離子交換量實驗思考題

『壹』 硫酸鈣溶度積的測定

難溶強電解質溶度積常數Ksp的測定一、 實驗目的1、 了解極稀溶液濃度的版測量方法;2、 了解測定權難溶鹽Ksp的方法;3、 鞏固活度、活度系數、濃度的概念及相關關系。二、 實驗原理 在一定溫度下，一種難溶鹽電解質的飽和溶液在溶液中形成一種多項離子平衡，一般表示式為:這個平衡常數Ksp稱為溶度積常數，或簡稱溶度積，嚴格地講Ksp應為相應個離子活度的乘積，因為溶液中個離子有牽制的作用，但考慮的難容電解質飽和溶液中離子強度很小，可警世的用濃度來代替活度。就AgCl而言 從上式可知，若測出難溶電解質飽和溶液中個離子的濃度，就可以計算出溶度積Ksp。因此測量最終還是測量離子濃度的問題。若設計出一種測量濃度的方法，就找到了測量Ksp的方法。具體測量濃度的方法，包括滴定法(如AgCl溶度積的測定)，離子交換法(如CuSO4溶度積的測定)，電導法(如AgCl溶度積的測定)，離子電極法(如氯化鉛溶度積的測定)，電極電勢法(Ksp與電極電勢的關系)，即分光光度法(如碘酸銅溶度積的測定)等

『貳』 思考題及習題

1.一個沒有防滲的污水滲坑，污水中的常規離子濃度中等，但NH₄-N、細菌及有機質含量很高，下伏為埋深4m的砂礫石含水層。監測結果表明，潛水硬度、NO₃-N及

濃度大大高於隨近的天然水含量，但NHt-N濃度很低。試述潛水化學成分變化的水文地球化學假設（提示：從陽離子交換、氮轉化及氧化還原反應去解析）。

2.在野外進行80×80cm，深180cm的大型土柱試驗。土表面種植作物。灌溉水及175cm深處滲出水的分析結果如下：

水文地球化學基礎

表中所列為試驗開始後頭20天滲出水的平均值，R-N為有機氮。試述什麼樣的水文地球化學作用使水滲過土柱後組分濃度變化？

3.某潛水含水層，上部為10m厚的粗砂，下部為夾有粘性土透鏡體的中細砂，水位埋深4.5m。勘探及取樣分析表明：上層水向下層流動，上部水中DO（溶解氧）為2—6mg/

為30—50mg/L，並已證明水中的

來自肥料；下部水中DO=0mg/L，

為微跡量。潛水主要受大氣降水補給。試述水從上部含水層向下部含水層流動時，為什麼

和DO急驟降低。

4.設用含NH₄-N50mg/L、Ca²⁺=60mg/L、Mg²⁺=12mg/L的污水灌溉，灌區潛水埋深2m，包氣帶土的CEC＝7.2meq/100g，連續灌溉稻田100天，灌溉面積為100m²，共灌污水1000m³，包氣帶土的容重為ρb=1.5g/cm³。假設污水中的

全部被包氣帶土層吸附，100m²灌區下包氣帶土層的

吸附容量是多少？地下水是否受

污染？（提示：參考本章例題l；答案：包氣帶土層的

吸附容量為89.64kg。）

5.為什麼Cr比Hg、Pb、Cd更易污染地下水？

6.某一鉛鋅礦酸性礦坑排水pH=3,Pb²⁺=4mg/L，當酸性礦坑排水流過灰岩時，產生下列反應：

水文地球化學基礎

結果，pH上升到7.8,Pb2＋降至0.3mg/L。流動過程中Eh變化很小。試述pH上升，Pb2＋下降的原因，並列出相應的化學反應式。

7.在實驗室進行F^-的吸附平衡試驗，取得下列數據：C，溶液中F^-的平衡濃度；S土中吸附的F^-。

水文地球化學基礎

請用作圖法（或回歸法），求得Langmuir等溫吸附方程，並求得S_m。（答案：Langm-uir等溫吸附方程，C/S=0.0184+0.00439C,r=0.9980,S_m=227.8mg/kg）。

8.德國某地，潛水被含砷的煙道沖洗水污染。1971年，地下水中As的平均值為22.7mg/L,Fe²⁺為0.2—140mg/L;1976.10—1977.5期間，將KMnO₄濃度為2000mg/L的水通過17個灌注孔注入含水層，共注入KMnSO₄29kg。結果地下水中As濃度迅速下降到0.06mg/L。問：（1）處理前（1971年），地下水中砷的存在形式；（2）注入KMnO₄後，地下水中砷的存在形式，地下水中砷濃度為什麼迅速降低。

9.已知沉積物中的f_0c=0.01，三氯乙烯、四氯乙烯、林丹及DDT的lgK_0wc值分別為2.29、2.60、3.72和6.19。計算這四種有機化合物的K_0c和K_d值，並說明哪種有機化合物在沉積物中最易遷移，哪種最難遷移。〔提示：應用公式5.23及5.15；答案：三氯乙烯、四氯乙烯、林丹及DDT的K_0c及K_d值分別為（L/kg）:419.5、618.5、2515.8、55508.1和4.20、6.19、25.16、555.1〕。

10.為什麼微生物（細菌和病毒）不會形成大面積的地下水污染？為什麼地下水的微生物污染常出現在雨後？

11.下述為研究區的背景值（或背景區間值），以及水樣A、B和C的實測濃度，請評價三個水樣的污染程度（用綜合污染指數法）。

12.地下水污染評價與地下水環境質量評價有何異同？

13.地下水水源地保護帶中，一級防護帶及二級附護帶劃分原則及方法有何異同？

14.地質環境元素豐度對人體健康有何影響？並舉例說明。

水文地球化學基礎

單位lmg/L。

『叄』 無機材料黏土離子交換量的測定"的實驗為什麼要加入蒸餾水進行洗滌三次

無機材料黏土離子交換量的測定的實驗，至少要加入蒸餾水進行洗滌三次，是因版為：
粘土的表面積很權大，表面吸附有大量的水分，水分中含有很多游離的離子，必須充分將表面吸附的水分中的離子全部洗滌下來，測試結果才會准確。洗滌三次，確保表面吸附水分中的離子基本洗滌到溶液中。

『肆』 豬糞陽離子交換量測定方法

1、首先取豬糞樣品，先將其乾燥至恆重，然後研磨至粉末狀備用。
2、其次取適量的豬糞粉末，加入1mol/L銨醋溶液中，使其接觸並充答數圓分浸泡，在震盪器中進行振盪，促使豬糞與銨醋清塌溶液充分接觸並反應。
3、最後將反應液過濾，收集畢碰過濾液並濃縮至干，得到豬糞樣品的陽離子交換量，根據實驗數據計算出豬糞樣品的陽離子交換量，計算公式為：陽離子交換量（cmol/kg）=濃縮液總容積×反應液中NH4+的濃度÷豬糞樣品質量。

『伍』 土壤離子交換

土壤中離子的交換作用

土壤中帶負電荷膠粒吸附的陽離子與內土壤溶液中的陽離子進行容交換，稱為陽離子交換 作用。
土壤陽離子交換的特點：
• 可逆反應並能迅速達到平衡
• 陽離子交換按當量關系進行
• 不同陽離子的代換力有大小差異（離子價數、原子序數、離子運動速度、質量作用定律）
25 陽離子交換量
每千克干土中所含全部陽離子總量，稱陽離子交換量
影響因素：
（1）膠體的種類
蒙脫石>水化雲母>高嶺土；有機膠體最高
（2）溶液的pH值
pH值增加，土壤負電荷量隨之增大，交換量增大

『陸』 測定土壤陽離子交換量的方法有哪些

土壤陽離子交換量的測定受多種因素的影響，如交換劑的性質、鹽溶液濃度和pH、淋洗方法等，必須嚴格掌握操作技術才能獲得可靠的結果。聯合國糧農組織規定用於土壤分類的土壤分析中使用經典的中性乙酸銨法或乙酸鈉法。

新方法是將土壤用BaCl2 飽和，然後用相當於土壤溶液中離子強度那樣濃度的BaCl2溶液平衡土壤，繼而用MgSO4交換Ba測定酸性土壤陽離子交換量。

蒸餾法測定銨離子的量並換算為土壤陽離子交換量。此法的優點是交換液中可同時測定各種交換性鹽基離子。石灰性土壤用氯化銨-乙酸銨作交換劑，鹽鹼土用乙酸鈉作交換劑進行測定。不同的交換劑與測定操作對實驗結果影響較大，報告實驗結果時應標出。

(6)離子交換量實驗思考題擴展閱讀：

石灰性土壤陽離子交換量的測定方法有NH4Cl_NH4OAc法、Ca(OAc)2法和NaOAc法。目前應用的較多、而且認為較好的是NH4Cl_NH4OAc法，其測定結果准確、穩定、重現性好。NaOAc法是目前國廣泛應用於石灰性土壤和鹽鹼土壤交換量測定的常規方法。

土壤陽離子交換量測定：土壤陽離子交換量（CEc是指土壤膠體所能吸附的各種陽離子）的總量。酸性、中性土壤多用傳統的乙酸銨交換法測定，使用乙酸銨溶液反復處理土壤，使土壤成為銨離子飽和土；用乙醇洗去多餘的乙酸銨後。

『柒』 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。

『捌』 影響黏土陽離子交換容量的因素

膠體和PH值。
1、膠體的數量、種類和成分，膠體的數量多，有機膠體多，2比1蒙脫石類礦物多，土壤陽離子交換量就愈大。
2、PH值：土壤PH值直接影響土壤的可變電荷的數量，PH值升高時，土壤可變負電荷一般呈增加趨勢，陽離子交換量上升，反之PH值下降，土壤的陽離子交換量降低。
影響黏土礦物陽離子交野弊換容量大小的因素主要有三個方面：一是黏土礦物類型。二是黏土礦物的茄脊慶顫握顆粒分散度，同種黏土礦物的陽離子交換容量隨其分散度比表面積的增加而增大。

『玖』 陽離子交換量的試驗步驟

取4隻100 mL離心管，分別稱出其重量（准確至0.0001 g,下同）。在其中2隻加入專1.0 g污灌區表層屬風干土壤樣品，其餘2隻加入1.0 g深層風干土壤樣品，並作標記。向各管中加入20 mL氯化鋇溶液，用玻棒攪拌4 min後，以3000r/min轉速離心至下層土樣緊實為止。棄去上清液，再加20 mL氯化鋇溶液，重復上述操作。
在各離心管內加20 mL蒸餾水，用玻棒攪拌1 min後，離心沉降，棄去上清液。稱出離心管連同土樣的重量。移取25.00 mL 0.1 mol/L硫酸溶液至各離心管中，攪拌10 min後，放置20 min，離心沉降，將上清液分別倒入4隻試管中。再從各試管中分別移取10.00 mL上清液至4隻100 mL錐形瓶中。同時，分別移取10.00 mL 0.1 mol/L硫酸溶液至另外2隻錐形瓶中。在這6隻錐形瓶中分別加入10 mL蒸餾水、1滴酚酞指示劑，用標准氫氧化鈉滴定，溶液轉為紅色並數分鍾不褪色為終點。

『拾』 試述土壤中陽離子交換與吸附作用對污染物的遷移轉化的影響

陽離子交換使土壤比較重要的性質之一，使土壤本身的特有屬性，主要原因就是土壤膠體的負電特性，其電荷分為可變電荷和固定電荷，當pH較低時（到達等電點時），整個性質就會發生變化。陽離子交換，顧名思義，負電荷的土壤膠體表面吸附有一些可交換態的陽離子如K、Mg、Ca等，當污染物特別是重金屬類物質與土壤接觸時，由於其於土壤膠體表面基團具有更強的結合能力，從而取代部分正電性基團，但是陽離子交換過程並不穩定，屬於靜電作用，因此自身並不穩定，如上述內容所說，易受pH影響，低pH條件下容易被淋洗。同時由於其具有很強的水溶性，因此生物有效性較高，容易被動植物吸收而貯藏在體內，是土壤化學反應較為活躍的一部分，受土壤環境影響較大。

吸附作用是一種泛稱，涉及內容較多，分配、離子交換、絡合等都包括在內，以有機質吸附為例，土壤環境中存在很多的有機污染物如農葯（有機氯、有機磷）、PAH、PCBs等，通過分配作用，這些污染物易與土壤中的腐殖質、植物殘體、黑炭等結合，這一過程既可以促進有機污染物的分解，也可以抑制該過程。例如一些污染物進入當碳粒內部，從而抑制微生物的降解，也就限制了污染物的降解，但是也有一部分可能絡合在碳顆粒表面，碳粒表層有較大的比表面積，提供了大量的微生物附著位點，為其降解提供了條件，本身也可以當做電子受體。
這一問題應因具體環境而異，因污染物性質變化而異，環境是復雜的體系，具體結果如何完全看如何讀復雜過程進行解讀，現在很多過程還是無法解釋清楚的，我們目前位置更多的是控制條件，找出影響因素，因此並不是雖有條件都適用的。