對(duì)實(shí)驗(yàn)“四氯化碳萃取碘水中碘”的探究

文章編號(hào)：1005－6629(2007)03－0007－02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

人教版新教材《化學(xué)1》在第一章《從實(shí)驗(yàn)學(xué)化學(xué)》中通過演示實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)1-4）“四氯化碳萃取碘水中的碘”介紹了一個(gè)重要的化學(xué)基本實(shí)驗(yàn)操作——萃取。具體操作為：“⑴ 用量筒量取10mL飽和碘水，倒入分液漏斗，然后注入4mL四氯化碳，蓋好玻璃塞。⑵......”[1]。筆者在課前準(zhǔn)備該實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，將分液漏斗靜置分層后，下層呈紫色，上層仍為棕黃色(比原碘水顏色略淺)，碘水在萃取前后的顏色變化不大。當(dāng)時(shí)有老師提出實(shí)驗(yàn)室配制的碘水濃度太大，加入的CCl₄不足以將碘水中的碘完全萃取。可是，當(dāng)增大萃取劑用量，并進(jìn)行多次的萃取后，結(jié)果仍不能讓我滿意，似乎萃取效率很低；而《分析化學(xué)》對(duì)此進(jìn)行過定量計(jì)算：等體積的CCl₄從碘水中萃取I2時(shí)，全量一次萃取，萃取百分率可達(dá)98.8%[2]，若分三次萃取，萃取百分率接近100%[3]，這顯然和上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不相吻合。

經(jīng)查閱資料，碘在水中的溶解度為0.029g（20℃），常溫下的飽和碘水不會(huì)溶解過多的碘，可碘水顏色為什么那么深？原來實(shí)驗(yàn)員配碘水時(shí)是將碘溶解在KI的稀溶液中，碘容易溶解在KI溶液中。會(huì)不會(huì)由于試劑KI的加入造成了碘水在萃取前后的顏色變化不大？筆者準(zhǔn)備了以下幾個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行探究。

1 通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)找出問題所在

1.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)1用兩種不同方法配制飽和碘水

碘水(A)的配制：取少量單質(zhì)碘加入燒杯，加100mL水溶解，只有極少量碘溶解，溶液呈淺黃色；再加入數(shù)滴1mol/L KI溶液，液體呈棕黃色，燒杯底部殘留極少量固體。

碘水(B)的配制：取相同質(zhì)量的碘加入燒杯，加100mL水溶解，加熱40s液體呈棕黃色。

1.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比

實(shí)驗(yàn)2用CCl₄萃取碘（分2次萃取）

具體操作：分別往梨形分液漏斗A、B中加入碘水(A)和碘水(B)各12mL，再分別加入5mL四氯化碳，充分振蕩，靜置分液，記錄現(xiàn)象；有機(jī)層轉(zhuǎn)移到小燒杯中，水層仍保留在分液漏斗中，繼續(xù)向分液漏斗A、B中分別加入5mL四氯化碳，充分振蕩，靜置，記錄現(xiàn)象（見表1）。

用KI配制得到的碘水(A)用CCl₄萃取后上層顏色很難變淺，兩次萃取后碘水顏色依然為淺棕黃色；用加熱法制得的碘水(B)萃取后顏色很容易變淺，甚至接近無色，而且下層(有機(jī)層)的顏色也比分液漏斗A中的深。顯然，分液漏斗B中的萃取進(jìn)行的更加完全。由此可見，配制碘水的過程中KI的加入是導(dǎo)致這種差別的主要原因。

2 對(duì)照實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析原因

碘水(A)中的碘較難被萃取

用KI溶液配制碘水(A)時(shí)，KI溶液中的I-離子與碘分子形成了碘三離子I^-₃，碘三離子在溶液中存在以下平衡：

碘水(A)中的液體是由碘單質(zhì)、I^-離子、I^-₃離子、水等構(gòu)成的一個(gè)復(fù)雜體系，加入CCl₄萃取后，只有游離態(tài)的碘被萃取到有機(jī)相（CCl₄）中。先以水相為參考對(duì)象：碘水(A)中原先建立的平衡將隨著萃取的進(jìn)行遭到破壞。根據(jù)勒夏特列原理，隨著水中I₂濃度的減小，平衡向左移動(dòng)，I^-₃離子不斷的向生成I^-和I₂的方向轉(zhuǎn)化，但是碘被四氯化碳萃取和某些反應(yīng)生成揮發(fā)性物質(zhì)或沉淀不一樣，碘并沒有完全轉(zhuǎn)移到萃取劑CCl₄中。把水相和有機(jī)相作為一個(gè)整體來看，隨著萃取的進(jìn)行，水相中I^-₃離子轉(zhuǎn)化為I^-和I₂的同時(shí)，I^-₃離子濃度也在不斷減小，I^-濃度在增加，到一定程度，I^-離子需要奪取有機(jī)相中的碘，重新建立一個(gè)新的平衡，這也是符合勒夏特列原理的。

實(shí)際上，在整個(gè)體系中，碘從水相往有機(jī)相中的轉(zhuǎn)移（被萃取）和I^-離子結(jié)合碘生成I^-₃離子應(yīng)該是一個(gè)同時(shí)進(jìn)行、相互競(jìng)爭(zhēng)的過程，這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)發(fā)生在兩相之間。碘水(A)由于配制時(shí)加入了KI，水相中I^-離子的濃度較大，這部分碘離子的存在確保了平衡不會(huì)徹底向左移，從而保證了水相中相當(dāng)量游離態(tài)碘和I^-₃離子的存在；即使增大萃取劑的用量，只要水相中的I^-離子維持在一定濃度，碘水中的碘就不會(huì)完全轉(zhuǎn)移到有機(jī)相中，從而水層的顏色很難變?yōu)闊o色。這樣就造成了CCl₄萃取效率不高的現(xiàn)象。

2.2 分析后的猜想

碘水(A)中的I^-離子濃度較大，導(dǎo)致了萃取時(shí)碘很難完全轉(zhuǎn)移到有機(jī)層中，上層依然為棕黃色；碘水(B)被萃取后上層接近無色。猜想：如果往碘水(B)的萃取后的液體中加入KI，增大I^-離子的濃度，I^-離子會(huì)不會(huì)奪取部分有機(jī)層中的碘：上層液體顏色應(yīng)該加深，下層液體顏色應(yīng)該變淺。

3對(duì)分析后的猜想進(jìn)行驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)3：往梨形分液漏斗C中加入實(shí)驗(yàn)1中制得的碘水(B)12mL，一次加入10mL四氯化碳，充分振蕩，靜置，記錄現(xiàn)象；不分液，繼續(xù)向分液漏斗中滴加數(shù)滴1mol/L KI溶液，充分振蕩，靜置。記錄現(xiàn)象（見表2）。

分層后，上層（水層）由無色又變回棕黃色，下層（有機(jī)層）的紫色明顯變淺。KI溶液的補(bǔ)充加入使得水層中I-離子濃度迅速增大，I^-離子結(jié)合碘生成I^-₃離子，這樣的結(jié)合趨勢(shì)與CCl₄萃取碘形成了競(jìng)爭(zhēng)，部分有機(jī)相中的碘又轉(zhuǎn)移到水相中和I^-離子結(jié)合，讓我們看到了表2中顏色的變化。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象與分析結(jié)果一致！

4 結(jié)論

碘水是一個(gè)復(fù)雜的分散系，分散質(zhì)粒子除了碘分子外還有少量I^-離子和I^-₃離子等，特別是用KI溶液配制碘水時(shí)，I^-離子的存在更加不可以被忽略，它并不是簡(jiǎn)單的起了增大溶解度的作用， I^-離子、I^-₃離子和I₂三者建立的平衡可以與有機(jī)溶劑萃取碘形成競(jìng)爭(zhēng)。從而導(dǎo)致了不同方法配制的碘水在用相同方法萃取時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象有所差異。

參考文獻(xiàn):

[1]宋心琦、王晶等. 化學(xué)1(必修)[M].北京：人民教育出版社，2006:9.

[2]華中師范大學(xué)等校. 分析化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1999:538.

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[4]武漢大學(xué)等校. 無機(jī)化學(xué)(下冊(cè))[M].北京：高等教育出版社，1994:543~544.