海帶灼燒后碘元素存在形式的實(shí)驗(yàn)探究

方向東 但世輝

（1湖北襄陽市第一中學(xué) 湖北 襄陽 441000；2湖北襄陽市東風(fēng)中學(xué) 湖北 襄陽 441004）

一、問題的提出

人教版《化學(xué)必修2》第四章第一節(jié)［實(shí)驗(yàn)4-2］“證明海帶中存在碘元素”的實(shí)驗(yàn)中有這樣的描述：“海帶灼燒后的灰燼中碘元素以I-形式存在，H2O2可以將I-氧化為碘單質(zhì)”［1］。我們知道海帶中碘的確是以I-的形式存在的，那么為什么灼燒后碘元素還能以I-形式存在呢？灰化過程中I-會(huì)不會(huì)被氧化呢？I-需要什么樣的外界條件以及氧化產(chǎn)物是什么？這幾個(gè)問題很是值得探索，為此筆者作了如下探究。

二、對(duì)書中結(jié)論的驗(yàn)證

根據(jù)教材中描述，再加上實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，我們可以得出有關(guān)I-存在形式的兩個(gè)結(jié)論：一、含I-固體在加熱過程中不會(huì)被氧化，即不會(huì)變質(zhì)生成I2；二、含I-固體久置后會(huì)變質(zhì)，并且呈現(xiàn)淺黃色［2］。為驗(yàn)證這兩條結(jié)論，我們做了如下對(duì)照實(shí)驗(yàn)（簡(jiǎn)稱實(shí)驗(yàn)1）：分別取含有I-、純凈的KI固體和已經(jīng)泛黃的KI固體置于表面皿中，將漏斗倒扣在固體上方，并且用細(xì)線系上濕潤(rùn)的淀粉試紙懸在漏斗內(nèi) （圖1）加熱，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象見表1。

圖1 加熱KI固體實(shí)驗(yàn)裝置圖

表1 加熱兩種固體時(shí)的不同現(xiàn)象

從上述現(xiàn)象可以發(fā)現(xiàn)：空氣中久置的KI固體已經(jīng)變質(zhì)，變質(zhì)產(chǎn)物為碘單質(zhì)，而純凈KI固體即使在空氣中加熱也可穩(wěn)定存在。這一不同現(xiàn)象說明含I-的KI的氧化條件除了氧氣之外還必然存在其它的限制條件，否則KI在被加熱時(shí)一定會(huì)被氧化，于是筆者做了進(jìn)一步探究。

三、對(duì)變質(zhì)條件的探究

空氣中的氣體主要有N2、O2、CO2等氣體，顯然可排除N2對(duì)I-被氧化的影響，那么會(huì)不會(huì)是CO2參與了I-被氧化的過程？ 對(duì)此猜測(cè)，筆者又進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：將實(shí)驗(yàn)1中加熱變質(zhì)KI的剩余固體溶于試管中，向其中加入BaCl2溶液（濃度較大），可觀察到有少量白色沉淀產(chǎn)生。這一現(xiàn)象也驗(yàn)證了筆者的猜測(cè)：CO2參與了氧化KI的過程并且生成了CO32-。那么CO2在氧化過程中到底起何作用呢？筆者又進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：取10mL KI溶液（濃度較大）于5支試管中，向試管中通入CO2氣體或者滴加鹽酸，一段時(shí)間后對(duì)比試管中的顏色深淺，之后向試管中滴入淀粉溶液，再次對(duì)比試管中的顏色深淺，具體實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象見表2。

通過以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象我們可以得出以下結(jié)論：CO2氣體同鹽酸一樣在KI被氧化的過程中用于提供酸性環(huán)境，并且酸性越強(qiáng)生成的碘單質(zhì)越多，氧化越容易。因此，KI在空氣中變質(zhì)至少有O2、CO2、H2O這3種氣體的參與，H2O作為CO2的溶劑產(chǎn)生H+（筆者曾將純凈的KI固體放入一瓶干燥的CO2氣體中，數(shù)日后觀察KI仍未變黃），具體的化學(xué)反應(yīng)方程式應(yīng)為：4KI+

四、對(duì)已有結(jié)論的反駁

有人認(rèn)為KI在空氣中泛黃變質(zhì)是由于發(fā)生了如下反應(yīng)：4KI+O2+2H2O=4KOH+I2，筆者照此反應(yīng)模

擬了相對(duì)應(yīng)的條件：在試管中加入10mL蒸餾水，用燃燒匙盛放純凈的KI固體置于試管中，并向其中通入純凈的O2，密封試管（圖2）。數(shù)日觀察后發(fā)現(xiàn)KI依然為白色粉末，不曾見有任何黃色。根據(jù)這一現(xiàn)象可知上述方程式顯然不符合事實(shí)。并且，假如按照上述反應(yīng)進(jìn)行生成KOH和I2，根據(jù)常識(shí)可知I2和KOH是不能共存的。

圖2 Kl固體氧化裝置

此外將圖2裝置中的氣體換成純凈的CO2氣體，數(shù)日之后可觀察到KI固體 “泛黃”，這一現(xiàn)象再次證明CO2的參與是KI被氧化必須具備的條件。

綜上：含I-的KI固體被氧化的過程除了應(yīng)有O2的參與外，CO2和水蒸氣也是必備的物質(zhì)。由于空氣中CO2和水蒸汽的含量很低，導(dǎo)致在加熱含I-的KI的過程中這兩種氣體很容易被“驅(qū)散”，不能很好地與KI接觸，KI自然就不能被氧化。但在保存碘化鉀固體的時(shí)候，雖然空氣中CO2和水蒸氣的含量較低，但碘化鉀遇光和空氣會(huì)緩慢游離出碘單質(zhì)而變黃。所以，實(shí)驗(yàn)4-2“證明海帶中存在碘元素”的實(shí)驗(yàn)中的描述是準(zhǔn)確的，灼燒后碘元素還能以I-形式存在，灰化過程中I-會(huì)不會(huì)被氧化。

［1］ 宋心琦主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書：化學(xué)2（必修）［M］.北京：人民教育出版社，2007：91

［2］ 劉懷樂編.中學(xué)化學(xué)思維［M］.重慶：重慶出版社，2009：279-281