用离子交换法从海带中提碘

用离子交换法从海带中提碘 o 一 、 目 的 要 求o 二 、 方 法 概 述o 三 、 实 验 装 置 、 仪 器 与 试 剂o 四 、 实 验 操 作 与 步 骤o 五 、 数 据 处 理 与 问 题 讨 论 一 、 目 的 要 求 用 离 子 交 换 法 从 海 带 中 提 碘 涉 及 一系 列 物 理 化 学 过 程 ， 有 助 于 学 生 理 解 卤 素单 质 及 化 合 物 的 氧 化 还 原 性 ， 了 解 歧 化 反应 的 实 用 意 义 ， 并 能 初 步 掌 握 离 子 交 换 剂应 用 技 术 。 二 、 方 法 概 述 ： 海 带 中 所 含 的 碘 一 般 以 I 离 子状 态 存 在 。 用 水 浸 泡 海 带 ， I 离 子 及 其它 可 溶 性 有 机 质 如 褐 藻 糖 胶 等 进 入 浸 出液 中 。 若 用 海 带 重 量 13 15倍 的 水 量浸 泡 海 带 ， 可 使 浸 出 液 中 I 离 子 含 量 达到 0.5 0.55克 /升 。 海 带 浸 出 液 中 褐藻 糖 胶 的 存 在 妨 碍 碘 的 提 取 ， 应 预 先 除去 。 o 一 般 采 用 碱 化 絮 凝 法 使 其 生 成 褐 藻 酸 钠 絮 状沉 淀 而 沉 降 。 由 于 强 碱 性 阴 离 子 交 换 树 脂 对多 碘 离 子 I3 或 I5 离 子 的 交 换 吸 附 量（ 700 800克 /升 树 脂 ） 远 远 大 于 对 I 离子 的 吸 附 量 （ 150 170克 /升 树 脂 ） ， 因此 常 将 海 带 浸 出 液 中 的 I 离 子 部 分 氧 化 使生 成 I3 或 I5 离 子 ， 再 被 树 脂 交 换 吸 附 。 一 般 采 用 在 酸 性 条 件 下 加 入 适 量 氧 化 剂 ，如 NaClO或 H2O2的 方 法 使 I 离 子 氧 化 并生 成 多 碘 离 子 以 利 于 交 换 吸 附 ， 氧 化 及 交换 反 应 方 程 式 如 下 ： 2I ClO 2H+ = I2 Cl H2O 或 2I +2H+H2O2=I2+2H2O I2 I = I3 R Cl I3 = R I3 Cl 吸 附 碘 达 饱 和 的 树 脂 呈 黑 红 色 。 先 后 用氢 氧 化 钠 溶 液 及 氯 化 钠 溶 液 处 理 树 脂 ， 可 以将 碘 洗 脱 。 氢 氧 化 钠 溶 液 洗 脱 碘 主 要 是 发 生了 歧 化 反 应 ， 洗 脱 液 中 含 有 I 和 IO3 离 子 ：3R I3 6NaOH = 3R I 5NaI NaIO3 3H2O 氯 化 钠 溶 液 洗 脱 碘 则 是 发 生 了 如 下 的 交换 反 应 ， I 离 子 进 入 洗 脱 液 中 ， 树 脂 同 时 被再 生 为 氯 型 ： R I NaCl = R Cl NaI 往 碱 性 洗 脱 液 中 加 酸 ， 由 于 溶 液 pH值 的 变化 ， 发 生 逆 歧 化 反 应 而 析 出 泥 状 粗 碘 ： 5NaI NaIO3 3H2SO4 = 3I2 3Na2SO4 3H2O 氯 化 钠 洗 脱 液 经 酸 化 后 再 加 氧 化 剂 如NaNO2或 KClO3溶 液 ， 也 能 使 I 离 子 氧 化 生 成I2。 NaNO2使 I 离 子 氧 化 生 成 碘 的 离 子 方 程 式如 下 ： 2I 2NO2 4H+ = I2 2NO 2H2O 通 过 离 心 分 离 即 获 得 泥 状 粗 碘 。 三 、 实 验 装 置 、 仪 器 与 试 剂 1、 交 换 吸 附 装 置 ： 如 图 1所 示 721型 分 光 光 度 计 一 台 250mL梨 型 分 液 漏 斗 数 个 H2O2： 直 接 取 A.R纯 或 C.P纯 试 剂 10%NaOH： 将 20克 溶 解 在 200mL水 中 10%NaCl： 将 50克 NaCl溶 解 在 500mL水 中 10%NaNO2： 将 20克 NaNO2溶 解 在 200mL 水 中 海 带 6MH2SO4： 在 333 mL水 中 边 搅 拌 边 加 入 167mL 浓 硫 酸 40%NaOH： 将 40克 NaOH溶 解 在 100 mL水 中2、 仪 器 与 试 剂 o 1、 浸 泡 海 带 ： 取 海 带 500克 ， 加 13 15倍 水 量 分 两 次 浸 泡 ， 得 浸 出 液 6000毫 升 左右 ， 碘 含 量 为 0.5克 /升 （ 由 实 验 准 备 室 预先 浸 泡 ， 可 供 5 6人 实 验 用 ） 。o 2、 碱 化 浸 出 液 除 褐 藻 糖 胶 ： 即 海 带 浸 出 液1000毫 升 ， 加 入 浓 度 为 40% 的 NaOH溶液 ， 控 制 pH值 为 12左 右 ， 充 分 搅 拌 后 澄 清 。采 用 倾 析 法 分 离 出 清 液 。 四 、 实 验 操 作 步 骤 ： o 3、 氧 化 游 离 ： 于 上 述 清 液 中 加 入 浓 度 为6mol L-1的 H2SO4溶 液 ， 使 pH值 为1.5 2。 往 酸 化 溶 液 中 加 入 NaClO溶 液 或H2O2溶 液 ， 充 分 搅 拌 并 观 察 溶 液 颜 色 变 化 。待 溶 液 由 淡 黄 逐 渐 变 成 棕 红 色 即 表 明 I 离子 已 转 变 为 多 碘 离 子 。 （ 用 淀 粉 KI试 纸检 验 ） 。 四 、 实 验 操 作 步 骤 ： o 4、 交 换 吸 附 ：o 将 强 碱 性 阴 离 子 交 换 树 脂 （ 已 转 为 氯 型 ）注 入 交 换 柱 中 （ 树 脂 层 高 度 为 12cm） ，如 图 1连 接 交 换 装 置 ， 待 溶 液 全 部 通 过 后 ，树 脂 颜 色 变 为 黑 红 色 （ 用 淀 粉 KI试 纸 检验 浸 泡 液 交 换 前 与 后 碘 的 形 态 ） 。o 四 、 实 验 操 作 步 骤 ： o 5、 洗 脱 ： 分 两 步 进 行 ：o 第 一 步 ： 取 8 10% 的 NaOH溶 液 40mL注入 交 换 柱 中 。 在 强 碱 作 用 下 ， 树 脂 颜 色 逐 渐 变 浅 ，待 树 脂 基 本 褪 色 后 ， 放 出 溶 液 ， 收 集 于 一 小 烧 杯 中为 碱 性 洗 脱 液 。o 第 二 步 ： 取 10% 的 NaCl溶 液 40mL注 入 上 述交 换 柱 中 。 稍 待 一 会 儿 ， 慢 慢 放 出 溶 液 收 集 于 另 一小 烧 瓶 中 ， 为 氯 化 钠 洗 脱 液 。 四 、 实 验 操 作 步 骤 ： 6、 碘 析 ： 往 碱 性 洗 脱 液 中 滴 加 H2SO4溶 液 （ 6mol L-1） 。如 果 不 搅 动 溶 液 ， 可 观 察 到 局 部 出 现 棕 色 或 棕 黑 色 浑浊 现 象 ， 搅 拌 后 浑 浊 消 失 。 继 续 滴 加 H2SO4溶 液 至 洗脱 液 呈 酸 性 时 ， 棕 黄 色 浑 浊 不 再 消 失 ， 静 置 澄 清 ， 烧杯 底 部 会 析 出 一 层 泥 状 粗 碘 。 往 氯 化 钠 洗 脱 液 中 滴 加 H2SO4溶 液 （ 6mol L-1）使 之 酸 化 ， 再 滴 加 10% 的 NaNO2溶 液 （ 在 通 风 橱 中进 行 ） 。 待 溶 液 由 无 色 转 变 为 棕 红 色 直 至 出 现 棕 黑 色浑 浊 ， 表 明 已 有 I2） 游 离 析 出 ， 静 置 澄 清 。 四 、 实 验 操 作 步 骤 ： 7、 离 心 分 离 ： 吸 出 烧 杯 中 上 部 清 液 ， 剩余 少 量 溶 液 及 粗 碘 沉 淀 转 入 离 心 试 管 中 进 行离 心 分 离 ， 吸 出 清 液 即 得 粗 碘 。 碘 含 量 不 多 时 ， 可 将 步 骤 （ 6） 中 二 种 I2析 出 液 置 于 分 液 漏 斗 中 分 别 加 CCl4或 （CHC13） 各 10mL萃 取 后 在 721分 光 计 上 ， = 510nm， 用 1cm比 色 皿 测 定 透 光 率 。 四 、 实 验 操 作 步 骤 五 、 数 据 处 理 与 讨 论o 1、 讨 论 离 子 交 换 法 从 海 带 中 提 碘 的 基 本 原 理 ， 并指 出 为 什 么 强 碱 性 阴 离 子 交 换 树 脂 需 要 预 先 转 为 氯型 。 用 阳 离 子 树 脂 代 替 行 吗 ？o 2、 为 什 么 浸 泡 液 的 氧 化 是 提 碘 的 最 关 键 步 骤 ？ 如何 控 制 氧 化 完 全 ， 而 又 不 过 氧 化 。o 3、 用 淀 粉 KI试 纸 检 验 碘 形 态 是 根 据 什 么 原 理 。为 什 么 交 换 吸 附 前 与 后 碘 形 态 会 有 不 同 。o 4、 碱 洗 脱 与 NaCl洗 脱 在 原 理 上 有 何 差 异 ， 为 何还 要 分 二 步 进 行 洗 脱 。