張敏 齊楠 馬宏佳
摘要:測(cè)定加碘食鹽中的碘含量是一個(gè)常見(jiàn)的生活化實(shí)驗(yàn),傳統(tǒng)上常采用滴定法,但是其操作較為復(fù)雜。筆者發(fā)現(xiàn)運(yùn)用色度計(jì),并借助數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)曲線,只需測(cè)出待測(cè)樣品的吸收值,就可以直接得出樣品中的碘含量。該實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)直觀、生活化趣味濃,同時(shí)還可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用定量思維進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的能力。
關(guān)鍵詞:加碘食鹽;碘含量;色度計(jì)
文章編號(hào):1008-0546(2017)03-0083-02 中圖分類號(hào):G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2017.03.029
一、問(wèn)題的提出
加碘食鹽中碘元素基本上是以KIO3存在,利用在酸性條件下,I-與IO3-反應(yīng)析出I2,然后用標(biāo)準(zhǔn)硫代硫酸鈉滴定I2,即可確定碘元素的含量,這就是傳統(tǒng)上的滴定法。發(fā)生的反應(yīng)如下:
IO3-+5I-+6H+3I2+3H2O
I2+2S2O32-2I-+S4O62-
可根據(jù)關(guān)系式I~KIO3~3I2~6Na2S2O3及消耗硫代硫酸鈉的量,求出加碘食鹽中的碘含量。但是滴定法存在準(zhǔn)備工作繁瑣,需要的玻璃儀器、試劑較多的缺陷。同時(shí),滴定的過(guò)程中對(duì)學(xué)生的操作要求高,由此產(chǎn)生人為誤差的可能性就較大,所以不是很適用于中學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)。
筆者運(yùn)用色度計(jì)進(jìn)行測(cè)量,正好彌補(bǔ)了上述缺陷。只要事先將需要的藥品配制好,在測(cè)量的過(guò)程中操作步驟以及裝置都很簡(jiǎn)單,因此很適用于中學(xué)生實(shí)驗(yàn)。特別是色度計(jì)可以對(duì)多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行連續(xù)測(cè)量,軟件自動(dòng)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,非常直觀,學(xué)生看了之后一目了然。
二、實(shí)驗(yàn)原理
色度計(jì)是一種測(cè)量某種波長(zhǎng)的光穿過(guò)溶液透光率的傳感器,可通過(guò)對(duì)光的吸收比例來(lái)測(cè)量溶液的濃度。在一定的濃度范圍內(nèi),吸光度A 與溶液濃度c呈線性關(guān)系,根據(jù)朗伯比爾定律有:A = εbc(ε為摩爾吸光系數(shù),b為液層厚度)。
本實(shí)驗(yàn)中碘酸鉀在酸性介質(zhì)中易被碘化鉀還原成碘,碘遇到淀粉會(huì)變藍(lán)色,而用色度計(jì)可以測(cè)定不同有色溶液的吸光度。利用不同濃度的“碘—淀粉”溶液(標(biāo)準(zhǔn)液)的吸光度值,可以通過(guò)軟件繪制出標(biāo)準(zhǔn)曲線。在同樣條件下測(cè)定加碘食鹽樣品與碘化鉀反應(yīng)后的吸光度值,與標(biāo)準(zhǔn)曲線比對(duì),通過(guò)軟件數(shù)據(jù)處理即可直接得出樣品的碘含量。
三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程
1.實(shí)驗(yàn)儀器和藥品
實(shí)驗(yàn)儀器:Vernier色度計(jì)、Vernier數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)、電子天平、容量瓶(50mL、250mL和500mL)、移液管(5mL和10mL)、10mL吸量管、10mL量筒、燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、酒精燈、三腳架。
實(shí)驗(yàn)藥品:KIO3固體、0.1mol/L的KI溶液、4.0mol/L的HCl、淀粉和某品牌加碘食鹽。
2.實(shí)驗(yàn)裝置
3. 實(shí)驗(yàn)步驟
(1)溶液的配制
① KIO3標(biāo)準(zhǔn)液的配制
用電子天平稱量碘酸鉀粉末0.3211g,放在小燒杯中溶解,后轉(zhuǎn)移至250mL容量瓶中定容得到溶液1。用5mL移液管移取5mL溶液1于500mL容量瓶中定容,得到溶液2。用10mL移液管移取10mL溶液2于50mL容量瓶中定容得到溶液3,即為2.5688ug/mL的KIO3標(biāo)準(zhǔn)溶液,最后將其轉(zhuǎn)移至棕色試劑瓶中待用。通過(guò)這種不斷稀釋的方法可以減小稱量誤差。
②淀粉溶液的配制
用電子天平稱取1.0152g淀粉,加入少量蒸餾水,調(diào)成糊狀,再加入200mL沸水,繼續(xù)加熱,并攪拌,煮沸2分鐘,冷卻,放置一段時(shí)間,取上層清液,加入少量HCl酸化備用。
(2)色度計(jì)校準(zhǔn):連接色度計(jì)、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī),打開(kāi)Logger pro軟件,選擇測(cè)量波長(zhǎng)為635nm,然后將加了約3/4蒸餾水的比色皿放入色度計(jì)中,關(guān)閉色度計(jì)蓋子,按“CAL”按鈕,校準(zhǔn)。當(dāng)紅色的燈開(kāi)始閃爍時(shí),松開(kāi)“CAL”按鈕,當(dāng)紅色燈停止閃爍時(shí),校準(zhǔn)工作完成,界面左下角顯示透過(guò)率100(±0.1)。
(3)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制
a:從菜單欄選擇“實(shí)驗(yàn)”——“數(shù)據(jù)采集”,設(shè)置數(shù)據(jù)采集模式為“事件配記錄”,將短名改為“碘濃度”,輸入單位“ug/mL”(如圖3),完成軟件設(shè)置。
b:在小燒杯中加入少量蒸餾水、10滴0.1mol/L的KI、10滴4.0mol/L的HCl和8滴淀粉溶液,攪拌均勻,后轉(zhuǎn)移至10mL量筒中,補(bǔ)加蒸餾水至整個(gè)溶液的體積為10mL,用玻璃棒攪拌。用該溶液潤(rùn)洗比色皿3次后,裝入待測(cè)液,放入色度計(jì),點(diǎn)擊“開(kāi)始采集”,數(shù)據(jù)穩(wěn)定后點(diǎn)擊“保留”,輸入該樣品碘的濃度“0”;
c:用事先潤(rùn)洗過(guò)的10mL吸量管分別從棕色試劑瓶中移取1mLKIO3標(biāo)準(zhǔn)液于小燒杯中,再加入與b步驟等量的KI、HCl和淀粉溶液,攪拌均勻,后轉(zhuǎn)移至10mL量筒中,補(bǔ)加蒸餾水至整個(gè)溶液的體積為10mL,用玻璃棒攪拌。裝入比色皿,放入色度計(jì),數(shù)據(jù)穩(wěn)定后點(diǎn)擊“保留”輸入碘濃度“0.1524”;
d:用吸量管分別吸取2mL、3mL、4mL、5mL、6mLKIO3標(biāo)準(zhǔn)液,同步驟c,每次輸入的碘濃度的數(shù)值以此類推分別為:0.3048、0.4572、0.6096、0.7620、0.9144,用色度計(jì)測(cè)量;
e:點(diǎn)擊“停止”標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制完成(如圖4),保存。
(4)加碘食鹽樣品測(cè)量
用電子天平稱量0.2007g食鹽,放置于小燒杯中,加入適量蒸餾水將其溶解,后加入與b步驟等量的KI、HCl和淀粉溶液,攪拌均勻,轉(zhuǎn)移至10mL量筒中,補(bǔ)加蒸餾水至整個(gè)溶液的體積為10mL,用玻璃棒攪拌均勻。
在軟件中新建文件,樣品液放入色度計(jì),點(diǎn)擊采集,60s后停止采集,用軟件對(duì)曲線進(jìn)行分析,得到60s內(nèi)的平均值0.2322(如圖5)。
4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
利用Logger pro軟件“分析”菜單欄中的“內(nèi)插”功能,在標(biāo)準(zhǔn)曲線中尋找吸收值為0.2322的點(diǎn),發(fā)現(xiàn)其對(duì)應(yīng)的碘濃度為0.4975ug/mL,換算為加碘食鹽中的碘含量為24.79mg/kg。實(shí)驗(yàn)所選用的加碘食鹽樣品標(biāo)識(shí)的碘含量范圍為:(18~33)mg/kg,該測(cè)定值在其范圍之內(nèi)。
四、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明
加碘食鹽中碘含量的測(cè)定傳統(tǒng)上常采用滴定法,但此方法用在中學(xué)生實(shí)驗(yàn)中具有操作復(fù)雜、不直觀、趣味性較低等缺陷,筆者發(fā)現(xiàn)運(yùn)用色度計(jì)可以簡(jiǎn)單快捷地測(cè)出加碘食鹽中的碘含量,數(shù)據(jù)能夠很直觀地顯現(xiàn)出來(lái),同時(shí)學(xué)生可以學(xué)會(huì)運(yùn)用軟件的處理功能得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方法,所以這是一個(gè)適合運(yùn)于中學(xué)的生活化的、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)。
運(yùn)用生活用品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可以激發(fā)學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣以及運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)生活中的用品或現(xiàn)象進(jìn)行探究的欲望,利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究生活中的化學(xué)問(wèn)題還可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代化儀器和定量思維進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的能力。
還需要說(shuō)明的是,本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要目的,是在中學(xué)現(xiàn)有的條件下能讓學(xué)生用一種更為有趣和直觀的方式來(lái)進(jìn)行食鹽中碘含量的測(cè)定,考慮到中學(xué)實(shí)驗(yàn)的條件以及實(shí)驗(yàn)操作的簡(jiǎn)便,有些實(shí)驗(yàn)操作略顯粗糙,比如定容10mL溶液選擇的是10mL的量筒而不是10mL容量瓶等。如果對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性有更高的要求,且條件允許,其操作還可進(jìn)一步優(yōu)化。
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