实验二土壤的阳离子交换量

实验二土壤的阳离子交换量 一 实验原理土壤是环境中污染物迁移转化的重要场所 土壤的吸附和离子交换能力又使它成为重金属类污染物的主要归宿 污染物在土壤表面的吸附剂离子交换能力又和土壤的组成 结构等有关 因此 对土壤性能的测定 有助于了解土壤对污染物质的净化能力及对污染负荷的允许程度 土壤中主要存在三种基本成份 一是无机物 而是有机物 三是微生物 在无机物中 粘土矿是其主要部分 粘土矿物的晶格结构中存在许多层状的硅铝酸盐 其结构单元是硅氧四面体和铝氧八面体 四面体硅氧层中的Si4 常被Al3 离子部分取代 八面体铝氧层中的Al3 可部分的被Fe2 Mg2 等离子取代 取代的结果便在晶格中产生负电荷 这些电荷分布在硅酸盐的层面上 并以静电引力吸附层间存在的阳离子 以保持电中性 这些阳离子主要是Ca2 Mg2 Al3 Na K 和H 等 它们往往被吸附于矿物质胶体表面上 决定着粘土矿物的阳离子交换行为 土壤中的有机物质主要是腐殖物质 它们可分为三类 一类是不能被碱萃取的胡敏素 另一类是可被碱萃取 但当萃取液酸化时析出而成为沉淀物的腐殖酸 第三类是酸化时不沉淀的富里酸 这些物质成份复杂 分子量不固定 结构单元上存在各种活性基因 它们在土壤中可以提供出很大量的阳离子交换能力 而且对重金属污染物在土壤中有吸附 络合等行为起着重要作用 土壤存在的这些阳离子可被某些中性盐水溶液中的阳离子交换 若无副反应时 交换反应可以等当量地进行 上述反应中因为存在交换平衡 因此 交换反应实际上不完全 当溶液中交换剂浓度大 交换次数增加时 交换反应可趋于完全 同时 交换离子的本性 土壤的物理状态等对交换完全也有影响 若用过量的强电解质 如硫酸溶液 把交换到土壤中去的钡离子交换下来 这是由于生成了硫酸钡沉淀 且由于氢离子的交换吸附能力很强 交换基本完全 这样 通过测定交换反应前后硫酸含量变化 可算出消耗的酸量 进而算出阳离子交换量 这种交换量是土壤的阳离子交换总量 通常用每克100克干土中的毫克当量数表示 二 实验目的 1 测定污灌区表层和深层土的阳离子交换总量 2 了解污灌对阳离子交换量的影响 三 仪器与试剂 电动离心机离心管50毫升锥形瓶100毫升量筒25毫升移液管10毫升 25毫升滴定管碱式25毫升试管25毫升 0 1N氢氧化钠标准溶液 称2克分析纯氢氧化钠 溶解在500毫升煮沸后冷却的蒸馏水中 称取0 5克 分析天平上称 于105 烘箱中烘干后的邻苯二甲酸氢钾两份 分别放入250毫升锥形瓶中 加100毫升煮沸冷却的蒸馏水 溶完再加4滴酚酞指示剂 用配置的氢氧化钠标准溶液滴定到淡红色 再用煮沸冷却后的蒸馏水做一个空白试验 并从滴定邻苯二甲酸氢钾的氢氧化钠溶液中扣除空白值 计算式 式中W为邻苯二甲酸氢钾的重量 克 VNaOH为耗去的氢氧化钠溶液体积 毫升 1N氯化钡溶液 称60克BaCl2 2H2O溶于500毫升蒸馏水中 酚酞指示剂1 W V 硫酸溶液0 2N土壤 风干后磨碎过200目筛 四 实验过程 取4个洗净烘干且重量相近的50毫升离心管 分别套在相应的4个小烧杯上 然后在电子天平上称出重量W克 称准到0 005克 以下同 往其中的两个离心管中各加入1克左右的污灌区表层风干土壤 另外两个离心管中分别加入1克左右的深层风干土 四个离心管及其相应的称量架均做好记号 从称量架上取下离心管 用量筒向各管中加入20毫升氯化钡溶液 加完用玻璃棒搅拌管内容物4分钟 然后将4支离心管放入离心机内 以每分钟3000转的转速离心5分钟 直到管内上层溶液澄清 下层土壤紧密结实为止 离心完倒尽上层溶液 然后再加入20毫升氯化钡溶液 重复上述步骤再交换一次 离心完保留离心管内的土层 3 向离心管内倒入20毫升蒸馏水 用玻璃棒搅拌管内容物1分钟 再在离心机内离心 3000转 5分钟 直到土壤完全沉积在管底部 上层溶液澄清为止 倒尽上层清液 将离心管连同管内土样一起 放在相应的小烧杯上 在电子天平上称出各管的重量 G克 4 往离心管中移入25毫升0 2N硫酸溶液 搅拌10分钟后放置20分钟 到时离心沉降 离心完把管内清液分别倒入4个洗净烘干的试管内 再从4个试管中各移出10毫升溶液到4个干净的100毫升锥形瓶内 另外移出两份10毫升0 2N硫酸溶液到第五 第六个锥形瓶内 在六个锥形瓶中各加入10毫升蒸馏水和2滴酚酞指示剂 用标准氢氧化钠溶液滴定到红色刚好出现并于数分红内不褪为终点 10毫升0 2N硫酸溶液耗去的氢氧化钠溶液体积 Aml 和样品消耗氢氧化钠溶液体积 Bml 氢氧化钠溶液的准确浓度 N 连同以上的数据一起记入表中 五 数据处理 按下式计算土壤阳离子交换量 交换量 毫克当量 100克土 式中的A B N代表的意义如上所述 m为加硫酸前土壤