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、离子及某些气体。常见的处理方法有蒸馏法、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，其结构为其中H+离子可以电离，进入溶液，并与溶液中阳离子如、离子等进行交换，故名为阳离子交换树脂。典型的阴离子交换树脂如季铵盐型离子交换树脂，其结构为其中离子可以电离进入溶液，并与溶液中阴离子、离子等进行交换，故名为阴离子交换树脂等净化的水分别经过阴离子交换树脂后，杂质离子被离子和离子所取代，最后通过中和反应结合生成水，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串联在一起使用，称为一级离子交换法水处理装置（图3.29）。该装置串联的级数越多，去杂质的效果显然越好。实际上实验室里使用的所谓蒸馏水，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子和阴离子交换树脂，这一过程叫做离子交换树脂的再生。2水质的检验由于纯水中只含有微量的离子和离子，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）离子：用溶液鉴定。（2）离子：用溶液鉴定。（3）离子：在pH约为811的溶液中，用铬黑T检验离子。若无离子，溶液呈蓝色；若有离子存在，则与铬黑T形成酒红色的配合物。（4）离子：在pH12的溶液中，用钙指示剂检验离子。若无离子存在溶液呈蓝色；若有离子存在，则与钙指示剂形成红色配合物。（在此pH条件下，离子已生成氢氧化物沉淀，不干扰离子的鉴定）。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（1 molL-1）、NaOH（2 molL-1）、NH3H2O（2 molL-1）、（0.1 molL-1）、（1 molL-1）、铬黑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串联组成。上面一根柱子中装阳离子交换树脂，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2 cm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阳离子交换柱阴离子交换柱去离子水（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）。调节螺旋夹，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夹旋紧，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，都要先后用蒸馏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，务必保证电极头的铂片完全被水浸没，然后按照附录中电导率仪的说明进行操作。（2）离子的定性检验离子：取水样1mL，加入1滴2 molL-1 NaOH溶液，再加入少许钙指示剂，观测溶液颜色。离子：取水样1mL，加入1滴2 molL-1 氨水，再加入少许铬黑T,观察溶液颜色。离子和离子：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于比较，应当采取对照的方法。如检验离子时，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 实验现象记录表测试水样电导率检验现象离子离子离子离子自来水制得的去离子水结论： 。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 一、实验目的二、实验内容（1）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，下面一个柱内加入 交换树脂。加入时不能在柱内产生 ，否则用 。最后把水加满，打开螺旋夹，检查上下两个柱子是否畅通。（2）水质检测按实验内容填写下表：实验现象记录表测试水样电导率检验现象离子离子离子离子自来水制得的去离子水结论： 三、问题与讨论