利用碘化鉀和淀粉鑒別亞硝酸鈉和氯化鈉的實(shí)驗(yàn)探究

王都留,燕 翔,吳生平,張少飛 ,楊建東

(隴南師范高等?？茖W(xué)校農(nóng)林技術(shù)學(xué)院,甘肅 成縣 742500)

1 問題的提出

亞硝酸鈉是一種白色或淺黃色晶體或粉末，有咸味，很像食鹽，往往容易錯(cuò)當(dāng)食鹽使用。如果誤食0.3～0.6g亞硝酸鈉就會(huì)中毒，食后10min就會(huì)出現(xiàn)明顯的中毒癥狀：嘔吐、腹痛、紫紺、呼吸困難，甚至抽搐，昏迷，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危及生命。亞硝酸鈉不僅有毒，而且還是致癌物，對(duì)人體健康危害很大。

那么如何鑒別固體亞硝酸鈉與氯化鈉呢？一般從二者的物理性質(zhì)如顏色、溶解性或化學(xué)性質(zhì)如氧化性、還原性等方面進(jìn)行鑒別。例如用pH試紙測(cè)定二者水溶液的酸堿性鑒別，氯化鈉水溶液呈中性，亞硝酸鈉溶液呈堿性；讓二者與酸反應(yīng)，利用亞硝酸的不穩(wěn)定性鑒別；利用亞硝酸鈉的還原性與高錳酸鉀反應(yīng)，使高錳酸鉀褪色的性質(zhì)鑒別；利用亞硝酸鈉與硝酸銀溶液反應(yīng)生成白色亞硝酸銀沉淀，加稀硝酸后沉淀溶解的性質(zhì)鑒別等等[1-4]。大多數(shù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的方法，是向樣品中加入碘化鉀溶液反應(yīng)，再加入淀粉溶液，根據(jù)溶液是否變藍(lán)色來鑒別[5]。具體方法是，取兩支試管，依次加入少量的NaNO2固體和NaCl固體，分別加入2滴2 mol·L-1H2SO4溶液，振蕩，NaNO2固體的試管中冒氣泡，NaCl固體只溶解；各加入2 mL 0.1 mol·L-1KI溶液，振蕩，NaNO2固體的試管中變成棕黃色，NaCl固體溶解后無明顯的現(xiàn)象；然后分別加入2滴2%的淀粉溶液，NaNO2固體的試管中溶液由棕黃色變?yōu)樯钏{(lán)色，NaCl固體的試管中仍然沒有明顯的現(xiàn)象變化。其主要的反應(yīng)離子方程式為：

然而，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中仔細(xì)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，上述實(shí)驗(yàn)中NaCl固體的溶液也產(chǎn)生很淡的藍(lán)色溶液(絕大多數(shù)人很容易忽視這一現(xiàn)象)，學(xué)生無法解釋這種異常的現(xiàn)象。即在酸性條件下，向亞硝酸鈉和氯化鈉中加入碘化鉀試劑和淀粉溶液，二者均能變藍(lán)色，為什么？

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了探究實(shí)驗(yàn)中的異常現(xiàn)象，設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。

2.1 檢驗(yàn)氯化鈉中是否有碘

2.2 檢驗(yàn)碘化鉀溶液中是否有碘

3 實(shí)驗(yàn)用品

0.1 mol·L-1的 KI溶液，1 mol·L-1的 H2SO4溶液，NaNO2固體(分析純),NaCl固體(分析純),新配制2%的淀粉溶液10mL試管。

4 實(shí)驗(yàn)過程

4.1 取一只試管，加入少量的氯化鈉固體，振蕩，再加入一滴2%的淀粉溶液，觀察，無藍(lán)色出現(xiàn)。

4.2 取一只試管，加入少量的氯化鈉固體，振蕩，加入2 mL 0.1 mol·L-1的碘化鉀溶液，再加入2滴2%的淀粉溶液，觀察，有藍(lán)色溶液出現(xiàn)。

4.3 取一只試管，加入少量的氯化鈉固體，振蕩，加入2 mL 0.1 mol·L-1的碘化鉀溶液，加入2滴1 mol·L-1的 H2SO4溶液，再加入2滴2%的淀粉溶液，觀察，有藍(lán)色出現(xiàn)。

4.4 取一只試管，加入2 mL 0.1 mol·L-1的碘化鉀溶液，振蕩，再加入2滴2%的淀粉溶液，觀察到有藍(lán)色溶液出現(xiàn)，加入2滴1 mol·L-1的 H2SO4溶液，藍(lán)色加深。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

5.1 實(shí)驗(yàn)用的氯化鈉為分析純?cè)噭锩鏇]有碘單質(zhì)，也沒有能氧化碘化鉀的氧化劑碘酸鉀(如加碘鹽中含有碘酸鉀)等物質(zhì)。

5.2 碘化鉀溶液中含有少量的碘單質(zhì)，導(dǎo)致檢驗(yàn)氯化鈉的過程中有藍(lán)色出現(xiàn)，加入硫酸后藍(lán)色更深，意味著酸性條件下生成的碘更多。

6 理論分析

6.1 查亞碘、氧氣的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)可知[6]，酸性條件下

φθ=1.229V

碘離子與空氣中的氧氣反應(yīng)，很容易生成少量的碘單質(zhì)：

(3)4I-(aq) + O2(g) + 4 H+(aq) =2H2O(l) + 2I2(s)

由于碘與淀粉變藍(lán)色的靈敏度非常高，為1.0×10-5mol·L-1[7]，所以這些碘單質(zhì)足以使淀粉溶液變藍(lán)色。加酸或空氣中的二氧化碳溶于水均能使碘化鉀溶液顯酸性而生成少量的碘單質(zhì)。

根據(jù)能斯特方程，氧氣的實(shí)際電極電勢(shì)為：

6.2 在堿性條件下

φθ=0.401V

此時(shí)，氧氣不能氧化碘離子而產(chǎn)生碘單質(zhì)，碘離子可以穩(wěn)定存在。以上理論分析表明，在酸性或中性條件下，配制好的碘化鉀溶液中存在一定量的碘單質(zhì)，放置越久生成的碘越多。另外，白色的碘化鉀晶體在空氣中長期放置，也會(huì)遇氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成碘，晶體顏色變成黃色[8]，用這樣的碘化鉀晶體配成的溶液必然含有少量碘單質(zhì)。碘化鉀溶液中存在一定量的碘單質(zhì)，是造成鑒別亞硝酸鈉和氯化鈉實(shí)驗(yàn)中，氯化鈉的試管中加入淀粉溶液后出現(xiàn)藍(lán)色的本質(zhì)原因。

7 如何配置碘化鉀溶液？

查閱有關(guān)文獻(xiàn)[9-10]，配制KI溶液需要加入Na2CO3固體，以保證KI溶液為堿性環(huán)境，不致被空氣中的氧氣氧化成碘單質(zhì)。

配制方法：以配制0.01 mol·L-1的 KI溶液為例。稱取0.166 g KI固體和1 g結(jié)晶Na2CO3，溶于水，定容至100mL。其關(guān)鍵措施是加入結(jié)晶Na2CO3，利用Na2CO3水解后的弱堿性保證KI溶液不被空氣中的氧氣氧化成碘。

8 利用碘化鉀和淀粉溶液鑒別亞硝酸鈉和氯化鈉的正確方法

經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，在利用碘化鉀和淀粉溶液鑒別亞硝酸鈉和氯化鈉的實(shí)驗(yàn)中，用加入碳酸鈉的晶體配制碘化鉀溶液；碘化鉀溶液配制成濃度為0.01 mol·L-1；H2SO4用1 mol·L-1的(濃度低產(chǎn)生的碘單質(zhì)較少，與淀粉變色的顏色不致過深)，就可以將二者完全鑒別出來，不再出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)過程如下：

取兩支10 mL試管，依次加入少量的NaNO2固體和NaCl固體，分別加入2滴1 mol·L-1H2SO4溶液，振蕩，NaNO2固體的試管中冒氣泡，NaCl固體只溶解；各加入2 mL 0.01 mol·L-1KI溶液，振蕩，NaNO2固體的試管中變成棕黃色，NaCl固體溶解后無明顯的現(xiàn)象；然后分別加入2滴2%的淀粉溶液，NaNO2固體的試管中溶液由棕黃色變?yōu)樯钏{(lán)色，NaCl固體的試管中為無色溶液。

9 結(jié)論

利用碘化鉀和淀粉溶液鑒別亞硝酸鈉和氯化鈉，必須加入碳酸鈉晶體配制碘化鉀溶液；加過量的硫酸酸化會(huì)導(dǎo)致碘化鉀溶液中生成少量的碘單質(zhì)，干擾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。為了順利完成該實(shí)驗(yàn)，需要注意以下幾點(diǎn)：

(1) 配制碘化鉀溶液時(shí)加入碳酸鈉晶體才能保證試劑的穩(wěn)定性。

(2) 采用低濃度的碘化鉀溶液實(shí)驗(yàn)效果比較好。

(3) 加入硫酸酸化時(shí)，加入1 mol·L-1的H2SO42滴為宜。