用离子交换法从海带中提碘.doc

实验八 用离子交换法从海带中提碘
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。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

图1 交换吸附装置
1、下口瓶； 2、交换柱； 3、大烧杯
2、仪器与试剂
海带若干 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
6mol/LH2SO4：在333 mL水中边搅拌、边加入167 mL浓硫酸
40% NaOH：将40克NaOH溶解在100 mL水中
四、实验操作步骤：
操作流程如图2所示。
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）。
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。
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）。
4、交换吸附：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）。
5、洗脱：分两步进行。
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。
海带 水

浸泡

浸出液

碱化 －NaOH

澄清

沉淀 清液
（褐藻酸纳）
酸化 －H2SO4

氧化 －NaClO或H2O2

氧化液（I3－）
强碱性阴离子交换吸附树脂）
交换吸附
(1)NaOH (2)NaCl

洗脱

碱性洗脱液 氯化钠洗脱液

H2SO4 加H2SO4和NaNO2
碘析

离心分离

泥状粗碘
图2 离子交换法从海带中提碘流程图
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。
6、碘析：
往碱性洗脱液中滴加H2SO4溶液（6mol× L-1），使pH＝1.5～2.0。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（pH＝1.5～2.0），再滴加10% 的NaNO2溶液1滴（本实验的用量，且在通风橱中进行）。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。
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，l = 510nm，用1cm比色皿测定透光率。
五、数据处理与讨论：
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？
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。
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。
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