含碘废液中碘含量的测定

取含碘废液25ml置于250ml锥形瓶中，用2mol/LHCl溶液酸化，过量5ml，加水20ml。

加热煮沸，稍冷，准确加入10.00ml0.2mol/LKIO3，小火加热煮沸，除去I2，冷却后加入过量0.1mol/LKI溶液5ml，产生的I2用0.1000mol/LNa2S2O3标准溶液滴定至浅黄色，加入淀粉后溶液变为深蓝色，继续用Na2S2O3溶液标定至蓝色恰好退去，即为终点。

4、碘的回收以及碘化钾的制备

⑴取100ml含碘废液于分液漏斗中，加入适量的CCl4进行萃取，并重复操作至萃取后有机层颜色接近无色（即接近于完全萃取），合并有机相。

⑵将萃取后的无机相置于250ml锥形瓶中并滴加Fe2（SO4）3至变为红棕色后继续加入CCl4萃取至有机相无色。

⑶合并⑴和⑵的有机相于250ml锥形瓶中加入5ml1mol/LKOH溶液充分震荡，有机层无色后静置，分层后回收CCl4，并将无机相置于50ml小烧杯中。

⑷向无机相中滴加适量的H2O2，充分反应后将溶液置于蒸发皿中。

⑸100。

C水浴加热，当蒸发皿中出现晶膜时析出，冷却，抽滤，称量

5、KI的纯度测定

取产品0.3g，精确加入10ml去离子水溶解，加稀盐酸35ml（9.5%~12.5%）用0.05mol/L的KIO3溶液滴定至黄色，加入CHCl35ml继续滴定同时震荡，至CHCl3颜色消失。

（每消耗1mlKIO3相当于16.6mg的KI）

五、实验现象与结果

⑴判断含碘废液中碘的存在形式

取25ml废液加入CCl4，摇晃静置，有机层变枚红色→废液中含有I2

无机层酸化后加0.1mol/L的Na2S2O3和淀粉，无现象→废液中没有IO3-

无机层加入0.1mol/L的Fe2（SO4）3和淀粉，溶液变蓝→废液中有I-

⑵Na2S2O3的标定：

用量：

V

=25.50mlV

=25.80mlV

=24.92mlV

=25.40ml

计算:

M

=294.18n=m/M=0.004167molC

=n/V=0.01667mol/L

（3）在碘离子含量测定时

加入HCl后加热，颜色由棕色→黄→绿→蓝绿，在实验过程中并伴有紫红色气体溢出（I2升华）

加入KIO3后加热，颜色变为紫红色，底下有大量黑色沉淀并有紫红色气体溢出，之后有大块紫红色固体上浮，后气体逐渐变为无色，溶液由土黄色→黄绿色

加入KI后，溶液变为棕红色

加入Na2S2O3滴定至浅黄色

深蓝色继续滴定至蓝色退去

用量VNa2S2O3=32ml，代入公式计算的：

⑶碘的回收以及碘化钾的制备时

萃取后有机层+KOH：

有机层褪色，分层，上层无机相为绿色，下层有机相无色（CCl4）

萃取后无机层+Fe2（SO4）3:

由亮绿色变为棕色，加入CCl4萃取，无机相由枚红色逐渐变为草绿色，CCl4变紫红色（I2萃取）。

合并有机层+H2O2：

有气泡产生，溶液颜色略黄（Fe3+），略加热后有棕色絮状物产生（Fe（OH）3），过滤后溶液为浅绿色清液

水浴加热：

有晶膜产生，得产品0.15g;

多次试验累计产品0.45g。

（5）纯度测定时

产品溶于水（淡黄色）+（2mol/L）HCl→红棕色液体加KIO3变黄消耗2.2ml;

加入CHCl35ml有机层变红，加入KIO3后有机层褪色KIO3消耗6.6ml

KIO3一共消耗8.8ml

计算：

m=16.6mg*8.8=146.08mg=0.14608g

KI%=

*100%=48.69%

六、实验分析

⑴本实验产率过低，需判断是否有人为因素导致碘的损失，或者是废液中碘含量过低导致产品过少。

需要做梯度实验确定。

⑵由于无法确定是否能将废液中的碘离子完全转化为碘单质，或者在后续实验中三价铁离子对实验的影响，需要替换氧化剂以作出实验的优化。

七、实验优化

⑴梯度实验

分别取50ml、100ml、150ml、200ml废液，由不同小组分别按照实验步骤实验，分别得出数据进行对比，以确定是否是有人为因素存在以导致产率过低。

⑵替换氧化剂

⑴取50ml含碘废液于分液漏斗中，加入适量的CCl4进行萃取，并重复操作至萃取后有机层颜色接近无色（即接近于完全萃取），合并有机相

⑵将萃取后的无机相置于250ml锥形瓶中加盐酸酸化至酸性并滴加H2O2充分氧化后加入CCl4萃取至有机相无色。

⑶合并⑴和⑵的有机相于250ml锥形瓶中加入5ml1mol/LKOH溶液充分震荡，有机层无色后静置，分层后回收CCl4，并将无机相置于250ml锥形瓶中。

⑷向无机相中滴加适量的H2O2，将溶液置于蒸发皿中

⑸水浴加热，当蒸发皿中出现晶膜时取出，冷却，抽滤，称量

八、实验结果与分析

在梯度实验时，50ml的废液提取出0.03g的KI产品，并综合各小组的数据，符合梯度，因此可以判断出产率低的原因不存在于实验中，可能是原废液中的碘含量较低。

取用50ml的废液，得出0.03g产品，在实验过程中水浴加热时无红棕色絮状物产生，H2O2对后续实验没有影响，同时减少对溶液的进一步的污染，便于对废液中碘的回收。

九、注意事项

1如果实验时使用的氧化剂为Fe2（SO4）3，一定要逐步滴加，不然会对后续实验有严重影响。

2萃取过程中，一定要充分静置，以防止有部分有机相没有进入下层，导致部分碘的流失以及杂质元素（Fe3+）未完全脱离有机溶剂进入有机层。

3制备碘化钾时，为了使KIO3完全转化加入的H2O2需过量。

⑷在进行水浴加热时，出现晶膜时需及时取出，一定要留一部分母液，以提高制取的KI的纯度。

附录1.标定原理：

硫代硫酸钠标准溶液通常用Na2S2O3·

5H2O配制，由于Na2S2O3遇酸即迅速分解产生S，配制时若水中含CO2较多，则pH偏低，容易使配制的Na2S2O3变混浊。

另外水中若有微生物也能够慢慢分解Na2S2O3。

因此，配制Na2S2O3通常用新煮沸放冷的蒸馏水，并先在水中加入少量Na2S2O3，然后再把Na2S2O3溶于其中。

标定Na2S2O3溶液的基准物质有KBrO3、KIO3、K2Cr2O7等，以K2Cr2O7最常用。

标定时采用置换滴定法，使K2Cr2O7先与过量KI作用，再用欲标定浓度的Na2S2O3溶液滴定析出的I2。

第一步反应为：

在酸度较低时此反应完成较慢，若酸度太强又有使KI被空气氧化成I2的危险，因此必须注意酸度的控制并避光放置10分钟，此反应才能定量完成。

2KI+O2=K2O+I2 

K2O+CO2=K2CO3或与水与二氧化碳生成碳酸氢钾。

但是由于反应过程中有碱性物质存在碘单质多少会有一些会消耗产生其他氧化数的物质。

4KI+2H2O+O2=2I2+4KOH2KI+O2=K2O+I2K2O+H2O=2KOH

C=O的键能比H-O的键能大，K2O与键能小的水先反应。

2KOH+CO2=K2CO3+H2OK2CO3+10H2O=K2CO3·

10H2O

4KI+2H2O+O2=2I2+4KOH）

第二步反应为：

第一步反应析出的I2用Na2S2O3溶液滴定，以淀粉作指示剂。

淀粉溶液在有I-离子存在时能与I2分子形成蓝色可溶性吸附化合物，使溶液呈蓝色。

达到终点时，溶液中的I2全部与Na2S2O3作用，则蓝色消失。

但开始I2太多，被淀粉吸附得过牢，就不易被完全夺出，并且也难以观察终点，因此必须在滴定至近终点时方可加入淀粉溶液。

Na2S2O3与I2的反应只能在中性或弱酸性溶液中进行，因为在碱性溶液中会发生下面的副反应：

而在酸性溶液中Na2S2O3又易分解：

所以进行滴定以前溶液应加以稀释，一为降低酸度，二为使终点时溶液中的Cr3+离子不致颜色太深，影响终点观察。

另外KI浓度不可过大，否则I2与淀粉所显颜色偏红紫，也不利于观察终点。

注意事项：

1．K2Cr2O7与KI反应进行较慢，在稀溶液中尤慢，故在加水稀释前，应放置10分钟，使反应完全。

2．酸度影响滴定，应保持在0.2~0.4mol·

L-1的范围内。

3．KI要过量，但浓度不能超过2%~4%，因为I-太浓，淀粉指示剂的颜色转变不灵敏。

4．终点有回褪现象，如果不是很快变蓝，可认为是由于空气中氧的氧化作用造成，不影响结果；

如果很快变蓝，说明K2Cr2O7与KI反应不完全。

即当溶液为绿里带浅棕色时，才可加指示剂。

5．滴定开始时要掌握慢摇快滴，但近终点时，要慢滴，并用力振摇，防止吸附。