四碘化錫的實(shí)驗(yàn)合成條件探索

黃永剛 王俊麗 冀紅英

摘要：本文是以石油醚作為溶劑，用過量的碘和錫發(fā)生反應(yīng)來制備四碘化錫，主要探討了反應(yīng)過程中影響四碘化錫產(chǎn)率的條件和因素.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：反應(yīng)溫度為90℃，冷卻結(jié)晶時(shí)間為30min，反應(yīng)生成的四碘化錫產(chǎn)率最高.

關(guān)鍵詞：碘;錫;石油醚;四碘化錫;制備

中圖分類號(hào)：O614? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2019）08-0023-03

1 前言

四碘化錫為橙紅色晶體，熔點(diǎn)145.75℃，沸點(diǎn)364.5℃，具有較強(qiáng)的腐蝕性和殺菌作用，主要用于制造有機(jī)錫配合物[1-2].四碘化錫在空氣中受潮易水解，易溶于有機(jī)溶劑，因此制備四碘化錫需要在固態(tài)下或者非水溶劑中進(jìn)行[3].常用的合成方法主要有：碘蒸汽與金屬錫的氣-固相合成;氯化亞錫溶液與過量的碘反應(yīng)得到四碘化錫氣體;硫化錫與過量的碘溶液在鹽酸的作用下加熱，產(chǎn)生四碘化錫;稍過量的錫和易升華的碘在純的四氯化碳溶液中加熱，得到四碘化錫晶體;二氧化錫與濃的氫碘酸加熱，有四碘化錫生成[4].

在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，制備四碘化錫實(shí)驗(yàn)選用的非水溶劑有四氯化碳、乙酸-乙酸酐、苯、石油醚等[5-7].在不同的非水溶劑中，四碘化錫的產(chǎn)率均較高.選用四氯化碳作為溶劑時(shí)，四碘化錫的色澤好，但是后處理時(shí)需要蒸出部分溶劑;以乙酸-乙酸酐為溶劑時(shí)，制備的四碘化錫為棕黑色，由于乙酸-乙酸酐與空氣接觸時(shí)會(huì)形成爆炸性混合物，使得反應(yīng)的后續(xù)處理比較麻煩[6];在以苯為溶劑制備四碘化錫的過程中，四碘化錫在苯溶劑中的溶解度非常大[7]，為了析出四碘化錫，需要蒸掉苯溶劑，而苯蒸汽和空氣中的混合氣體能形成爆炸性混合物;在石油醚溶劑中冷卻結(jié)晶析出的四碘化錫外觀較好，而冷的石油醚中四碘化錫的溶解度較小，結(jié)合石油醚比較穩(wěn)定的特點(diǎn)，四碘化錫的合成實(shí)驗(yàn)中使用石油醚作為非水溶劑是較為理想的選擇.

本實(shí)驗(yàn)以碘和錫為原料，選擇石油醚為溶劑，合成四碘化錫.并探討了不同的反應(yīng)條件對(duì)四碘化錫的產(chǎn)率的影響.四碘化錫的實(shí)驗(yàn)合成是大學(xué)本科的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)條件探索，尋找最優(yōu)反應(yīng)條件，為本科生開展此課程奠定基礎(chǔ)及提供參考.

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器及試劑

2.2 實(shí)驗(yàn)原理

2.1 四碘化錫的制備

用電子天平準(zhǔn)確稱取錫片0.2000g～0.2060g，再準(zhǔn)確稱取單質(zhì)碘0.5000g～0.5060g，將錫片剪成細(xì)小碎片后，加入到50mL干凈干燥的標(biāo)準(zhǔn)磨口圓底燒瓶中，將碘也一同加入，再加入10mL石油醚，組裝好回流管和干燥管，在60℃～90℃的水浴溫度下，調(diào)節(jié)冷凝管的進(jìn)水量，使紫色蒸汽不高于冷凝管的中間部位，反應(yīng)過程中開啟冷凝裝置，以保持冷卻，直到紫色蒸汽液滴變?yōu)闊o色為止，則完全反應(yīng).停止加熱，撤掉水浴，將溶液倒入30mL干燥、潔凈的小燒杯里，將圓底燒瓶?jī)?nèi)壁上附著的四碘化錫晶體，用1～2mL熱的石油醚洗滌，將洗滌后的溶液一起倒入上述小燒杯內(nèi).將小燒杯放在冰水中冷卻結(jié)晶，得到橙紅色的四碘化錫晶體.結(jié)晶完成后，用引流的方法將上層溶液小心的倒入石油醚回收瓶中，最后，將盛有結(jié)晶的小燒杯放入水浴上干燥，收集，稱量產(chǎn)品，計(jì)算產(chǎn)率.得到的四碘化錫的質(zhì)量及產(chǎn)率如表3所示.

小結(jié)：本實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)原料碘的質(zhì)量不足，錫的質(zhì)量過量，以碘的質(zhì)量計(jì)算得到產(chǎn)物四碘化錫的質(zhì)量0.6169g作為理論產(chǎn)量.表3可以看出，多次實(shí)驗(yàn)得到的四碘化錫產(chǎn)率在55.1%和76.4%之間.實(shí)驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)：反應(yīng)溫度和冷卻時(shí)間是影響四碘化錫產(chǎn)率的主要因素.因此，后面對(duì)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件的探討主要集中在反應(yīng)溫度和冷卻時(shí)間上.

2.2 反應(yīng)溫度對(duì)四碘化錫產(chǎn)率的影響

準(zhǔn)確稱取錫片和單質(zhì)碘，將錫片剪成細(xì)小碎片后，和碘一同加入圓底燒瓶中，加入10mL石油醚，分別在60℃、70℃、80℃、90℃的恒溫水浴溫度下，平行反應(yīng)三次，后續(xù)反應(yīng)步驟同2.1，得到的四碘化錫的質(zhì)量及產(chǎn)率數(shù)據(jù)如表4所示.

由表4可知，在60℃的溫度下，反應(yīng)不發(fā)生.隨著反應(yīng)溫度的升高，產(chǎn)物四碘化錫的產(chǎn)率逐漸升高，由數(shù)據(jù)可知，每升高10℃，反應(yīng)的平均產(chǎn)率增加約7.8%到11.2%.反應(yīng)溫度在90℃時(shí)，四碘化錫的產(chǎn)率最高可達(dá)74.2%，平均產(chǎn)率達(dá)到73.3%.因此最佳的反應(yīng)溫度是90℃.

2.3 冷卻時(shí)間對(duì)四碘化錫產(chǎn)率的影響

準(zhǔn)確稱取錫片和單質(zhì)碘，選取水浴溫度為90℃，按照反應(yīng)步驟2.1進(jìn)行，將盛有產(chǎn)物四碘化錫的小燒杯放在冰水中冷卻結(jié)晶10-40min，干燥，稱量產(chǎn)品，計(jì)算產(chǎn)率.得到的四碘化錫的質(zhì)量及產(chǎn)率數(shù)據(jù)如表5所示.

由表5可知，隨著冷卻結(jié)晶的時(shí)間增加，得到的四碘化錫產(chǎn)率先增加后降低，在冷卻時(shí)間分別為10min、20min、30min、40min時(shí)，平均產(chǎn)率分別為57.3%、63.8%、74.5%、58.4%.在冷卻結(jié)晶時(shí)間為30min時(shí)，得到的四碘化錫產(chǎn)率最高.所以最佳的冷卻結(jié)晶時(shí)間為30min.

2.4 制備四碘化錫的最佳反應(yīng)條件

準(zhǔn)確稱取錫片和單質(zhì)碘，選取水浴溫度為90℃，按照反應(yīng)步驟2.1進(jìn)行，將盛有產(chǎn)物四碘化錫的小燒杯放在冰水中冷卻結(jié)晶30min，干燥，稱量產(chǎn)品，計(jì)算產(chǎn)率.得到的四碘化錫的質(zhì)量及產(chǎn)率數(shù)據(jù)如表6所示.

小結(jié)：選用最佳實(shí)驗(yàn)條件合成四碘化錫，得到的產(chǎn)率在72.4%-76.9%之間，平均產(chǎn)率為73.98%.通過上述實(shí)驗(yàn)，可以得出結(jié)論：反應(yīng)溫度為90℃，冷卻結(jié)晶時(shí)間為30min時(shí)，碘與錫進(jìn)行反應(yīng)得到的四碘化錫產(chǎn)率最高.

2.5 四碘化錫熔點(diǎn)的測(cè)定

在實(shí)驗(yàn)中，用熔點(diǎn)儀測(cè)定制備的四碘化錫的熔點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)測(cè)定的數(shù)據(jù)如表7所示.

通過表7的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以測(cè)得四碘化錫的熔點(diǎn)為146.85℃-147.65℃;四碘化錫的文獻(xiàn)熔點(diǎn)為145.75℃，所以測(cè)出四碘化錫的熔點(diǎn)與理論上四碘化錫的熔點(diǎn)接近，證實(shí)合成的產(chǎn)物為四碘化錫，符合實(shí)驗(yàn)要求.

2.6 四碘化錫化學(xué)式的確定

將裝有剩余錫片的圓底燒瓶放在水浴中加熱，目的是揮發(fā)掉殘留的石油醚溶劑，然后將剩余的錫片取出稱量，根據(jù)碘的用量和消耗金屬錫的量，計(jì)算各反應(yīng)物的物質(zhì)的量的比值，以確定碘化錫的化學(xué)式.實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)如表8所示.

如表8所示，在實(shí)驗(yàn)過程中，以4號(hào)為基準(zhǔn)，計(jì)算碘的物質(zhì)的量為0.5019/126.9=3.9551×10-3mol，錫的物質(zhì)的量為0.2052/118.71=1.7286×10-3mol，錫與碘的物質(zhì)的量之比為0.2498，接近1：4，通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算得出碘化錫的分子式為SnI4，符合四碘化錫的理論化學(xué)式.

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

本文以碘和錫為原料，在非水有機(jī)溶劑石油醚中加熱制備四碘化錫.通過多次實(shí)驗(yàn)探討反應(yīng)溫度和冷卻結(jié)晶時(shí)間對(duì)產(chǎn)物四碘化錫的產(chǎn)率的影響.得到制備四碘化錫的最佳反應(yīng)條件為：反應(yīng)物錫稍過量，碘不足的配比下，反應(yīng)溫度為90℃，冷卻結(jié)晶時(shí)間為30min，生成的四碘化錫的產(chǎn)率最高，達(dá)到73.98%.實(shí)驗(yàn)還對(duì)生成的四碘化錫進(jìn)行了熔點(diǎn)測(cè)定和化學(xué)式的測(cè)定，證實(shí)所制備的產(chǎn)物是目標(biāo)產(chǎn)物四碘化錫.

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參考文獻(xiàn)：

〔1〕申泮文，王積濤.化合物詞典[M].上海：上海辭書出版社，2002.67.

〔2〕古風(fēng)才，肖衍繁.基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：科學(xué)出版社，2001.288.

〔3〕北京師范大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室等.無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.214-216.

〔4〕陳壽椿.重要無機(jī)化學(xué)反應(yīng)（第三版）[G].上?？萍汲霭嫔?，1982.286-304.

〔5〕郡小紅，試論推廣微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的必要性和可行性[J].重慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1999（16）：146-148.

〔6〕四碘化錫的制備.無機(jī)化學(xué)學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京：高等教育出版社，2001.214.

〔7〕吳仁濤，張欣，李霞.四碘化錫的制備及實(shí)驗(yàn)[J].臨沂師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，26（3）：47-49.