简要背景说明:
在高一化学课程卤素一章中,学习了碘元素的性质和用途。碘的最广泛的用途是加入食盐以预防碘缺乏病。食盐中的碘是以化合物的形式存在的,因此想到检验究竟加入的是哪一种化合物。
课题的目的与意义:
通过对食盐中所加入的含碘化合物的探索,寻找出食盐中所含碘化合物的名称。综合利用化学知识和数学逻辑能力,巩固和加深对卤素性质的识记和理解,提高化学实验能力和技巧。
课题研究的方法:
运用数学逻辑能力,综合分析实验现象,通过对照实验,结合化学知识,得出结论。
摘 要:
我国政府为了消除碘缺乏病,在居民的食用盐中均加入了一定量的碘酸钾,以确保人体对碘的摄入量。
本文探讨碘缺乏病的危害,并试图用简易方法检验食盐中所用含碘化合物为碘酸钾。
引子:触目惊心。
众所周知,人体为了维持新陈代谢需要微量碘元素。正常的,人体在空气、水中都可以吸收到足够的碘,然而自然常无律,造化喜弄人,种种因素,丝丝缘由,使得人体无法吸收足够的碘——碘缺乏病,这个危害世界的疾病,正在我国肆意横掠:

还有更严重的,1995年以后的资料表明,我国除了某些沿海和内陆地区为高碘地区外,我国30个省、市、自治区均存在不同程度的碘缺乏病,约7.27亿人口受到碘缺乏病的威胁,占世界缺碘地区人口(15.72亿)的46% , 全国2833个县中就有1762个县(62%)存在碘缺乏病。
食盐加碘被世界许多国家近一个世纪的防治工作证实是消除碘缺乏病危害的最根本的措施,是各种补碘方法中最好的,它不仅安全、有效、经济和易于推广,又符合微量、长期及生活化的要求。
可以作为含碘化合物加入食盐的有许多,比如:碘化钾、碘酸钾等。我国70年代大规模防治碘缺乏病以来,都加入碘化钾。碘化钾的优点是含碘量高(74.6%),缺点是容易氧化,稳定性差,使用时需在食盐中同时加稳定剂。碘酸钾稳定性高,不需要稳定剂。但含碘量较低(59.3%)。相比之下,使用碘酸钾优点还是较大的。因此,90年代开始我国规定民用食盐的碘添加剂为碘酸钾。
那么究竟以何种方式检验食盐中的碘添加剂为碘酸钾呢?
探索:漫漫长夜。
天已经黑了,我尚不能寐,心口的问题,头脑的思绪,一直纠缠着我,像要逼我一下子解决这个问题。可是,这是何其之难!“欲速则不达”,退一步海阔天空,我还是先想一下碘化钾吧:设使果真是碘化钾的话,检验是非常容易的。只要使其在潮湿空气中变质,抑或是用氯气将其置换:总之,只要证明置换之后,产生的是I2;再用焰色反应证明其阳离子为K+即可得出结论。然而,一厢情愿,终无结果,这是碘酸钾,不是碘化钾!遥望窗外,天空星星点点,地上车水马龙,此景似有牵连。哦,碘化钾与碘酸钾,亦有牵连,若使碘酸钾变成碘化钾,岂不大事告成矣!明确了方向,我开始了探索。加热,可否,事实胜于雄辩,失败了(后来我才知道,加热需要600摄氏度才可分解,远非吾之力所能及也)问题未果,莫不是需要催化剂?忽然,我的脑海中浮现出了一副装置图,那是初中时的制氧装置,KCIO3与 KIO3的化学式是何其相似!更何况氯与碘同属卤素,也许,催化剂就是二氧化锰(向老师的请教,证明了我的想法)。
找到了突破口后,我立即进行了下一步工作。碘酸钾受热分解为碘化钾,碘化钾在潮湿空气中变质为 I2和KOH(4KI+O2+2H2O=2I2+4KOH)。用淀粉溶液可以检验出碘单质。东方泛起了白皙,天快亮了,我有预感,相信我已经得到了问题的答案。下一步就是实验了。
原理:归纳分析。
这是三个实验现象:
1、碘酸钾在以二氧化锰为催化剂的加热条件下分解;
2、碘化钾在潮湿空气中变质;
3、用淀粉溶液可检验出碘单质。
三个现象,各有特色,又有牵连,归纳整理后,可按1、2、3顺序为之,就可以出现碘单质,下面是分析该单质来自于KCIO3用三个状态的食盐(具体如后实验所列)。
由C可得到碘单质不是来自于食盐本身,由B得在没有二氧化锰情况下不会分解,于是得到该含碘化合物的分解条件:
1、加热;
2、二氧化锰为催化剂。
此二者缺一不可。而加热需要二氧化锰为催化剂,产物为碘化钾的含碘化合物,舍碘酸钾其谁!
实验:真理的验证。
实验目的:为以上理论分析寻找条件。
实验用品:试管(三支)、焰色反应用品。
实验步骤:
一、检验阳离子,使用食盐溶液进行焰色反应,证明其中含有K+;
二、检验阴离子,用试管取三份等量食盐,为方便起见,这里给食盐编号为A、B、C,进行如下处理:
A、加入二氧化锰并加热;
B、直接加热;
C、不进行任何处理。
将三支试管中分别加入少量水使之潮湿。将它们静置若干日,发现A泛黄而变质,用淀粉溶液检验出其中含有碘单质,用酸碱指示剂证明其中含有氢氧根,BC无明显变化。
三、分析(参见前文):
实验的结果与先前的推论相符,证明了前面的推论正确,市售食盐中所含碘为碘酸钾。
结 论:
由于卤族元素的性质非常相似,所以可以使用二氧化锰作为催化剂在加热条件下使碘酸钾分解为碘化钾,并通过检验出碘化钾,最终证明市售食盐中所含碘为碘酸钾。
访谈记录:
时间:2002年1月8日下午;
地点:白银市一中实验楼化学实验室;
被访问者:李学斌老师;
记录:
张秀斌(以下简称张):李老师,碘酸钾加热可否分解?
李老师(以下简称李):不可以。至少用中学的酒精灯不可以。
张:那么怎样可以呢?
李:需要催化剂。
张:氯酸钾可用二氧化锰,碘和氯同族,是不是也可用二氧化锰?
李:可以。
张:谢谢!
访谈结论:可用二氧化锰作为碘酸钾分解的催化剂。
参考文献:
[1]《全日制普通高级中学教科书化学》第一册,人民教育出版社出版;
[2]《高中化学配套练习》,北京师范大学出版社出版;
[3]《碘缺乏病的危害》,云南省残疾人联合会网站的相关报道;
[4]《碘的化合物》,白银市图书馆自然科学阅览室相关文献。
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