A. 土壤學三個問題!!
1、C。2、a。3、a。
B. 交換作用的土壤中陽離子的交換作用
土壤襲的陽離子交換性能是由土壤膠體表面性質所決定,由有機質的交換基與無機質的交換基所構成,前者主要是腐殖質酸,後者主要是粘土礦物。它們在土壤中互相結合著,形成了復雜的有機無機膠質復合體,所能吸收的陽離子總量包括交換性鹽基(K+、Na+、Ca++、Mg++)和水解性酸,兩者的總和即為陽離子交換量。其交換過程是土壤固相陽離子與溶液中陽離子起等量交換作用。
1、土壤陽離子交換量是隨著土壤在風化過程中形成,一些礦物和有機質被分解成極細小的顆粒。化學變化使得這些顆粒進一步縮小,肉眼便看不見。
2、這些最細小的顆粒叫做「膠體」。每一膠體帶凈負電荷。電荷是在其形成過程中產生的。它能夠吸引保持帶正電的顆粒
,就像磁鐵不同的兩極相互吸引一樣。陽離子是帶正電荷的養分離子,如鈣(Ca)、鎂(Mg)、鉀(K)、鈉(Na)、氫(H)和銨(NH4)。粘粒是土壤帶負電荷的組份。
3、這些帶負電的顆粒(粘粒)吸引、保持並釋放帶正電的養分顆粒(陽離子)
。有機質顆粒也帶有負電荷,吸引帶正電荷的陽離子。砂粒不起作用。
4、陽離子交換量(CEC)是指土壤保持和交換陽離子的能力,也有人將它稱之為土壤的保肥能力。
C. 影響土壤陽離子交換量大小的因素有哪些
土壤溶液中的陽離子進行交換,稱為陽離子的交換作用。影響因素有——(1)陽離子的代換能力隨離子價數的增加而增大,因為高價陽離子的電荷量大、電性強所以代換能力也大,各種陽離子代換力的大小順序:na+
D. 土壤的成分有:
土壤的功能:為陸生植物提供營養源和水分,是植物生長、進行光合作用,進行能量交換的主要場所。土壤是一種重要的環境要素。
土壤環境問題主要有:土壤侵蝕、水土流失、土地沙漠化、土壤鹽漬化、土壤貧化,和土壤污染等。
一、土壤的組成
土壤由固相(礦物質、有機質)、液相(土壤水分或溶液)和氣相(土壤空氣)等三相物質四種成分有機地組成。
按容積計,在較理想的土壤中礦物質約佔38—45%,有機質約佔5—12%,孔隙約佔50%。按重量計,礦物質占固相部分的90—95%以上,有機質約佔1—10%。
二、土壤的物理化學性質
一土壤的物理性質
土壤的物理性質包括土壤的顆粒組成、排列方式、結構、孔隙度以及由此決定的土壤的密度、容重、粘結性、透水性、透氣性等。
二土壤膠體及土壤吸附交換性
土壤膠體是指土壤中顆粒直徑小於2mm或小於1 mm,具有膠體性質的微粒。一般土壤中的粘土礦物和腐殖質都具有膠體性質。直徑小於2mm的膠粒帶有大量的負電荷。
1、土壤膠體的類型
2、土壤膠體的性質:
⑴、巨大的表面積和表面能;
⑵、電荷性質:以負電荷為主;
⑶、分散性和凝聚性:
溶膠(←分散作用)(凝聚作用→)凝膠
3、土壤的吸附作用
土壤的吸附作用 :生物吸附 ——吸收 機械吸附——過濾 物理吸附——分子吸附 化學吸附——生成沉澱物 物理化學吸附——離子交換
離子交換作用: 陽離子交換 陰離子交換
陽離子交換是指土壤膠體吸附的陽離子與土壤溶液中的陽離子進行交換,陽離子由溶液進入膠核的過程稱為交換吸附,被置換的離子進入溶液的過程稱解吸作用。
各種陽離子的交換能力與離子價態、半徑有關。一般價數越大,交換能力越大;水合半徑越小,交換能力越大。一些陽離子的交換能力排序如下:
Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>NH+>Na+
在土壤吸附交換的陽離子的總和稱為陽離子交換總量,其中K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH+稱之為鹽基性離子。在吸附的全部陽離子中,鹽基性離子所佔的百分數稱為鹽基飽和度:
交換鹽基離子總量(mol/100g)
鹽基飽和度=——————————————— ×100
陽離子交換總量(mol)
當土壤膠體吸附的陽離子全是鹽基離子時呈鹽基飽和狀態,稱為鹽基飽和的土壤。正常土壤的鹽基飽和度一般在70—90%。鹽基飽和度大的土壤,一般呈中性或鹼性,鹽基離子以Ca2+離子為主時,土壤呈中性或微鹼性;以 Na+為主時,呈較強鹼性;鹽基飽和度小則呈酸性。
陰離子交換:由於在酸性土壤中有帶正電的膠體,因而能進行陰離子交換吸附。陰離子吸附交換能力的強弱可以分成:①易被土壤吸收同時產生化學固定作用的陰離子:H2PO4-、HPO42-、PO43-、SiO32-及其某些有機酸陰離子;②難被土壤吸收的陰離子:Cl-、NO3-、NO2-;③介於上面兩類之間的陰離子:SO42-、CO32-及某些有機陰離子。陰離子被土壤吸附的順序為:
C2O42->C6O7H53-> PO43- > SO42 -> Cl- > NO3-
(三)土壤的酸鹼性和氧化-還原
1、土壤的酸鹼度
土壤的酸鹼度取決於土壤溶液中的H+ 和OH-的含量。土壤中的H+主要是二氧化碳溶於水形成的碳酸、有機物分解產生的有機酸以及某些少數無機酸、Al3+水解產生的。土壤中的OH-主要來自碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈣以及膠粒表面交換性Na+水解產生的。
(2)土壤的鹼度
土壤鹼性主要來自土壤Na2CO3、NaHCO3、CaCO3以及膠體上交換性Na+,它們水解顯鹼性。
土壤膠體+Na+Û土壤膠體+H+ + NaOH
土壤的鹼度也用pH表示,含Na2CO3 、Na2HCO3 、的土壤的pH值一般大於8.5。含CaCO3的石灰性土壤Ph值約在7.0—8.5之間。
強鹼性土壤(Ph8.5—10)除含有易溶性鹽類外,主要與膠粒吸附的交換性Na+有關。通常把交換性Na+占交換量的百分數稱為鹼化度 。
2、土壤的氧化-還原反應
E. 以下土水混合溶液中陽離子交換能力次序哪個正確
般軟化水適應喝結石病能性尤其孩適應喝
感覺這樣的提問是沒有意義的
還是自己找下資料吧
F. 陽離子交換能力大小順序
陽離子交換能力大小順序:Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+≈NH4+>Na+>Li+。
離子交換樹脂對水中各種離子的交換能力是不同的,即有些離子易被離子交換樹脂吸著,但吸著後要把它解吸下來就比較困難;反之,有些離子則難被離子交換樹脂吸著,但易被解吸,這種性能稱為離子交換樹脂的選擇性。這種選擇性影響到離子交換樹脂的交換和再生過程。
含義
如水中的K+會被岩土吸附,而置換岩土吸附的Na+到水中。但是當某種離子的相對濃度增大,則其交替吸附能力也隨之增大,如海水入侵陸相沉積物(淡水含水層)時,水中的Na+將置換岩土吸附的部分Ca2+,形成富含Ca2+的地下水。
以上內容參考:網路-陽離子交換作用
G. 陽離子交換質量作用方程
(一)陽離子吸附親合力
就特定的固相物質而言,陽離子吸附親合力是不同的。影響陽離子吸附親合力的因素主要是;(1)同價離子,其吸附親合力隨離子半徑及離子水化程度而差異,一般來說,它隨離子半徑的增加而增加,隨水化程度的增加而降低;離子半徑越小,水化程度越高。例如Na+、K+、NH4+的離子半徑分別為0.98、1.33和1.43Å,其水化半徑分別為7.9、5.37和5.32Å;他們的親合力順序為NH4+>K+>Na+。(2)一般來說,高價離子的吸附親合力高於低價離子的吸附親合力。
按各元素吸附親合力的排序如下:
水文地球化學基礎
上述排序中,H+是一個例外,它雖然是一價陽離子,但它具有兩價或三價陽離子一樣的吸附親合力。
值得注意的是,上述排序並不是絕對的,因為陽離子交換服從質量作用定律,所以吸附親合力很弱的離子,只要濃度足夠大,也可以交換吸附親合力很強而濃度較小的離子。
(二)陽離子交換質量作用方程
按質量作用定律,陽離子交換反應可表示為:
水文地球化學基礎
式中,KA-B為陽離子交換平衡常數,A和B為水中的離子,Ax和Bx為吸附在固體顆表面的離子,方括弧表示活度。
以Na-Ca交換為例,其交換反應方程為:
水文地球化學基礎
(1.146)式表明,交換反應是等當量交換,是個可逆過程;兩個鈉離子交換一個鈣離子。如果水中的Na+交換已被吸附在固體顆粒表面的Ca2+(即Cax),則反應向右進行;反之,則向左進行。如反應向右進行,那麼,就鈣離子而言,是個解吸過程;就鈉離子而言,是個吸附過程。所以,陽離子交換反應,實際上是一個吸附-解吸過程。
在地下水系統中,Na-Ca交換是一種進行得最廣泛的陽離子交換。例如,當海水入侵到淡水含水層時,由於海水Na+遠高於淡水,而且淡水含水層顆粒表面可交換性的陽離子主要是Ca2+,因此產生海水中的Na+與顆粒表面的Ca2+產生交換,形成Na+被吸附而Ca2+被解吸,方程(1.146)向右進行。又如,如果在某個地質歷史里,淡水滲入海相地層,按上述類似的機理判斷,則產生Na+被解吸Ca2+被吸附的過程,方程(1.146)向左進行。
Na-Ca交換反應方向的判斷,以及對地下水化學成分的影響,仍至對土壤環境的影響,是水文地球化學及土壤學中一個很重要的問題,後面將作更詳細的介紹。
上述(1.145)式中都使用活度,水中的A和B離子活度可以按第一節所提供的方法求得,但如何求得被吸附的陽離子(Ax和Bx)的活度,目前還沒有太滿意的解決辦法。萬賽羅(Vanselow,1932)〔7〕提出,規定被吸附離子的摩爾分數等於其活度。
摩爾分數的定義為:某溶質的摩爾分數等於某溶質的摩爾數與溶液中所有溶質摩爾數和溶劑摩爾數總和之比。其數學表達式如下
水文地球化學基礎
式中,xB為B組分的摩爾分數,無量綱;mA為溶劑的摩爾數(mol/L);mB、mC、mD、……為溶質B、C、D……的摩爾數(mol/L)。就水溶液而言,溶劑是水,1mol H2O=18g,lL H2O=1000g,所以l升溶劑(H2O)的摩爾數=1000/18=55.56mol/L。
按照上述摩爾分數的定義,Ax和Bx的摩爾分數的數學表達式為:
水文地球化學基礎
式中,NA和NB分別為被吸附離子A和B的摩爾分數;(Ax)和(Bx)分別為被吸附離子A和B的摩爾數(mol/kg)。
以摩爾分數代替被吸附離子A和B的活度。則(2.145)的交換平衡表達式可寫成:
水文地球化學基礎
式中,
從理論上講,
在研究陽離子交換反應時,人們關心的問題是,在地下水滲流過程中,從補給區流到排泄區,由於陽離子交換反應,地下水中的陽離子濃度將會產生何種變化?為了簡化問題起見,假定其他反應對陽離子濃度的變化都可忽略,那麼從理論上講,地下水從原來的地段進入一個具有明顯交換能力的新地段後,必然會破壞其原有的陽離子交換平衡,而調整到一個新的交換平衡條件。達到新的平衡後,其陽離子濃度的變化主要取決於:(1)新地段固體顆粒表面各種交換性陽離子的濃度,以及它們互相間的比值;(2)進入新地段地下水的原有化學成分,特別是陽離子濃度。隨著地下水的不斷向前流動,陽離子交換平衡不斷被打破,又不斷地建立新的平衡。其結果是,不但水的陽離子濃度變化了,含水層固體顆粒表面有關的交換性陽離子濃度也改變了。為了定量地說明上述理論上的判斷,特列舉下列例題的計算。
例題1.8
在某一地下水流動系統中,有一段具有明顯陽離子交換能力且含有大量粘土礦物的地段,試利用陽離子交換質量平衡方程(2.150),計算地下水達到新的交換平衡後,水中Ca2+和Mg2+濃度的變化,含水層粘土礦物顆粒表面交換性陽離子(被吸附的陽離子)濃度的變化。
假定:(1)含粘土礦物地段的陽離子交換容量為100meq/100g,交換性陽離子只有Ca2+和Mg2+,且Cax=Mgx,即Cax=Mgx=50meq/100g;(2)進入該地段前,地下水中的Ca2+和Mg2+濃度也相等,即Ca2+=Mg2+=1×10-3mol/L;(3)該含水層地段的有關參數:孔隙度n=0.33;固體顆粒密度ρ=2.65g/cm3;(4)地下水與該地段粘土礦物顆粒相互作用後,達到平衡時,選擇系數
計算步驟:
(1)求新的地下水進入該地段前的NCa和NMg
按題意所給,Cax=Mgx=50meq/100g。把它們換算為以mol/g表示,則Cax=Mgx=0.25×10-8mol/g;將此數據代入(1.149)式,則
NCa=NMg=0.5
(2)求新的地下水剛進入該地段時,起始狀態的
按質量作用定律,Ca-Mg交換方程為:
水文地球化學基礎
交換平衡後,雖然各自的摩爾分數有所增減,但其總數仍然不變,即NCa+NMg=1。
設達到新交換平衡時,NCa=Y,那麼,NMg=1-Y。
把上述假設代入(1.151)式,則
水文地球化學基礎
因達到新的交換平衡時,
水文地球化學基礎
因達到新交換平衡時,Cax和Mgx雖然有變化,那其總和仍然不變,即Cax+Mgx=0.5。設那時的Cax=Z,那麼:
水文地球化學基礎
把(1.154)式代入(1.153)式,得:
水文地球化學基礎
由於達到交換平衡前後,固相中的交換性鈣離子(Cax)和液相中的溶解鈣離子的總和不變。就一升水及其所接觸的岩土而論,達到交換平衡前,一升水的Ca2+為1mmol;岩土中的Cax=0.25mmol/g,-升水所佔據的岩土體積=5379.5g。達交換平衡後,一升水的Ca2+摩爾數為x,岩土中交換性鈣離子(Cax)濃度為Z。那麼,其均衡方程為:
水文地球化學基礎
式的左邊,為交換平衡前固液相中鈣離子總量(mmol);式的右邊,為交換平衡後固液相中鈣離子總量(mmol)。
整理(1.156)式,得:
水文地球化學基礎
把(1.157)式代入(1.155)式,整理後得:
水文地球化學基礎
解方程(1.158),得:
Z=0.250046,即交換平衡後,Cax=0.250046mmol/g
那麼,Mgx=0.5-0.250046=0.249954mmol/L
按上述計算摩爾分數的方法,得:
NCa=0.50009,NMg=0.49991
把所算得的Z值代入(1.157),得:
x=0.7525,即交換平衡後,〔Ca2+〕=0.7525mmol/L
那麼,〔Mg2+〕=2-0.7525=1.2475mmol/L
上述計算結果說明,當新的地下水通過交換地段,達到交換平衡時,吸附的陽離子(Ca2+和Mg2+)的濃度或摩爾分數的比值變化極小;相比之下,地下水中Ca2+和Mg2+的濃度變化很大,〔Mg2+〕/〔Ca2+〕從1約增至1.7。如果隨後進入該地段的地下水〔Mg2+〕/(Ca2+)仍然是1的話,地下水再次破壞了剛建立起來的交換平衡,交換反應又繼續進行,直至NMg/NCa=O.6為止。此時,新流入地下水的Ca2+和Mg2+的濃度才不會改變。然而,要達到此種狀態,必需通過無數個孔隙體積的水,甚至要幾百萬年時間才能完成。
上述計算還說明,陽離子的交換方向,從左向右進行(2.151式),水中的Ca2+被吸附,而固相表面所吸附的Mg2+不斷被解吸。交換反應方向不僅取決於水中兩種離子的濃度比,同時也取決於吸附離子的摩爾分數比。如若交換的起始條件為NMg=0.375和NCa=0.625,流入的水,其鈣鎂活度比為1,那麼流過該地段的地下水,其Ca2+和Mg2+的濃度就沒有變化了。如若交換的起始條件為NMg/NCa<0.6,其交換方向則與上述相反,從右向左進行(2.151式)。
(三)地下水系統中的Na-Ca交換
地下水中Na-Ca交換在地下水化學成分形成和演變過程中,是一個很重要的陽離子交換過程,它無論在深層地下水形成和演變,或者在淺層潛水水化學成分的改變,特別是硬度升高等方面,都具有重要意義;在土壤科學中,它對鹽鹼土的形成,也有重要作用。
地下水系統中,固液相間的Na-Ca交換也服從質量作用定律,但其質量作用方程的表達形式不同。其交換反應如下:
水文地球化學基礎
(2.159)反應最常用的質量作用方程是Gappn方程:
水文地球化學基礎
在Gapon方程的基礎上,又有許多學者提出類似於此方程的各種表達式。例如,美國鹽實驗室〔17〕在研究灌溉水與土壤間的Na-Ca交換時,提出類似於Gapon方程的表達式:
水文地球化學基礎
式中,Nax為達到交換平衡時土壤的交換性鈉量(meq/100g);CEC為土壤的陽離子交換容量(meq/100g);Na+、Ca2+和Mg2+是達交換平衡時水中這些離子的濃度(meq/L);K為平衡常數。
(1.161)式左邊項表示為:
水文地球化學基礎
式中的ESR稱為「交換性鈉比」。
(1.16l)式右邊項表示為:
水文地球化學基礎
式中的「SAR」稱為鈉吸附比,它是Na-Ca交換中一個很重要的參數。(1.161)式可改寫成:
水文地球化學基礎
(1.164)式說明,ESR與SAR線性相關,水中的SAR越高,岩土中的ESR值也越大,岩土中的Nax也越高。許多學者通過岩土的Na-Ca交換試驗,得出了有關回歸方程,列於表1.20。
表1.20Na-Ca交換的回歸方程
表1.20中的Na-Ca交換方程是實驗方程,應用起來當然有其局限性。其中,美國鹽實驗室的回歸方程是用美國西部12個土壤剖面59個土樣試驗得出的,所以其代表性較好。盡管有其局限性,但是,應用此類方程判斷Na-Ca交換的方向,定量化計算其交換量,還是比較有效的。表1.21的數據充分說明這一推斷。
表1.21Na-Ca試驗中某些參數的變化〔2〕
表1.21中是一組Na-Ca交換試驗數據,其中包括實測值與計算值的對比。表中的數據可說明以下幾點;
(1)Na-Ca交換反應方向取決於水中的起始SAR值,及岩土中的起始ESR值。例如,用SAR值分別為0.73和9.81的水淋濾ESR值為0.046的同一種土壤時,淋濾後,前者的(Cax+Mgx)從8.56增至8.76meq/100g,水中的Ca2+和Mg2+被吸附,而固體顆粒表面的交換性Na+解吸到水中,按(1.159)式,其交換反應方向朝左進行;相反,後者的(Cax+Mgx)從8.56減至7.52meq/100g,水中的Na+被吸附,而固體顆粒表面的交換性Ca2+和Mg2+解吸進入水中,按(1.159)式,其交換反應向右進行。如果起始條件已知,即水中的SAR值及岩土中的ESR值已知,也可判斷其反應方向。例如,把表1.21中的SAR值0.73和9.81分別代入表1.20中的3號方程,ESR值的計算值分別為0.038和0.1379。前者的ESR計算值(0.038)小於土壤的起始ESR值(0.046,見表1.21),反應按(1.159)式向左進行;後者的SER計算值(0.1379)明顯大於土壤的起始ESR值(0.046),反應按(1.159)式向右進行。也就是說;如果ESR計算值小於岩土的ESR值,反應向左進行;反之,則相反。當然,如果土壤的起始ESR值為0.038,與S4R值為0.73的水相互作用時,Na-Ca交換處於平衡狀態,水中的Na+、Ca2+和Mg2+濃度不會改變。表1.22是現場試驗結果,結果說明,SAR值越高,固體表面解吸出來的Ca2+和Mg2+就越多,水的硬度增加就越大。這些數據充分證明了上述理論。
表1.22SAR值不同的污水現場試驗結果〔2〕
註:硬度以CaCO3計(mg/L)。
(2)把Na-Ca交換方程應用於實際是比較可靠的。表1.21中(Cax+Mgx)的實測值及計算值相差很小,說明了這一點。其計算方法如下:以計算SAR=0.73的水為例,將0.73代入表1.20中的方程3,求得ESR=0.038;將此值及CEC值(8.96)代入(1.162)式,求得Nax=0.328meq/100g;將CEC值減去Nax值,即為(Cax+Mgx)值(因為土中吸附的陽離子主要是Na+、Ca2+和Mg2+),其值為8.63meq/100g。
SAR值不僅在研究Na-Ca交換反應中是重要的,而且它是灌溉水質的一個重要參數。前面談到,SAR高的水,在水岩作用過程中,引起水中的Na+被吸附到固相顆粒表面上,2個Na+交換一個Ca2+或Mg2+(等當量交換)。因為2個Na2+的大小比一個Ca2+或Mg2+大,因而引起土壤的透氣性減小,產生板結及鹽鹼化。有關SAR值的灌溉水質標准可參考有關文獻。本書不詳述。
H. 土壤中陽離子的交換作用
土壤的陽離子交換性能,是指土壤溶液中的陽離子與土壤固相陽離子之間所進行的交換 作用,它是由土壤膠體表面性質所決定。土壤膠體是土壤中粘土礦物和腐殖酸以及相互結合形成的復雜有機礦質復合體,其吸收的陽離子包括鉀、鈉、鈣、鎂、銨、氫、鋁等。土壤交換性能對植物營養和施肥有較大作用,它能調節土壤溶液的濃度,保持土壤溶液成分的多樣性和平衡性,還可保持養分免於被雨水淋失.
土壤鹽基飽和度(BS)
Base Saturation
土壤膠體上的交換性鹽基離子佔全部交換性陽離子(總量)的百分比。
酸基離子:H+、Al3+
鹽基離子:K+、Na+、Ca2+、Mg2+等
BS真正反映土壤有效(速效)養分含量的大小,是改良土壤的重要依據之一。
鹽基飽和度是指土壤吸附交換性鹽基總量的程度。土壤吸附性陽離子,根據其解吸後的化學特性可區分為致酸的非鹽基離子(如氫和鋁離子)與非致酸的鹽基離子(如鈣、鎂、鈉等)兩大類。當土壤膠體所吸附的陽離子基本上屬於鹽基離子時,稱為鹽基飽和土壤,呈中性、鹼性、強鹼性反應;反之,當非鹽基離子占相當大比例時,稱為鹽基不飽和土壤,呈酸性或強鹼性反應。土壤鹽基飽和度以土壤的交換性鹽基總量占土壤陽離子代換量的百分比表示。鹽基飽和度的大小,可用作施用石灰或磷灰石改良土壤的依據。
I. 土壤陽離子交換能力最強的離子是
CEC與離子價態有關,價態越高,能力越強,Fe3+大於Al3+,且大於其他離子
J. 影響陽離子交換能力的因素有哪些
土壤溶液來中的陽離子進行交自換,稱為陽離子的交換作用。影響因素有——(1)陽離子的代換能力隨離子價數的增加而增大,因為高價陽離子的電荷量大、電性強所以代換能力也大,各種陽離子代換力的大小順序:Na+<K+<NH4+<Mg2+<Ca2+<H+<Al3+<Fe3+(2)等價離子代換能力的大小,隨原子序數的增加而增大(3)離子運動速度愈大,交換力愈強(4)陽離子的相對濃度及交換生成物的性質。
影響土壤陽離子交換量的因素有:陽離子交換量:每千克干土中所含的全部陽離子總量,以厘摩爾(+)每千克土或 c mol(+)kg的-1次冪表示。影響因素——(1)膠體的種類,有機膠體>無機膠體,有機質高的>有機質低的,次生鋁硅酸鹽(2:1>1:1)>次生氧化物(2)溶液的pH值(3)土壤質地,質地愈細交換量愈高。