實(shí)驗(yàn)2-離子交換法制備去離子水
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實(shí)驗(yàn)2 離子交換法制備去離子水 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1.了解離子交換法的原理。 2.掌握離子交換柱的制作方法及去離子水的制備方法。 3.學(xué)習(xí)電導(dǎo)率儀的使用及水中常見離子的定性鑒定方法。 二、實(shí)驗(yàn)原理 1.離子原理 無論是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水、日常生活用水,還是科研實(shí)驗(yàn)用水,對水質(zhì)都有一定的要求。在天然水或者自來水中含有各種各樣的無機(jī)和有機(jī)雜質(zhì),常見的無機(jī)雜質(zhì)有、、、、離子及某些氣體。常見的處理方法有蒸餾法、電滲析法和離子交換法。本實(shí)驗(yàn)中主要介紹離子交換法的原理及應(yīng)用。 離子交換法中起核心作用的物質(zhì)就是離子交換樹脂,它是一種具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的有機(jī)高分子聚合物,由本體和交換基團(tuán)兩部分組成,其中本體起的是載體作用,而本體上附著的交換基團(tuán)才是活性成分。根據(jù)活性基團(tuán)類型的不同,可以把離子交換樹脂分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。 典型的陽離子交換樹脂是磺酸鹽型交換樹脂,其結(jié)構(gòu)為 其中H+離子可以電離,進(jìn)入溶液,并與溶液中陽離子如、、離子等進(jìn)行交換,故名為陽離子交換樹脂。 典型的陰離子交換樹脂如季銨鹽型離子交換樹脂,其結(jié)構(gòu)為 其中離子可以電離進(jìn)入溶液,并與溶液中陰離子、離子等進(jìn)行交換,故名為陰離子交換樹脂 等凈化的水分別經(jīng)過陰離子交換樹脂后,雜質(zhì)離子被離子和離子所取代,最后通過中和反應(yīng) 結(jié)合生成水,達(dá)到凈化的目的。值得指出的是離子交換法只能對水中電解質(zhì)雜質(zhì)有較好的凈化作用,而對其他類型雜質(zhì)如有機(jī)雜質(zhì)是無能為力的。 實(shí)際生產(chǎn)時,將離子交換樹脂裝填入容器狀管道中,做成離子交換柱(見圖3.28),一個陽離子交換柱和一個陰離子交換柱串聯(lián)在一起使用,稱為一級離子交換法水處理裝置(圖3.29)。該裝置串聯(lián)的級數(shù)越多,去雜質(zhì)的效果顯然越好。實(shí)際上實(shí)驗(yàn)室里使用的所謂蒸餾水,有很多就是通過離子交換法制得的。 離子換柱在使用過一段時間后,柱內(nèi)樹脂的離子交換能力會出現(xiàn)下降,解決辦法是分別讓NaOH溶液和HCl溶液流過失效的陽離子和陰離子交換樹脂,這一過程叫做離子交換樹脂的再生。 2.水質(zhì)的檢驗(yàn) 由于純水中只含有微量的離子和離子,所以電導(dǎo)率極小,如果水中含有電解質(zhì)雜質(zhì),會使得水的電導(dǎo)率明顯增大。故用電導(dǎo)率儀測定水樣的電導(dǎo)率大小,可以估計(jì)出水樣的純度。 另外還可以用化學(xué)方法對水樣中常見離子進(jìn)行定性鑒定: (1)離子:用溶液鑒定。 (2)離子:用溶液鑒定。 (3)離子:在pH約為8~11的溶液中,用鉻黑T檢驗(yàn)離子。若無離子,溶液呈藍(lán)色;若有離子存在,則與鉻黑T形成酒紅色的配合物。 (4)離子:在pH>12的溶液中,用鈣指示劑檢驗(yàn)離子。若無離子存在溶液呈藍(lán)色;若有離子存在,則與鈣指示劑形成紅色配合物。(在此pH條件下,離子已生成氫氧化物沉淀,不干擾離子的鑒定)。 三、儀器與試劑 儀器:電導(dǎo)率儀、微型燒杯、離子交換柱(2根)、陽離子交換樹脂、陽離子交換樹脂、濾紙、pH試紙。 試劑:HNO3(1 molL-1)、NaOH(2 molL-1)、NH3H2O(2 molL-1)、(0.1 molL-1)、(1 molL-1)、鉻黑T(固體)、鈣指示劑(固體)。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1.離子交換裝置的制作 離子交換裝置由兩根離子交換柱串聯(lián)組成。上面一根柱子中裝陽離子交換樹脂,下面一根柱子中裝陰離子交換樹脂。柱子底部墊有玻璃纖維,以防止樹脂顆粒掉出柱外。 用燒杯將離子交換樹脂裝入柱內(nèi),一直填滿到離柱口大約2 cm處。在裝填過程中一定要填實(shí),不能讓柱子內(nèi)部出現(xiàn)空洞或者氣泡,出現(xiàn)以上情況可以拿玻璃棒伸入樹脂內(nèi)部搗實(shí)。 最后加水封住離子交換樹脂,以避免接觸空氣。 裝置的流程為自來水→陽離子交換柱→陰離子交換柱→去離子水(圖3.29)。 2.去離子水的制備 將自來水加入陽離子交換柱上端的開口(注意:在實(shí)驗(yàn)過程中,要隨時補(bǔ)充自來水,以防止樹脂干涸,水位要求能堵住樹脂表面)。調(diào)節(jié)螺旋夾,使得流出液的速度為15~20滴/min,并流過陰離子交換柱,而且要保持上下柱子流速一致。 用燒杯在陰離子交換柱,而且要保持上下柱子流速一致。 用燒杯在陰離子交換柱下承接大約15mL流出液后,再用微型燒杯收集水樣至滿,然后進(jìn)行檢驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將上下兩個螺旋夾旋緊,并把兩個柱子內(nèi)加滿水。 3.水質(zhì)的檢驗(yàn) 對自來水和制備得到的去離子水,分別進(jìn)行如下檢測,實(shí)驗(yàn)結(jié)果填寫在表3.2里。 (1)電導(dǎo)率的測定 每次測定前,都要先后用蒸餾水和待測水樣沖洗電導(dǎo)電極,并用濾級吸干,再將電極浸入水樣中,務(wù)必保證電極頭的鉑片完全被水浸沒,然后按照附錄中電導(dǎo)率儀的說明進(jìn)行操作。 (2)離子的定性檢驗(yàn) 離子:取水樣1mL,加入1滴2 molL-1 NaOH溶液,再加入少許鈣指示劑,觀測溶液顏色。 離子:取水樣1mL,加入1滴2 molL-1 氨水,再加入少許鉻黑T,觀察溶液顏色。 離子和離子:自己設(shè)計(jì)檢驗(yàn)方案。 在這幾組方案中,為了使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯和便于比較,應(yīng)當(dāng)采取對照的方法。如檢驗(yàn)離子時,將2支試管內(nèi)別裝入自來水和去離子水,然后按實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行,觀察比較2支試管內(nèi)的顏色。 表 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄表 測試水樣 電導(dǎo)率 檢驗(yàn)現(xiàn)象 離子 離子 離子 離子 自來水 制得的去離子水 結(jié)論: 。 五、思考題 1.寫出離子交換樹脂再生的有關(guān)方程式。 2.為什么要先讓流出液流出15mL以后,才能開始收集產(chǎn)品檢驗(yàn)? 3.實(shí)驗(yàn)中為什么要用微型的燒杯收集流出液? 4.列舉出至少3種不能用離子交換法去除的水中雜質(zhì)。 5.現(xiàn)有下列無色、濃度均為0.01molL-1的葡萄糖溶液、氯化鈉溶液、醋酸溶液和硫酸鈉溶液,能否用測量電導(dǎo)率的方法進(jìn)行區(qū)別? 6.需制備的水為什么先經(jīng)過陽離子交換樹脂處理,后經(jīng)過陰離子交換樹脂處理?反過來如何? 實(shí)驗(yàn)2報告 離子交換法制備去離子水 班級 學(xué)號 姓名 實(shí)驗(yàn)日期 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 (1)離子交換裝置的制作 按3.29圖所示,裝配好離子交換裝置。并在上面一個柱內(nèi)加入 交換樹脂,下面一個柱內(nèi)加入 交換樹脂。加入時不能在柱內(nèi)產(chǎn)生 ,否則用 。最后把水加滿,打開螺旋夾,檢查上下兩個柱子是否暢通。 (2)水質(zhì)檢測 按實(shí)驗(yàn)內(nèi)容填寫下表: 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄表 測試水樣 電導(dǎo)率 檢驗(yàn)現(xiàn)象 離子 離子 離子 離子 自來水 制得的去離子水 結(jié)論: 三、問題與討論- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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