HJCET  >> Vol. 8 No. 6 (November 2018)

    苯酚含量测定中KI最佳用量的研究
    Study on the Optimal Dosage of KI in the Determination of Phenol

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作者:  

张 民,周 倩,孟庆民,王晓琴:中国石油大学(北京)理学院,北京

关键词:
滴定法苯酚碘化钾暗置反应时间Titration Phenol Potassium Iodide Dark Reaction Time

摘要:

采用滴定法,研究了苯酚含量测定中几个因素的影响,确定了6 molL−1•HCl加入10 mL,KI的最佳用量为0.8 g、暗置反应时间7.5 min,此时测得的苯酚浓度与标准值结果接近,相对误差 < 0.94%。当KI的加入量1.2 g、暗置反应时间为10 min时,KBrO3-KBr的较佳用量可以选择8 mL。

The influence of several factors on the determination of phenol was studied by titration method. The optimum dosage of 6 mol•L−1 HCl is 10 mL, KI is 0.8 g, and the reaction time is 7.5 min. The concentration of phenol is close to the standard value, and the relative error is less than 0.94%. When the dosage of KI is 1.2 g and the dark reaction time is 10 min, the best dosage of KBrO3-KBr can be selected at 8 mL.

1. 引言

化学实验是理论与实践相结合、进行科学探究的主要形式,以实验为基础是化学教学的基本特征。本校应化专业、环工、环科、能工以及化工专业每年都要开设“工业苯酚含量测定”实验。但目前所用方法 [1] 要用到大量的KI,而KI价格昂贵,近400元/瓶(500 g)。实验中每位学生的理论用量是12 g,再加上学生重做、称量浪费等因素,按12个班学生保守计算,仅此项试剂支出就需要12瓶 × 400元 = 4800元,还不包括其他仪器及试剂的支出。通过查阅文献 [2] - [7] 发现,苯酚含量测定方法中KI的用量一般为1.5~2 g,而根据化学反应量计算的结果显示,KI严重过量。也有的方法中KI用量很少,只有0.4 g,暗置反应时间也不长,只有5 min [8] - [12] ,但有可能会造成反应不完全,致使测定结果不准确。另外值得注意的是,实验过程中会产生Br、I等卤素废液,如果直接排入下水道,会造成污染,因此需要回收处理。本研究旨在通过系统实验,降低KI的用量,达到节约试剂、降低实验成本、减少污染的目的。

2. 实验 [1]

2.1. 原料与试剂

仪器:分析天平(精度0.01 g)、碘量瓶(250 mL)、移液管(10 mL)、滴定管(25 mL)、细口瓶(1000 mL)、量筒(10 mL\100 mL)。

药品:苯酚试液(浓度0.00850 mol·L1)、KBrO3-KBr溶液(0.0167 mol×L1)、HCl溶液(6 mol∙L1)、固体KI(AR)、淀粉溶液(0.2%)、重铬酸钾(基准)、Na2S2O3标准溶液(0.05078 mol·L1)。

材料:滤纸。

2.2. 实验方法——滴定法 [1]

1) 样品中苯酚含量的测定

吸取苯酚试液10 mL于250 mL碘量瓶中,再吸取10 mL KBrO3-KBr标准溶液加入碘量瓶中,并加入6 mol×L1 HCl溶液10 mL,迅速塞紧瓶口(KBrO3-KBr溶液遇酸迅速生成游离的Br2,Br2容易挥发,因此加HCl溶液时应将瓶塞盖上,留缝,使HCl溶液沿瓶塞缝流入,随即塞紧,并加水封住瓶口),振摇1~2 min,再静置6 min (放置时仍应不时摇动),此时生成白色三溴苯酚沉淀和Br2。稍松瓶塞留缝,从瓶塞缝加入2 g KI,水封,摇匀,暗置5~10 min。

用少量水冲洗瓶塞及瓶颈上附着物,再加水25 mL,最后用Na2S2O3标准溶液滴定至呈现淡黄色。加1 mL淀粉溶液(0.2%),继续滴定至蓝色消失,即为终点(三溴苯酚沉淀容易包裹I2,故在终点附近应剧烈摇动),记录消耗的Na2S2O3标准溶液体积V1

反应方程式如下:

KBrO 3 + 5KBr + 6HCl = 3Br 2 + 3H 2 O + 6KCl

C 6 H 5 OH + 3Br 2 = C 6 H 2 OHBr 3 + 3HBr

Br 2 ( ) + 2KI = I 2 + 2KBr

I 2 + 2Na 2 S 2 O 3 = 2NaI + Na 2 S 4 O 6

2) 空白实验

吸取去离子水10 mL于250 mL碘量瓶中,再吸取10 mL的KBrO3-KBr标准溶液于碘量瓶中,并加入6 mol×L1 HCl溶液10 mL,迅速加塞,振摇1~2 min,再静置6 min (放置时仍应不时摇动)。稍松瓶塞留缝,从瓶塞缝加入2 g KI,水封,摇匀,暗置5~10 min。

用少量水冲洗瓶塞及瓶颈上附着物,再加水25 mL,最后用Na2S2O3标准溶液滴定至呈现淡黄色。加1 mL淀粉溶液(0.2%),继续滴定至蓝色消失,即为终点,记下消耗的Na2S2O3标准溶液体积V2

苯酚浓度的计算公式: C = ( V 2 V 1 ) × C Na 2 S 2 O 3 6 × 10

3. 结果与讨论

根据上面的实验方法所述,可以计算各试剂之间的当量关系以及用量,见表1

Table 1. Equivalence relation and dosage of reagents in the existing methods

表1. 现有方法中各试剂的当量关系以及用量

表1可以看出,在苯酚含量测定的传统方法中,当KBrO3-KBr溶液、6 mol×L1 HCl溶液加入量为10 mL,KI的加入量为2 g时,这三种试剂都是过量的,尤其6 mol×L1 HCl和KI严重过量。另外,加入KI后的暗置反应时间5~10 min,是一个时间范围。虽然加入过量KI是为了防止I2的挥发以及生成 I 3 ,增大反应速率,但过量太多容易造成污染,也浪费试剂。此外,反应时间的长短可能会影响反应是否完全,并最终影响测量结果。因此,在下面的讨论中,苯酚溶液的加入量为10 mL,将KBrO3-KBr溶液、KI加入量、暗置反应时间作为变量,其中空白实验中KI的加入量与对应样品测定时KI加入量相同,按2.2中传统的实验方法进行操作,测定苯酚溶液浓度(已知其浓度为0.00850 mol×L1)。以传统方法各试剂用量时测得的苯酚含量与已知浓度标准值进行比较,观察不同用量KI、不同暗置时间对最终测定苯酚浓度结果产生的影响,确定较佳的KI实验用量以及暗置反应时间。

3.1. KI的加入量对苯酚浓度测定的影响

当KBrO3-KBr溶液、6 mol×L1 HCl的加入量均为10 mL、暗置反应时间为7.5 min时,将KI的加入量由0.2 g逐渐增加到2.0 g,测定的苯酚浓度及相对偏差结果见图1图2。由图1图2可见,加入KI的量为0.2 g时,所测得的苯酚浓度为0.0836 mol×L1,此时相对偏差为1.64%;当KI的用量由0.8 g增加至2.0 g以后,所测的苯酚浓度在0.00843~0.00844 mol×L1之间,与苯酚浓度标准值非常接近,相对偏差均<1%。表明KI的用量会影响苯酚含量的测定结果,如果KI用量太少,将导致测得苯酚含量偏低。但KI的用量并不是越多越好,当增加到一定量后,对苯酚含量的测定结果影响甚微。

Figure 1. Influence of different potassium iodide amounts on phenol concentration

图1. 不同碘化钾加入量对苯酚浓度的影响

Figure 2. The effect of different potassium iodide amounts on the relative deviation of phenol concentration

图2. 不同碘化钾加入量对苯酚浓度相对偏差的影响

3.2. 不同暗置反应时间对苯酚浓度测定的影响

当KBrO3-KBr溶液、6 mol×L1 HCl的加入量均为10 mL时,加入KI后,暗置反应时间分别为5 min、7.5 min、10 min,KI加入量由0.4 g增加到2.0 g,所测得的苯酚浓度见图3,相对偏差见图4。由图3图4可见,暗置反应时间由5 min增加到7.5 min时,任何KI加入量时所测得的苯酚含量显著上升。但暗置反应时间由7.5 min增加到10 min时,所测得的苯酚浓度变化趋缓,当KI加入量 ≥ 0.8 g时苯酚浓度相对偏差均 < 1%,表明测定结果接近苯酚浓度标准值0.00850 mol×L1。由此说明,加入KI后的暗置反应时间,对测定苯酚含量影响很大。只要加入KI后暗置反应时间足够,KI的用量由2.0 g降低至0.8 g时对苯酚浓度测定结果没有显著影响。因此本科教学实验“工业苯酚含量测定”中的KI用量,可由每名学生现有教材总用量2 * 6 = 12 g降低至0.8 * 6 = 4.8 g,KI用量减少50%以上。但需引起注意的是,在减少反应试剂用量的同时,一定要保证暗置反应时间充分满足7.5 min及以上,否则反应不完全,会影响苯酚浓度测定结果的准确性。

Figure 3. Influence of darkening reaction time on determination of phenol concentration

图3. 暗置反应时间对苯酚浓度测定的影响

Figure 4. Influence of dark reaction time on relative variation of phenol concentration

图4. 暗置反应时间对苯酚浓度相对偏差的影响

3.3. KBrO3-KBr溶液的不同用量对苯酚含量测定的影响

由于KBrO3-KBr与HCl反应过程中生成的Br2容易挥发,因此通常KBrO3-KBr是过量的。根据前述方法中各试剂理论用量与实际用量相比较,得到KBrO3-KBr的加入量过量1~1.7倍。目前我国对于环境保护制定的政策法规越来越严格,作为最终反应产物的卤素及其溶液按规定需要收集进行废液处理,而废液处理公司对此项废液处理的附加条件要求比较苛刻,否则拒收。因此,希望能够降低KBrO3-KBr的加入量,减少此项废液产生。研究中考察了当KI加入量为1.2 g,暗置时间为10 min时,KBrO3-KBr的加入量对苯酚溶液浓度测定及其相对偏差的影响,结果见图5图6。由图可见,KBrO3-KBr的加入量由6 mL增加到10 mL时,测得的苯酚浓度为0.0842~0.00847 mol×L1,都比较接近苯酚浓度标准值,相对偏差都<1%。考虑到反应过程中生成的Br2易挥发,KBrO3-KBr的较佳用量可以选择8 mL。

Figure 5. The effect of the amount of KBrO3-KBr on the determination of phenol concentration

图5. KBrO3-KBr的加入量对苯酚浓度测定的影响

Figure 6. The effect of the amount of KBrO3-KBr on the relative deviation of phenol concentration

图6. KBrO3-KBr的加入量对苯酚浓度相对偏差的影响

4. 结论

用滴定法测定苯酚溶液含量的过程中,KI的加入量以及暗置反应时间会影响苯酚浓度的测定结果。当6 mol×L1 HCl的加入量为10 mL、KI的加入量 ≥ 0.8 g以及暗置反应时间 ≥ 7.5 min时,测得的苯酚溶液含量接近标准浓度值,相对偏差 < 1%。当KI的加入量1.2 g、暗置反应时间为10 min时,KBrO3-KBr的较佳用量可以选择8 mL。

NOTES

*通讯作者。

文章引用:
张民, 周倩, 孟庆民, 王晓琴. 苯酚含量测定中KI最佳用量的研究[J]. 化学工程与技术, 2018, 8(6): 351-357. https://doi.org/10.12677/HJCET.2018.86046

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