專利名稱：一種I₂直接置換Cl₂ 的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種I2直接置換Cl2的方法。
背景技術(shù)：
在鹵素元素系列中，它們的活潑性順序為F2 > Cl2 > Br2 > I2，大家知道，只有前面的元素才能置換后面的元素，如C12+2KI = I2+2KC1。顯然，單質(zhì)碘不如氯氣活潑，也就是單質(zhì)碘與氯化鈉溶液混合不能產(chǎn)生氯氣，或者說I2不能氧化Cl—成Cl2。因此長期以來單質(zhì)碘被普遍認(rèn)為不能置換氯氣。然而，盡管單質(zhì)碘不如氯氣活潑，但是通過選擇適宜物態(tài)和介質(zhì)的方法是可以調(diào)變物種氧化還原性的，也是本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)理論的偏見和制約，提供一種通過選擇適宜物態(tài)和介質(zhì)來實現(xiàn)I2直接置換Ci2的方法。本發(fā)明目的是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的，它包括如下順序的步驟(1)在裝有單質(zhì)碘細(xì)粒的容器中緩慢加入濃氯酸直至大大過量，或在裝有濃氯酸的容器中加少量單質(zhì)碘細(xì)粒，或在裝有氯酸鉀與稀硫酸的混合液的容器中加少量單質(zhì)碘細(xì)粒，同時攪拌容器內(nèi)混合物；(2)隨著反應(yīng)的進(jìn)行，單質(zhì)碘逐漸消失，同時伴有黃綠色氣體生成；(3)將所生成的黃綠色氣體用濕潤的碘化鉀-淀粉試紙檢測，能使試紙變藍(lán)色，證實該黃綠色氣體為Cl2,生成黃綠色氣體的半反應(yīng)式是2C10i+12H+ + IOe- = Cl2 T+ 6H20；(4)容器中的溶液為無色溶液，向這種無色溶液中加入硝酸汞或硝酸鉛溶液進(jìn)行檢測，無色溶液中立即出現(xiàn)白色混濁，其反應(yīng)式為Hg2+ + 2103 =Hg(IO3)2 I，或者為 Pb2+ + 2IO3 = Pb (IO3)2 I ；通過檢測證實，單質(zhì)I2被氧化成了IOi，其氧化半反應(yīng)式為 I2 +6H20- IOe" =2103 + HH+;(5)由以上反應(yīng)過程可知，步驟(1)和步驟(2)的反應(yīng)過程實現(xiàn)了單質(zhì)碘直接置換出了氯氣，其置換反應(yīng)式為I2+2HC103 = C12+2HI03。更具體地說，所述濃氯酸的濃度為20%。本發(fā)明反應(yīng)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)，可運用化學(xué)熱力學(xué)原理得到解釋
H+
I2 + 2C103- = Cl2 + 210 3
AGf°/kj.mor O -2.60O-124.4AGr0 =2x (-124.4) -2x (-2.60) =-238.4 CkJ-mol"1)
AG0電動勢五。=—~^=— “238400 = 0.25(V) > 0
nF10x96500v ,顯然，該反應(yīng)是能順利進(jìn)行的。本發(fā)明可靠性強，重現(xiàn)性好，成功率高；現(xiàn)象明顯，富有個性；藥品、材料易得，耗時短；操作便捷，安全性強；儀器、裝置簡單。本發(fā)明的積極效果體現(xiàn)在如下幾點(1)克服了傳統(tǒng)觀念的約束，有效地解決了單質(zhì)碘直接置換氯氣的問題。(2)有助于從理論上和實驗中充分認(rèn)識單質(zhì)碘和氯氣的化學(xué)性質(zhì)。(3)開創(chuàng)了一種單質(zhì)碘直接置換氯氣的方法即氯氣的制備方法。(4)從中可深刻認(rèn)識和理解到，元素的不同物態(tài)在不同酸堿介質(zhì)中具有不同氧化還原性質(zhì)的特點。(5)對如何準(zhǔn)確掌握和靈活運用這些知識更好地為科研、生產(chǎn)和生活服務(wù)提供了實驗依據(jù)。(6)為如何將課堂教學(xué)與科學(xué)研究有機(jī)地結(jié)合起來發(fā)揮積極的促進(jìn)作用，也是對學(xué)生進(jìn)行個性化教育，拓展良好個性和創(chuàng)造性思維的有效方法。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實驗實例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。實施例1 在裝有約兩粒黃豆大小單質(zhì)碘細(xì)粒的小試管中逐滴加入濃度為20%的濃氯酸(Hao3)直至大大過量，同時振動試管，仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象。實驗結(jié)果表明，隨著氯酸的慢慢滴入，單質(zhì)碘逐漸消失，試管內(nèi)同時伴有黃綠色氣體。進(jìn)一步檢測這種黃綠色氣體能使?jié)竦牡饣?淀粉試紙變藍(lán)色。該現(xiàn)象證實確有Cl2置換出來了，其半反應(yīng)式為JaopUH++IO^ = Cl2 Τ+6Η20。實驗中發(fā)現(xiàn)所得溶液為無色，取少量這種無色溶液并向其中加入硝酸汞溶液立即出現(xiàn)白色混濁Hg2+ + 2103= Hg(IO3)2 I ； 再取少量這種無色溶液并向其中加入硝酸鉛溶液立即出現(xiàn)白色混濁，加熱溶液未見其變澄清Pb2++ 2103_ =Pb(IO3)2丨。說明I2被氧化成了 IO^其半反應(yīng)式為
I2+6H20-10e" =2103 + 121^。因而成功地實現(xiàn)了單質(zhì)碘直接置換出氯氣的目的 I2+2HC103 = C12+2HI03。實施例2 在裝有IOmL 20 %的濃氯酸(HClO3)的小試管中加入Ig單質(zhì)碘細(xì)粒，同時振動試管，仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象。實驗結(jié)果表明，單質(zhì)碘消失，試管內(nèi)同時伴有黃綠色氣體。進(jìn)一步檢測這種黃綠色氣體能使?jié)竦牡饣?淀粉試紙變藍(lán)色。該現(xiàn)象證實確有Cl2置換出來了，其半反應(yīng)式為JaopUH+ + 10e" =Cl2 t+6H20。實驗中發(fā)現(xiàn)所得溶液為無色，取這種無色溶液少量并向其中加入硝酸汞溶液立即出現(xiàn)白色混濁 Hg2+ + 2103= Hg(IO3)2丨；再取少量這種無色溶液并向其中加入硝酸鉛溶液立即出現(xiàn)白色混濁，加熱溶液未見變澄清Pb2++2I03_= Pb(IO3)2丨。說明I2被氧化成了IOh其半反應(yīng)式為J2+6H20-IOe- =2103 + 121^。因而成功地實現(xiàn)了單質(zhì)碘直接置換出氯氣的目的:I2+2HC103 = C12+2HI03。實施例3 在裝有3g氯酸鉀固體的小試管中小心加入IOmL 20%的稀硫酸后充分振蕩，再加入Ig單質(zhì)碘細(xì)粒，同時振動試管，仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象。實驗結(jié)果表明， 單質(zhì)碘消失，試管內(nèi)同時伴有黃綠色氣體生成。進(jìn)一步檢測這種黃綠色氣體能使?jié)竦牡饣?淀粉試紙變藍(lán)色。該現(xiàn)象證實確有Cl2置換出來了，其半反應(yīng)式為 200 3+121^ + 10e" = Cl2 Τ+ 6H20。實驗中發(fā)現(xiàn)所得溶液為無色，向這種無色溶液中加入硝酸汞溶液立即出現(xiàn)白色混濁Hg2+ + 2103= Hg(IO3)2I。說明I2被氧化成了 IO^，其半反應(yīng)式為I2+6H20-IOe- =210; + 12#。因而成功地實現(xiàn)了單質(zhì)碘直接置換出氯氣的目的:I2+2HC103 = C12+2HI03。
權(quán)利要求
1.一種I2直接置換Ci2的方法，其特征在于包括如下順序的步驟(1)在裝有單質(zhì)碘細(xì)粒的容器中緩慢加入濃氯酸直至大大過量，或在裝有濃氯酸的容器中加少量單質(zhì)碘細(xì)粒，或在裝有氯酸鉀與稀硫酸的混合液的容器中加少量單質(zhì)碘細(xì)粒， 同時攪拌容器內(nèi)混合物；(2)隨著反應(yīng)的進(jìn)行，單質(zhì)碘逐漸消失，同時伴有黃綠色氣體生成；(3)將所生成的黃綠色氣體用濕潤的碘化鉀-淀粉試紙檢測，能使試紙變藍(lán)色，證實該黃綠色氣體為Ci2,生成黃綠色氣體的半反應(yīng)式是2αο i +12H+ + IOe “ = Cl2 個 + 6H20 ；(4)容器中的溶液為無色溶液，向這種無色溶液中加入硝酸汞或硝酸鉛溶液進(jìn)行檢測， 無色溶液中立即出現(xiàn)白色混濁，其反應(yīng)式為Hg2+ + 210 3 = Hg(IO3)2丨，或者為Pb2+ +210 J = Pb (IO3)2丨；通過檢測證實，單質(zhì)I2被氧化成了 IO 其氧化半反應(yīng)式為12 +6H20 - IOe “ = 210 J + 12H+ ；(5 )由以上反應(yīng)過程可知，步驟(1)和步驟(2 )的反應(yīng)過程實現(xiàn)了單質(zhì)碘直接置換出了氯氣，其置換反應(yīng)式為=I2 + 2HC103 = Cl2 + 2HI03。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的I2直接置換Cl2的方法，其特征在于所述濃氯酸的濃度為20%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種I2直接置換Cl2的方法。本發(fā)明是在裝有單質(zhì)碘細(xì)粒的容器中緩慢加入濃氯酸直至大大過量，或在裝有濃氯酸的容器中加少量單質(zhì)碘細(xì)粒，或在裝有氯酸鉀與稀硫酸的混合液的容器中加少量單質(zhì)碘細(xì)粒，同時攪拌容器內(nèi)混合物；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，單質(zhì)碘逐漸消失，同時伴有黃綠色氣體生成；將所生成的黃綠色氣體用試紙檢測，證實該黃綠色氣體為Cl2；容器中的溶液為無色溶液，對這種無色溶液進(jìn)行檢測，證實單質(zhì)I2被氧化成了IO；由反應(yīng)過程可知，單質(zhì)碘直接置換出了氯氣。本發(fā)明可靠性強，重現(xiàn)性好，成功率高；現(xiàn)象明顯，富有個性；藥品、材料易得，耗時短；操作便捷，安全性強；儀器、裝置簡單。
文檔編號C01B11/22GK102320572SQ20111023508
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者劉永紅, 李大塘 申請人:湖南科技大學(xué)