文档介绍：实验2 离子交换法制备去离子水
一、实验目的
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二、实验原理

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(),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()。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。

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8~11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pH>12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 mol·L-1)、NaOH(2 mol·L-1)、NH3·H2O(2 mol·L-1)、( mol·L-1)、(1 mol·L-1)、铬黑T(固体)、钙指示剂(固体)。
四、实验内容

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。