高中化学实验实验5 水的净化与水质检测(整理).pptx
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
学海无 涯
实验 5 水的净化与水质检测
一、 实验目的 1.了解离子交换法制取纯水的基本原理和方法。 2.学习电导率仪的使用；掌握水中常见离子的定性鉴定方法 。 二、 实验原理 天然水经过混凝、沉淀、过滤和消毒四个单元过程处理后成为日常生 活和科学研究的常规供水（即自来水）。但是自来水中仍含有许多无 机物和有机物杂质，溶解性总固体（Total Dissolved Solids，TDS）总 量高达l000 mg/L(GB5749-2006)，而化学实验室等许多部门要求使用 TDS 小于 1mg/L 以下的纯水。因此必须对自来水进行净化处理，才能 使用（见教材第二章 2.5 实验用水的种类与选用方法）。 目前普遍使用蒸馏法或离子交换法净化自来水，制取的水分别称为蒸 馏水和去离子水（或离子交换水），可以满足一般实验之需。有时为 了特殊需要，常常进行二次或多次交换蒸馏，或者蒸馏后再交换，或 者交换后再蒸馏，以制备更纯的水。此外，还用电渗析法、反渗透法 等净化水。 1.离子交换法制水 与蒸馏法相比，离子交换法因其设备与操作简单，出水量大，质量好， 成本低，目前被众多化学实验室及火力发电厂、原子能、半导体、电 子工业等多部门用来制备不同级别的纯水。本实验用该方法净化自来 水并对得到的水质进行物理化学检测。
换树脂时，水中常见的无机物杂质 Ca2+、Mg2+、Na+、K 、 + CO32 、SO42 、
Cl 等被截留，置换出H 和 OH 。离子交换反应为
强酸性阳离子交换树脂(H+型离子交换树脂)
2R SO3H
Mg2+ 2K源自文库
交换过程 洗脱或再生过程
(R
SO3 2)
Mg 2
2H +
2R SO3K 2H
强碱性阴离子交换树脂(OH 型离子交换树脂)
2 R4N +OH
2Cl SO42
交换过程 洗脱或再生过程
(2RR4N4N)+CS2lO
2OH 4 2OH
置换出来的H＋和 OH－结合：H+(aq)+OH-(aq)→H O(l) 2
在离子交换树脂上进行的交换反应是可逆的，当水样中 H+或 OH-浓度
增加时，交换反应的趋势降低，所以只通过阳离子交换柱和阴离子交
树脂，使其恢复离子交换能力。再生后的离子交换树脂可以重复使用。
2
学海无涯
离子交换法能除去原水中绝大部分盐、碱和游离酸，但不能完全除去 有机物和非电解质。理想的纯水还需要进一步处理除去微量的有机物。
2. 水质检测 纯水本身的导电能力是非常小的，但是当水中溶解有无机盐类时，由 于它们的强电解质性质，使水的导电能力大大增加。纯水的电导率可 用电导率仪检测。
1. 新树脂预处理转型（由实验室完成） 购买的离子交换树脂系工业产品，含有多种杂质，故新树脂需要在使 用前进行预处理，除去树脂中的杂质，并将树脂转变成所需要的形式。 732 型树脂转型将树脂用饱和NaCl 溶液浸泡一昼夜，用水漂洗至水澄 清无色后，用纯水浸泡 4~8h，再用 7% HCI 溶液浸泡 4h（转为 H 型）。 倾去盐酸溶液，最后用纯水洗至 pH=5~6。用蒸馏水浸泡树脂备用。 717 型树脂转型将树脂如同上法漂洗和浸泡后，改用 8% NaOH 浸泡 4h（转为 OH 型）。倾去碱性溶液，最后用纯水洗至 pH=7~8。用蒸馏
4
学海无涯
管内玻璃棉和尖嘴中的空气，然后将已处理的树脂与水一起，从上端 逐渐倾入柱中，树脂沿壁下沉，这样不致带入气泡。若水过满，可打 开螺旋夹放水，当上部残留的水达 1 cm 时，在顶部也装入一小团玻 璃纤维，防止注入溶液时将树脂冲起。在整个操作过程中，树脂要一 直保持为水覆盖。因为如果树脂床中进入空气，会产生偏流使交换效 率降低，若出现这种情况，可用玻棒搅动树脂层赶走气泡。 注：混合柱（大的装置称混床），就是把一定比例的阳、阴离子交换 树脂混合装填于同一交换装置中，对流体中的离子进行交换、脱除。 由于阳（离子）树脂的密度比阴（离子）树脂大，所以在混合柱内阴 树脂在上阳树脂在下，使用前要混合均匀。一般阳、阴树脂装填的比 例为 1︰2。可按不同树脂酌情考虑选择。
三、 仪器和试剂 仪器：电导率仪，电导电极，离子交换柱(也可用碱式滴定管代替)。 试剂：NaOH (8 wt%)，HCl (7 wt%)，NaCl（饱和），AgNO3(0.1mol·L-1)， NH3 (2 mol·L-1)，BaCl2(0.5 mol·L-1)，HNO3(2 molL-1)，铬黑 T 指示剂， 钙指示剂。 其它： 717 强碱性阴离子交换树脂，732 强酸性阳离子交换树脂，玻 璃纤维(棉花)，乳胶管，螺旋夹，玻璃三通管，pH 试纸。 四、 实验步骤
置
交换柱
1.阳离子交换柱; 2.阴离 1.玻璃丝; 2.树脂; 3.水;
子交换柱;
4 胶塞
3.阴阳离子混合交换柱 取洗净的离子交换柱（可用碱式滴定管代替），在柱底部装入少量玻
璃棉（装入前用去离子水洗涤玻璃棉），下部通过橡皮管与尖嘴玻璃
管相连（若是三柱交换装置，需要加装玻璃三通管），用螺旋夹夹住
橡皮管，将交换柱固定在铁架台上。在柱中注入少量去离子水，排出
3
学海无涯
水浸泡树脂备用。 2. 装柱
根据具体情况选用复式离子交换装置或单柱（混合柱）制取纯水（图 2-76，2-77）。树脂的装入量，单柱装入柱高的 2/3；混合柱装入柱高 的 3/5，阳离子树脂与阴离子树脂的体积比例为 1︰2（处理好的阳、 阴离子交换树脂混合均匀一起加入交换柱）。
图 2-76 复式离子交换装 图 2-77 简易混合离子
换柱串联制得的水仍含有一些杂质。为了进一步提高水质，可在阴离
子交换柱后接一个阴阳离子树脂混合柱，其作用相当于多级交换，交
换的 H＋和 OH－立即作用形成水，且各部位的水都接近中性，从而大
大降低了逆反应的可能性。
树脂有一定的交换容量，使用一段时间达到饱和，失去正常的交换能
力，一般可以分别用 5~10％的 HCl 和 NaOH 溶液处理阳离子和阴离子
1
学海无涯
离子交换法使用离子交换树脂，一类不溶于酸、碱及有、离子。根据 活性基团的不同，分阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类，每类又 有强、弱两型用于不同的场合。制取纯水使用强酸性阳离子交换树脂
R SO3H (如国产 732 型树脂)和强碱性阴离子交换树脂 R' N R3OH (如国产 717 型树脂)。当自来水依次流过阳离子交换树脂和阴离子交
实验 5 水的净化与水质检测
一、 实验目的 1.了解离子交换法制取纯水的基本原理和方法。 2.学习电导率仪的使用；掌握水中常见离子的定性鉴定方法 。 二、 实验原理 天然水经过混凝、沉淀、过滤和消毒四个单元过程处理后成为日常生 活和科学研究的常规供水（即自来水）。但是自来水中仍含有许多无 机物和有机物杂质，溶解性总固体（Total Dissolved Solids，TDS）总 量高达l000 mg/L(GB5749-2006)，而化学实验室等许多部门要求使用 TDS 小于 1mg/L 以下的纯水。因此必须对自来水进行净化处理，才能 使用（见教材第二章 2.5 实验用水的种类与选用方法）。 目前普遍使用蒸馏法或离子交换法净化自来水，制取的水分别称为蒸 馏水和去离子水（或离子交换水），可以满足一般实验之需。有时为 了特殊需要，常常进行二次或多次交换蒸馏，或者蒸馏后再交换，或 者交换后再蒸馏，以制备更纯的水。此外，还用电渗析法、反渗透法 等净化水。 1.离子交换法制水 与蒸馏法相比，离子交换法因其设备与操作简单，出水量大，质量好， 成本低，目前被众多化学实验室及火力发电厂、原子能、半导体、电 子工业等多部门用来制备不同级别的纯水。本实验用该方法净化自来 水并对得到的水质进行物理化学检测。
换树脂时，水中常见的无机物杂质 Ca2+、Mg2+、Na+、K 、 + CO32 、SO42 、
Cl 等被截留，置换出H 和 OH 。离子交换反应为
强酸性阳离子交换树脂(H+型离子交换树脂)
2R SO3H
Mg2+ 2K源自文库
交换过程 洗脱或再生过程
(R
SO3 2)
Mg 2
2H +
2R SO3K 2H
强碱性阴离子交换树脂(OH 型离子交换树脂)
2 R4N +OH
2Cl SO42
交换过程 洗脱或再生过程
(2RR4N4N)+CS2lO
2OH 4 2OH
置换出来的H＋和 OH－结合：H+(aq)+OH-(aq)→H O(l) 2
在离子交换树脂上进行的交换反应是可逆的，当水样中 H+或 OH-浓度
增加时，交换反应的趋势降低，所以只通过阳离子交换柱和阴离子交
树脂，使其恢复离子交换能力。再生后的离子交换树脂可以重复使用。
2
学海无涯
离子交换法能除去原水中绝大部分盐、碱和游离酸，但不能完全除去 有机物和非电解质。理想的纯水还需要进一步处理除去微量的有机物。
2. 水质检测 纯水本身的导电能力是非常小的，但是当水中溶解有无机盐类时，由 于它们的强电解质性质，使水的导电能力大大增加。纯水的电导率可 用电导率仪检测。
1. 新树脂预处理转型（由实验室完成） 购买的离子交换树脂系工业产品，含有多种杂质，故新树脂需要在使 用前进行预处理，除去树脂中的杂质，并将树脂转变成所需要的形式。 732 型树脂转型将树脂用饱和NaCl 溶液浸泡一昼夜，用水漂洗至水澄 清无色后，用纯水浸泡 4~8h，再用 7% HCI 溶液浸泡 4h（转为 H 型）。 倾去盐酸溶液，最后用纯水洗至 pH=5~6。用蒸馏水浸泡树脂备用。 717 型树脂转型将树脂如同上法漂洗和浸泡后，改用 8% NaOH 浸泡 4h（转为 OH 型）。倾去碱性溶液，最后用纯水洗至 pH=7~8。用蒸馏
4
学海无涯
管内玻璃棉和尖嘴中的空气，然后将已处理的树脂与水一起，从上端 逐渐倾入柱中，树脂沿壁下沉，这样不致带入气泡。若水过满，可打 开螺旋夹放水，当上部残留的水达 1 cm 时，在顶部也装入一小团玻 璃纤维，防止注入溶液时将树脂冲起。在整个操作过程中，树脂要一 直保持为水覆盖。因为如果树脂床中进入空气，会产生偏流使交换效 率降低，若出现这种情况，可用玻棒搅动树脂层赶走气泡。 注：混合柱（大的装置称混床），就是把一定比例的阳、阴离子交换 树脂混合装填于同一交换装置中，对流体中的离子进行交换、脱除。 由于阳（离子）树脂的密度比阴（离子）树脂大，所以在混合柱内阴 树脂在上阳树脂在下，使用前要混合均匀。一般阳、阴树脂装填的比 例为 1︰2。可按不同树脂酌情考虑选择。
三、 仪器和试剂 仪器：电导率仪，电导电极，离子交换柱(也可用碱式滴定管代替)。 试剂：NaOH (8 wt%)，HCl (7 wt%)，NaCl（饱和），AgNO3(0.1mol·L-1)， NH3 (2 mol·L-1)，BaCl2(0.5 mol·L-1)，HNO3(2 molL-1)，铬黑 T 指示剂， 钙指示剂。 其它： 717 强碱性阴离子交换树脂，732 强酸性阳离子交换树脂，玻 璃纤维(棉花)，乳胶管，螺旋夹，玻璃三通管，pH 试纸。 四、 实验步骤
置
交换柱
1.阳离子交换柱; 2.阴离 1.玻璃丝; 2.树脂; 3.水;
子交换柱;
4 胶塞
3.阴阳离子混合交换柱 取洗净的离子交换柱（可用碱式滴定管代替），在柱底部装入少量玻
璃棉（装入前用去离子水洗涤玻璃棉），下部通过橡皮管与尖嘴玻璃
管相连（若是三柱交换装置，需要加装玻璃三通管），用螺旋夹夹住
橡皮管，将交换柱固定在铁架台上。在柱中注入少量去离子水，排出
3
学海无涯
水浸泡树脂备用。 2. 装柱
根据具体情况选用复式离子交换装置或单柱（混合柱）制取纯水（图 2-76，2-77）。树脂的装入量，单柱装入柱高的 2/3；混合柱装入柱高 的 3/5，阳离子树脂与阴离子树脂的体积比例为 1︰2（处理好的阳、 阴离子交换树脂混合均匀一起加入交换柱）。
图 2-76 复式离子交换装 图 2-77 简易混合离子
换柱串联制得的水仍含有一些杂质。为了进一步提高水质，可在阴离
子交换柱后接一个阴阳离子树脂混合柱，其作用相当于多级交换，交
换的 H＋和 OH－立即作用形成水，且各部位的水都接近中性，从而大
大降低了逆反应的可能性。
树脂有一定的交换容量，使用一段时间达到饱和，失去正常的交换能
力，一般可以分别用 5~10％的 HCl 和 NaOH 溶液处理阳离子和阴离子
1
学海无涯
离子交换法使用离子交换树脂，一类不溶于酸、碱及有、离子。根据 活性基团的不同，分阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类，每类又 有强、弱两型用于不同的场合。制取纯水使用强酸性阳离子交换树脂
R SO3H (如国产 732 型树脂)和强碱性阴离子交换树脂 R' N R3OH (如国产 717 型树脂)。当自来水依次流过阳离子交换树脂和阴离子交