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略谈酸性KI溶液被空气中O2氧化的实验记录

时间:2017/10/30 9:14:38   作者:小刁   来源:www.jiaoyulw.com   阅读:358   评论:0
内容摘要:  摘要:碘离子在酸性条件下容易被空气中的O2氧化,而碘量法滴定常常处于酸性环境中,空气中氧气是否会对滴定结尾产生影响?为了处理上述问题,运用数字化试验手法研究了碘离子在酸性条件下被空气中的O2氧化的状况,得到0.6 mol/L KI溶液在不同pH环境下的吸光度随时间改变图画,并...

  摘要:碘离子在酸性条件下容易被空气中的O2氧化,而碘量法滴定常常处于酸性环境中,空气中氧气是否会对滴定结尾产生影响?为了处理上述问题,运用数字化试验手法研究了碘离子在酸性条件下被空气中的O2氧化的状况,得到0.6 mol/L KI溶液在不同pH环境下的吸光度随时间改变图画,并由此判别常规碘量法定量试验过程中能够疏忽氧气对滴定结尾的影响。

  关键词:KI;碘量法滴定;氧化;酸度;色度传感器

  文章编号:1005–6629(2016)8–0055–03 中图分类号:G633.8 文献标识码:B

  KI固体、标准溶液等常用于物质组成、样品浓度等定量分析,如碘量法、沉积法等,而I-离子在溶液中具有一定的还原性(I2+2e-=2I-,φθ=+0.5355V[1]),滴定过程中溶液中的I-离子可能直接被空气中的O2(O2+4e-+4H+=2H2O,φθ=+1.229V[2])氧化,这样就会对终究的分析成果产生影响。果真如此吗?碘量法是经典的定量试验办法,其结尾的准确性是不是受酸度的影响?根据Nernst方程可知“凡有H+参与的电极反映,酸度对电极电势的影响都是很大的[3]”,那么酸度在怎样的区间能够疏忽空气中氧气对滴定的影响?带着这些问题,笔者测验了碘化钾溶液在不同酸度环境下被O2氧化的相关试验。

  1 相关文献研究

  人教版高中化学选修4(化学反映原理)模块第二章第二节的[科学探求]栏目探求了反映“4I-+ O2+4H+=2I2+2H2O”中溶液出现蓝色的时间和温度的联系(供给1 mol/L KI溶液、0.1 mol/L H2SO4溶液和淀粉溶液);2010年朱正德教师研究了打开系统中上述试验中出现蓝色的时间和温度的联系[4](观色法);谢庆群在此基础上选用平行比照试验研究了密闭系统下温度的影响[5](观色法),两位教师均选用讲义中给予的0.1 mol/L H2SO4溶液操控了酸度变量;2012年李桂林等研究了酸度对碘量法滴定的影响,提出弱酸性的KI淀粉溶液能作为测定KIO3的试剂的观念[6];后来也有教师探讨了酸碱性环境对该反映的影响:2013年李晓明等探讨了碘化钾与空气反映的酸碱性条件得出“在碱性溶液中碘离子也能够被O2氧化,且跟着pH的减小碘离子的氧化越容易[7]”的结论;随后2015年吴朝辉教师凭借试验条件和理论计算分析了不同pH条件下氧化、歧化速率的相对大小和影响因素,提出“KI和O2的反映,受KI的状况、溶液的pH以及氧的分压等因素影响[8]”。

  显着,除了温度,酸度对该反映的影响也是十分显着的,而滴定过程中触及KI的系统均需操控在中性或碱性环境中吗?2012年江苏卷19题就出现了酸性条件下的相似滴定:“……为断定参加锌灰(主要成分为Zn、ZnO,杂质为铁及其氧化物)的量,试验中需测定除掉H2O2后溶液中Cu2+的含量。试验操作为:准确量取必定体积的含有Cu2+的溶液于带塞锥形瓶中,加适量水稀释,调理溶液pH=3~4,参加过量的KI,用Na2S2O3标准溶液滴定至结尾。……”。此处pH=3~4对滴定结尾判别没有影响吗?过量的KI是否会被空气中的O2氧化?仅凭视觉观察参加淀粉后有无蓝色出现可能不太可靠,不同人的辨色能力有差异,同一个人看不相同品也不能做到完全一致。分光光度计是适用于处理此类问题的,但接连的吸光度改变需求若干数据作工作曲线,所以笔者测验选用色度传感器做数字化试验。

  2 试验部分

  2.1 试验试剂和器件

  试剂:0.6 mol/L KI溶液、0.5%淀粉溶液(新配)、1.0 mol/L H2SO4、0.10 mol/L H2SO4、10-2 mol/L H2SO4、10-3 mol/L H2SO4、10-4 mol/L H2SO4、10-5 mol/L H2SO4、10-6 mol/L H2SO4

 

  器件:色度传感器、比色皿、数据收集器(Venier LoggerPro)、计算机等

  2.2 试验过程

  (1)相关溶液的制造(略)。

  (2)向1~8号试管平分别参加3mL 0.6 mol/L的KI溶液,滴入1滴新制造的0.5%淀粉溶液。

  (3)向1~7号试管平分别参加3mL 1.0 mol/L、0.10 mol/L、10-2 mol/L、10-3 mol/L、10-4 mol/L、10-5 mol/L、10-6 mol/L硫酸,振动均匀后,取适量液体于比色皿中,用色度传感器(吸收波长选择565nm)测量各试管中溶液的吸光度随时间的改变曲线。

  (4)在8号试管中再参加3mL的蒸馏水,相同办法测量其吸光度随时间的改变曲线。

  (5)分析数据,记载各混合液吸光度达到0.15(A)时所需的显色时间。

  2.3试验数据收集和分析

  取试验条件为室温13.3℃,记载1~8组(其间第8组为参比组)、试验吸光度达15%的显色时间(从图1获取或直接从LogPro软件中读取),成果如表1。

  在操控温度、气压、吸光度等变量时,显色时间随pH的增大而延伸。只要在c(H+)=1 mol·L-1时(试验室温度13.3℃)溶液才在短短18s内被敏捷氧化。表1数据说明强酸性条件下碘离子很快被氧化成I2,较弱的酸性条件下该反映是较慢的,故在酸性不是很强的介质中,碘离子被空气中氧气氧化的因素能够疏忽。也正因为如此,在直接碘量法滴定铜离子、铁离子时,往往有一个调理pH的环节,如中国化学会第26届全国高中生化学比赛(省级赛区)试卷第3题测定Cu2+离子时有“冷却后参加2g KI固体(过量)和适量Na2CO3,溶液变为棕色并生成沉积”的操作,其间Na2CO3的参加与调理反映系统pH不无联系。

 

   3 结论与讨论

  3.1 结论

  结合文献给出的电极电势数据:“I2+2e-=2I-,φθ=+0.5355V,O2+4e-+4H+=2H2O,φθ=+1.229V”,不难发现该反映“4I-+O2+4H+=2I2+2H2O”进行的趋势是较为显着的,但反映的极限是热力学问题,能否当即产生是动力学问题,表1数据说明较弱的酸性条件下该反映是很慢的,到肉眼可观察到显着变色所需时间更长,故文章开始引证的2012年江苏卷19题调理pH至3~4是较为合理的。强酸性条件(pH<2)下,才需考虑空气中氧气对滴定结尾的影响,不然经典的“碘量法”为何时至今日仍在运用呢?为了力求试验成果的准确性,我们在碘量法滴定过程中也应该防止滴定时间过长,将氧气的影响降到最小。

  3.2 试验技术反思

  以色度传感器为主要技术支持的数字试验在该试验中起到了记载接连时间范围内的吸光度改变数值,为数据选择供给了较大的数据样本和方便的收集途径,也有利于操控肉眼较难判别的色彩深浅的程度。限于比色皿的空间和操作规矩,本试验还有一个惋惜,表1中的pH是计算得出的,部分数据不行准确,若能合作pH传感器和溶解氧传感器给出pH和溶解氧的实时改变数据,相信试验结论将愈加完善。


  3.3 对教育的启示

  反映“4I-+O2+4H+=2I2+2H2O”是一个很好的探求温度对化学反映速率影响的试验资料,但无妨将之拓宽:(1)氧气量(溶解氧传感器和压强传感器)对显色时间的影响;(2)酸度对显色时间的影响;(3)KI浓度对显色时间的影响(操控酸度变量,制造0.1~2.0 mol/L的KI溶液)。这样学生对这个重要反映的知道便更加深化,对影响速率的因素认识也将愈加全面。


标签:酸性 溶液 空气 氧化 实验 
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