实验2-离子交换法制备去离子水

1、实验2-离子交换法制备去离子水实验2离子交换法制备去离子水一、实验目的1. 了解离子交换法的原理。2. 掌握离子交换柱的制作方法及去离子水的制备方法。3. 学习电导率仪的使用及水中常见离子的定性鉴定方法。二、实验原理1. 离子原理无论是工农业生产用水、日常生活用水，还是科研实验用水，对水质都有一定的要求。在天然水或者自来水中含有各种各样的无机和有机杂质，常见的无机杂质有Mg2、Ca2、CO3、HCO3、Cl离子及某些气体。常见的处理方法有蒸僻法、电渗析法和离子交换法。本实验中主要介绍离子交换法的原理及应用。离子交换法中起核心作用的物质就是离子交换树脂，它是一种具有网状结构的有机高分子聚合物，由

2、本体和交换基团两部分组成，其中本体起的是载体作用，而本体上附着的交换基团才是活性成分。根据活性基团类型的不同，可以把离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。典型的阳离子交换树脂是磺酸盐型交换树脂，其结构为R一斗H1其中H+离子可以电离，进入溶液，并与溶液中阳离子如Na、Mg2、Ca2离子等进行交换，故名为阳离子交换树脂。化一NH1卜*<=R-S(HNii+11|典型的阴离子交换树脂如季铉盐型离子交换树脂，其结构为RjN*!(阳*J一广M本体活性璃R1其中OH离子可以电离进入溶液，并与溶液中阴离子SO4、CI离子等换树脂进行交换，故名为阴离子交R4、OH+Cl+等净化的水分别经过阴

3、离子交换树脂后，杂质离子被H离子和OH离子所取代，最后通过中和反H-+OH应结合生成水，达到净化的目的。值得指出的是离子交换法只能对水中电解质杂质有较好的净化作用，而对其他类型杂质如有机杂质是无能为力的。实际生产时，将离子交换树脂装填入容器状管道中，做成离子交换柱(见图3.28),一个阳离子交换柱和一个阴离子交换柱申联在一起使用，称为一级离子交换法水处理装置(图3.29)。该装置申联的级数越多，去杂质的效果显然越好。实际上实验室里使用的所谓蒸僻水，有很多就是通过离子交换法制得的。离子换柱在使用过一段时间后，柱内树脂的离子交换能力会出现下降，解决办法是分别让NaOH溶液和HCl溶液流过失效的阳离

4、子和阴离子交换树脂，这一过程叫做离子交换树脂的再生。阳离了咬换村阴出了安换性图3,醐离子交换柱图3.29部子交换装置2. 水质的检验由丁纯水中只含有微量的H离子和OH离子，所以电导率极小，如果水中含有电解质杂质，会使得水的电导率明显增大。故用电导率仪测定水样的电导率大小，可以估计出水样的纯度。另外还可以用化学方法对水样中常见离子进行定性鉴定：(1) C1离子：用AgNO3溶液鉴定。(2) SO；离子：用BaC12溶液鉴定。(3) Mg2离子：在pH约为811的溶液中，用铭黑T检验Mg2离子。若无Mg2离子，溶液呈蓝色；若有Mg2离子存在，则与铭黑T形成洒红色的配合物。(4) Ca2离子：在pH

5、>12的溶液中，用钙指示剂检验Ca2离子。若无Ca2离子存在溶液呈蓝色；若有Ca2离子存在，则与钙指示剂形成红色配合物。(在此pH条件下，Mg2离子已生成氢氧化物沉淀，不干扰Ca2离子的鉴定)。三、仪器与试剂仪器：电导率仪、微型烧杯、离子交换柱(2根)、阳离子交换树脂、阳离子交换树脂、滤纸、pH试纸。试剂：HNO3(1mol-L-1)、NaOH(2mol-L-1)、NH3H2O(2molL-1)、AgNO3(0.1mol-L-1)、BaC12(1mol-L-1)、铭黑T(固体)、钙指示剂(固体)。四、实验内容1. 离子交换装置的制作离子交换装置由两根离子交换柱申联组成。上面一根柱子中装阳

6、离子交换树脂，下面一根柱子中装阴离子交换树脂。柱子底部垫有玻璃纤维，以防止树脂颗粒掉出柱外。用烧杯将离子交换树脂装入柱内，一直填满到离柱口大约2cm处。在装填过程中一定要填实，不能让柱子内部出现空洞或者气泡，出现以上情况可以拿玻璃棒伸入树脂内部捣实。最后加水封住离子交换树脂，以避免接触空气。装置的流程为自来水T阳离子交换柱T阴离子交换柱T去离子水(图3.29)。2. 去离子水的制备将自来水加入阳离子交换柱上端的开口(注意：在实验过程中，要随时补充自来水，以防止树脂干涸，水位要求能堵住树脂表面)。调节螺旋火，使得流出液的速度为1520滴/min,并流过阴离子交换柱，而且要保持上下柱子流速一致。用

7、烧杯在阴离子交换柱，而且要保持上下柱子流速一致。用烧杯在阴离子交换柱下承接大约15mL流出液后，再用微型烧杯收集水样至满，然后进行检验。实验结束后将上下两个螺旋火旋紧，并把两个柱子内加满水。3. 水质的检验对自来水和制备得到的去离子水，分别进行如下检测，实验结果填写在表3.2里。(1) 电导率的测定每次测定前，都要先后用蒸僻水和待测水样冲洗电导电极，并用滤级吸干，再将电极浸入水样中，务必保证电极头的钳片完全被水浸没，然后按照附录中电导率仪的说明进行操作。(2) 离子的定性检验Ca2离子：取水样1mL,加入1滴2mol-L-1NaOH溶液，再加入少许钙指示剂，观测溶液颜色。Mg2离子：取水样1m

8、L，加入1滴2mol-L-1氨水，再加入少许铭黑T,观察溶液颜色。SO2离子和C1离子：自己设计检验方案。在这几组方案中，为了使实验现象更明显和便丁比较，应当采取对照的方法。如检验Ca2离子时，将2支试管内别装入自来水和去离子水，然后按实验步骤进行，观察比较2支试管内的颜色。表实验现象记录表检验现象测试水样电导率_1(Scm)_2Ca离了Mg2离子SO2离子C1离子自来水制得的去离子水结五、思考题1.写出离子交换树脂再生的有关方程式。2.为什么要先让流出液流出15mL以后，才能开始收集产品检验？3. 实验中为什么要用微型的烧杯收集流出液？4. 列举出至少3种不能用离子交换法去除的水中杂质。5.现有下列无色、浓度均为0.01molL-1的葡萄糖溶液、氯化钠溶液、醋酸溶液和硫酸钠溶液，能否用测量电导率的方法进行区别？6.需制备的水为什么先经过阳离子交换树脂处理，后经过阴离子交换树脂处理？反过来如何？实验2报告离子交换法制备去离子水班级学号姓名实验日期、实验目的(1) 二、实验内容离子交换装置的制作按3.29图所示，装配好离子交换装置。并在上面一个柱内加入交换树脂，