离子交换量实验思考题

『壹』 硫酸钙溶度积的测定

难溶强电解质溶度积常数Ksp的测定一、 实验目的1、 了解极稀溶液浓度的版测量方法;2、 了解测定权难溶盐Ksp的方法;3、 巩固活度、活度系数、浓度的概念及相关关系。二、 实验原理 在一定温度下，一种难溶盐电解质的饱和溶液在溶液中形成一种多项离子平衡，一般表示式为:这个平衡常数Ksp称为溶度积常数，或简称溶度积，严格地讲Ksp应为相应个离子活度的乘积，因为溶液中个离子有牵制的作用，但考虑的难容电解质饱和溶液中离子强度很小，可警世的用浓度来代替活度。就AgCl而言 从上式可知，若测出难溶电解质饱和溶液中个离子的浓度，就可以计算出溶度积Ksp。因此测量最终还是测量离子浓度的问题。若设计出一种测量浓度的方法，就找到了测量Ksp的方法。具体测量浓度的方法，包括滴定法(如AgCl溶度积的测定)，离子交换法(如CuSO4溶度积的测定)，电导法(如AgCl溶度积的测定)，离子电极法(如氯化铅溶度积的测定)，电极电势法(Ksp与电极电势的关系)，即分光光度法(如碘酸铜溶度积的测定)等

『贰』 思考题及习题

1.一个没有防渗的污水渗坑，污水中的常规离子浓度中等，但NH₄-N、细菌及有机质含量很高，下伏为埋深4m的砂砾石含水层。监测结果表明，潜水硬度、NO₃-N及

浓度大大高于随近的天然水含量，但NHt-N浓度很低。试述潜水化学成分变化的水文地球化学假设（提示：从阳离子交换、氮转化及氧化还原反应去解析）。

2.在野外进行80×80cm，深180cm的大型土柱试验。土表面种植作物。灌溉水及175cm深处渗出水的分析结果如下：

水文地球化学基础

表中所列为试验开始后头20天渗出水的平均值，R-N为有机氮。试述什么样的水文地球化学作用使水渗过土柱后组分浓度变化？

3.某潜水含水层，上部为10m厚的粗砂，下部为夹有粘性土透镜体的中细砂，水位埋深4.5m。勘探及取样分析表明：上层水向下层流动，上部水中DO（溶解氧）为2—6mg/

为30—50mg/L，并已证明水中的

来自肥料；下部水中DO=0mg/L，

为微迹量。潜水主要受大气降水补给。试述水从上部含水层向下部含水层流动时，为什么

和DO急骤降低。

4.设用含NH₄-N50mg/L、Ca²⁺=60mg/L、Mg²⁺=12mg/L的污水灌溉，灌区潜水埋深2m，包气带土的CEC＝7.2meq/100g，连续灌溉稻田100天，灌溉面积为100m²，共灌污水1000m³，包气带土的容重为ρb=1.5g/cm³。假设污水中的

全部被包气带土层吸附，100m²灌区下包气带土层的

吸附容量是多少？地下水是否受

污染？（提示：参考本章例题l；答案：包气带土层的

吸附容量为89.64kg。）

5.为什么Cr比Hg、Pb、Cd更易污染地下水？

6.某一铅锌矿酸性矿坑排水pH=3,Pb²⁺=4mg/L，当酸性矿坑排水流过灰岩时，产生下列反应：

水文地球化学基础

结果，pH上升到7.8,Pb2＋降至0.3mg/L。流动过程中Eh变化很小。试述pH上升，Pb2＋下降的原因，并列出相应的化学反应式。

7.在实验室进行F^-的吸附平衡试验，取得下列数据：C，溶液中F^-的平衡浓度；S土中吸附的F^-。

水文地球化学基础

请用作图法（或回归法），求得Langmuir等温吸附方程，并求得S_m。（答案：Langm-uir等温吸附方程，C/S=0.0184+0.00439C,r=0.9980,S_m=227.8mg/kg）。

8.德国某地，潜水被含砷的烟道冲洗水污染。1971年，地下水中As的平均值为22.7mg/L,Fe²⁺为0.2—140mg/L;1976.10—1977.5期间，将KMnO₄浓度为2000mg/L的水通过17个灌注孔注入含水层，共注入KMnSO₄29kg。结果地下水中As浓度迅速下降到0.06mg/L。问：（1）处理前（1971年），地下水中砷的存在形式；（2）注入KMnO₄后，地下水中砷的存在形式，地下水中砷浓度为什么迅速降低。

9.已知沉积物中的f_0c=0.01，三氯乙烯、四氯乙烯、林丹及DDT的lgK_0wc值分别为2.29、2.60、3.72和6.19。计算这四种有机化合物的K_0c和K_d值，并说明哪种有机化合物在沉积物中最易迁移，哪种最难迁移。〔提示：应用公式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值分别为（L/kg）:419.5、618.5、2515.8、55508.1和4.20、6.19、25.16、555.1〕。

10.为什么微生物（细菌和病毒）不会形成大面积的地下水污染？为什么地下水的微生物污染常出现在雨后？

11.下述为研究区的背景值（或背景区间值），以及水样A、B和C的实测浓度，请评价三个水样的污染程度（用综合污染指数法）。

12.地下水污染评价与地下水环境质量评价有何异同？

13.地下水水源地保护带中，一级防护带及二级附护带划分原则及方法有何异同？

14.地质环境元素丰度对人体健康有何影响？并举例说明。

水文地球化学基础

单位lmg/L。

『叁』 无机材料黏土离子交换量的测定"的实验为什么要加入蒸馏水进行洗涤三次

无机材料黏土离子交换量的测定的实验，至少要加入蒸馏水进行洗涤三次，是因版为：
粘土的表面积很权大，表面吸附有大量的水分，水分中含有很多游离的离子，必须充分将表面吸附的水分中的离子全部洗涤下来，测试结果才会准确。洗涤三次，确保表面吸附水分中的离子基本洗涤到溶液中。

『肆』 猪粪阳离子交换量测定方法

1、首先取猪粪样品，先将其干燥至恒重，然后研磨至粉末状备用。
2、其次取适量的猪粪粉末，加入1mol/L铵醋溶液中，使其接触并充答数圆分浸泡，在震荡器中进行振荡，促使猪粪与铵醋清塌溶液充分接触并反应。
3、最后将反应液过滤，收集毕碰过滤液并浓缩至干，得到猪粪样品的阳离子交换量，根据实验数据计算出猪粪样品的阳离子交换量，计算公式为：阳离子交换量（cmol/kg）=浓缩液总容积×反应液中NH4+的浓度÷猪粪样品质量。

『伍』 土壤离子交换

土壤中离子的交换作用

土壤中带负电荷胶粒吸附的阳离子与内土壤溶液中的阳离子进行容交换，称为阳离子交换 作用。
土壤阳离子交换的特点：
• 可逆反应并能迅速达到平衡
• 阳离子交换按当量关系进行
• 不同阳离子的代换力有大小差异（离子价数、原子序数、离子运动速度、质量作用定律）
25 阳离子交换量
每千克干土中所含全部阳离子总量，称阳离子交换量
影响因素：
（1）胶体的种类
蒙脱石>水化云母>高岭土；有机胶体最高
（2）溶液的pH值
pH值增加，土壤负电荷量随之增大，交换量增大

『陆』 测定土壤阳离子交换量的方法有哪些

土壤阳离子交换量的测定受多种因素的影响，如交换剂的性质、盐溶液浓度和pH、淋洗方法等，必须严格掌握操作技术才能获得可靠的结果。联合国粮农组织规定用于土壤分类的土壤分析中使用经典的中性乙酸铵法或乙酸钠法。

新方法是将土壤用BaCl2 饱和，然后用相当于土壤溶液中离子强度那样浓度的BaCl2溶液平衡土壤，继而用MgSO4交换Ba测定酸性土壤阳离子交换量。

蒸馏法测定铵离子的量并换算为土壤阳离子交换量。此法的优点是交换液中可同时测定各种交换性盐基离子。石灰性土壤用氯化铵-乙酸铵作交换剂，盐碱土用乙酸钠作交换剂进行测定。不同的交换剂与测定操作对实验结果影响较大，报告实验结果时应标出。

(6)离子交换量实验思考题扩展阅读：

石灰性土壤阳离子交换量的测定方法有NH4Cl_NH4OAc法、Ca(OAc)2法和NaOAc法。目前应用的较多、而且认为较好的是NH4Cl_NH4OAc法，其测定结果准确、稳定、重现性好。NaOAc法是目前国广泛应用于石灰性土壤和盐碱土壤交换量测定的常规方法。

土壤阳离子交换量测定：土壤阳离子交换量（CEc是指土壤胶体所能吸附的各种阳离子）的总量。酸性、中性土壤多用传统的乙酸铵交换法测定，使用乙酸铵溶液反复处理土壤，使土壤成为铵离子饱和土；用乙醇洗去多余的乙酸铵后。

『柒』 影响阳离子交换能力的因素有哪些

土壤溶液来中的阳离子进行交自换，称为阳离子的交换作用。影响因素有——（1）阳离子的代换能力随离子价数的增加而增大，因为高价阳离子的电荷量大、电性强所以代换能力也大，各种阳离子代换力的大小顺序：Na+<K+<NH4+<Mg2+<Ca2+<H+<Al3+<Fe3+（2）等价离子代换能力的大小，随原子序数的增加而增大（3）离子运动速度愈大，交换力愈强（4）阳离子的相对浓度及交换生成物的性质。
影响土壤阳离子交换量的因素有:阳离子交换量：每千克干土中所含的全部阳离子总量，以厘摩尔（+）每千克土或 c mol(+)kg的-1次幂表示。影响因素——（1）胶体的种类，有机胶体>无机胶体，有机质高的>有机质低的，次生铝硅酸盐（2:1>1:1）>次生氧化物（2）溶液的pH值（3）土壤质地，质地愈细交换量愈高。

『捌』 影响黏土阳离子交换容量的因素

胶体和PH值。
1、胶体的数量、种类和成分，胶体的数量多，有机胶体多，2比1蒙脱石类矿物多，土壤阳离子交换量就愈大。
2、PH值：土壤PH值直接影响土壤的可变电荷的数量，PH值升高时，土壤可变负电荷一般呈增加趋势，阳离子交换量上升，反之PH值下降，土壤的阳离子交换量降低。
影响黏土矿物阳离子交野弊换容量大小的因素主要有三个方面：一是黏土矿物类型。二是黏土矿物的茄脊庆颤握颗粒分散度，同种黏土矿物的阳离子交换容量随其分散度比表面积的增加而增大。

『玖』 阳离子交换量的试验步骤

取4只100 mL离心管，分别称出其重量（准确至0.0001 g,下同）。在其中2只加入专1.0 g污灌区表层属风干土壤样品，其余2只加入1.0 g深层风干土壤样品，并作标记。向各管中加入20 mL氯化钡溶液，用玻棒搅拌4 min后，以3000r/min转速离心至下层土样紧实为止。弃去上清液，再加20 mL氯化钡溶液，重复上述操作。
在各离心管内加20 mL蒸馏水，用玻棒搅拌1 min后，离心沉降，弃去上清液。称出离心管连同土样的重量。移取25.00 mL 0.1 mol/L硫酸溶液至各离心管中，搅拌10 min后，放置20 min，离心沉降，将上清液分别倒入4只试管中。再从各试管中分别移取10.00 mL上清液至4只100 mL锥形瓶中。同时，分别移取10.00 mL 0.1 mol/L硫酸溶液至另外2只锥形瓶中。在这6只锥形瓶中分别加入10 mL蒸馏水、1滴酚酞指示剂，用标准氢氧化钠滴定，溶液转为红色并数分钟不褪色为终点。

『拾』 试述土壤中阳离子交换与吸附作用对污染物的迁移转化的影响

阳离子交换使土壤比较重要的性质之一，使土壤本身的特有属性，主要原因就是土壤胶体的负电特性，其电荷分为可变电荷和固定电荷，当pH较低时（到达等电点时），整个性质就会发生变化。阳离子交换，顾名思义，负电荷的土壤胶体表面吸附有一些可交换态的阳离子如K、Mg、Ca等，当污染物特别是重金属类物质与土壤接触时，由于其于土壤胶体表面基团具有更强的结合能力，从而取代部分正电性基团，但是阳离子交换过程并不稳定，属于静电作用，因此自身并不稳定，如上述内容所说，易受pH影响，低pH条件下容易被淋洗。同时由于其具有很强的水溶性，因此生物有效性较高，容易被动植物吸收而贮藏在体内，是土壤化学反应较为活跃的一部分，受土壤环境影响较大。

吸附作用是一种泛称，涉及内容较多，分配、离子交换、络合等都包括在内，以有机质吸附为例，土壤环境中存在很多的有机污染物如农药（有机氯、有机磷）、PAH、PCBs等，通过分配作用，这些污染物易与土壤中的腐殖质、植物残体、黑炭等结合，这一过程既可以促进有机污染物的分解，也可以抑制该过程。例如一些污染物进入当碳粒内部，从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络合在碳颗粒表面，碳粒表层有较大的比表面积，提供了大量的微生物附着位点，为其降解提供了条件，本身也可以当做电子受体。
这一问题应因具体环境而异，因污染物性质变化而异，环境是复杂的体系，具体结果如何完全看如何读复杂过程进行解读，现在很多过程还是无法解释清楚的，我们目前位置更多的是控制条件，找出影响因素，因此并不是虽有条件都适用的。