离子交换分离复习提纲

“离子交换分离”复习提纲

.一. 离子交换

1. 定义：不溶于水和其它极性溶剂的电解质中离子与溶液中同电荷电解质离子之间的置换称为离子交换。

2. 特点

①离子交换反应是可逆的；

②离子交换等当量发生，并遵守电中性原则。

3. 离子交换的微观过程

①Na+离子从溶液穿过液膜到达树脂颗粒表面；

②Na+离子从树脂颗粒表面进入树脂内部，继续在树脂颗粒内部扩散，最后到达交换点；

③Na+离子在交换点与Li+离子进行化学交换，将Li+离子置换下来；

④Li+离子离开交换点向外扩散，最后到达树脂颗粒表面；

⑤Li+离子从树脂颗粒表面穿过液膜进入外部溶液。

上述五个步骤中，第①步和第⑤步是两个方向相反的扩散过程。根据电中性原则，它们必须以相同的速度，同时穿过液膜。这个过程称为液膜扩散过程。同理，第②步和第④步也是两个方向相反,以相同速度同时在树脂颗粒内进行的扩散过程。这个过程称为颗粒扩散过程。因此，离子交换反应实际上可分为液膜扩散、颗粒扩散和化学交换三步过程。

4. 树脂对离子亲合性的经验规律

①不同价态离子对树脂的亲合力随离子价态的增加而增加。

相同价态离子在树脂上选择系数随水合离子半径的增加而减小。

②树脂交联度增大，对离子的选择系数增加。

③在阳离子交换树脂上，金属离子分配系数随着酸浓度增加而降低；在阴离子交换树脂上,金属离子分配系数一般随酸浓度的增加而增加。

④在水溶液中加入能与水互溶的有机溶剂，往往导致分配系数变大，还能使分离因子提高。

5. 影响离子交换反应速度的主要因素

①树脂

a. 树脂颗粒越细，离子交换反应速度越快。

b. 树脂交联度增大，树脂网孔变小。由此导致离子在树脂颗粒内扩散系数变小，使颗粒扩散过程变慢。

c. 强酸性树脂和强碱性树脂的溶胀性较大，活性基团解离较完全，故它们的离子交换速度比弱酸性树脂和弱碱性树脂快。

d. 大孔树脂因其骨架网孔大，故离子交换速度很快。

②离子

a. 同价态的可水合离子，其水合半径越大，颗粒扩散系数越小。

b. 不同价态可水合离子，由于固定离子库仑引力作用，价态越高，阻留力越大，颗粒扩散系数越小。

c. 对于不水合的离子，其晶体半径越大，颗粒扩散系数越小。

d. 液膜扩散系数随水合离子半径的增大而降低，随离子价态的增大而减小。

③溶液

a. 当溶液浓度小于0.01M时，液膜扩散过程是离子交换反应速率决定步骤，在此浓度范围内，增加溶液浓度，离子交换反应速度线性增加；当溶液浓度提高到0.01M时，离子交换过程的速度将同时受到颗粒扩散过程和液膜扩散过程的支配，离子交换反应速度不再线性增加；当溶液浓度进一步增加时，颗粒扩散过程成为离子交换反应速率决定步骤，离子交换反应速度趋于一极限值。

b. 在非水介质中，特别是在非极性溶剂中，离子交换反应速度通常都非常慢。

④温度

温度升高，离子在液膜中和树脂颗粒内的扩散系数都增大。因此，升温有利于加速离子交换过程。

⑤搅拌

搅拌速度加快，液膜厚度变薄，离子交换速度增大。但离子交换速度增加到一定值后，再继续提高搅拌速度，对离子交换速度不再产生影响。

二离子交换剂

1 定义：含有可交换离子的、不溶于水喝其它极性溶剂的电解质。

2 构成：

①骨架

②活性基团

3分类：

①无机离子交换剂：水合氧化物

多价金属酸性盐

杂多酸盐

亚铁氰化物

铝硅酸盐

②有机离子交换剂：离子交换纤维素

离子交换聚葡萄糖

离子交换树脂

5. 离子交换树脂

①离子交换树脂的构成

任何一种离子交换树脂，就其化学结构而言，都可分为两部分。一部分是具有立体网状结构的高分子化合物，称为骨架或基体；另一部分是连接在骨架上的离子交换功能团，称为活性基团。

骨架：苯乙烯系离子交换树脂骨架

丙烯酸系离子交换树脂骨架

酚醛系离子交换树脂骨架

乙烯吡啶系离子交换树脂骨架

环氧系离子交换树脂骨架

脲醛系离子交换树脂骨架

氯乙烯系离子交换树脂骨架

活性基团：固定离子

反离子

举例说明，H+型强酸性阳离子交换树脂RSO3H在NaCI水溶液中可解离成H+和-SO3-，发生下述反应：

RSO3H + NaCI = RSO3Na + HCI

在这里，R-为骨架，-SO3H为活性基团；-SO3-是固定离子；H+称反离子；Na+也称反离子；CI-为同离子。

②离子交换树脂的分类

阳离子交换树脂强酸性

弱酸性

阴离子交换树脂强碱性

弱碱性

两性树脂

特种树脂螯合树脂

氧化还原树脂

萃淋树脂

冠醚树脂

③离子交换树脂的命名

外国生产的离子交换树脂没有统一的分类命名标准，都是由生产厂家自行命名。我国生产的离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架名称和基本名称排列组成，以三位阿拉伯数字标称：第一位数字代表产品分类：第二位数字代表骨架分类：第三位数字用以区别活性基团和交联剂的差异。

凝胶型树脂的交联度值，在牌号后以“X”号加阿拉伯数字表示。

大孔树脂在型号前加大写的“D”。

④离子交换树脂的基本特征

强酸性阳离子交换树脂

a. 强酸性阳离子交换树脂话性基团的解离度相当于硫酸。

b. H+型强酸性阳离子交换树脂能将中性盐劈解为酸，树脂变为相应的盐型。

c. 盐型强酸性阳离子交换树脂转为H+型，需要大大过量的强酸。

d. 强酸性阳离子交换树脂可在较宽的pH范围内使用。

弱酸性阳离子交换树脂

a. 弱酸性阳离子交换树脂话性基团的解离度相当于醋酸。

b. H+型弱酸性阳离子交换树脂不能劈开中性盐；

H+型弱酸性阳离子交换树脂与碱反应，形成盐型弱酸性阳离子交换树脂。

c. 将盐型弱酸性阳离子交换树脂转为H+型，只需稍过量的强酸。

d. 弱酸性阳离子交换树脂的交换能力强烈依赖于溶液的pH值，有效使用范围为pH>6。

强碱性阴离子交换树脂

a. 强碱性阴离子交换树脂话性基团解离度相当于碱金属氢氧化物。

b. OH-型强碱性阴离子交换树脂能将中性盐劈解为碱，树脂变为相应的盐型。

c. 盐型强碱性阴离子交换树脂转为OH-型，需要大大过量的碱。

d. 强碱性阴离子交换树脂可在较宽的pH范围内使用。

弱碱性阴离子交换树脂

a. 弱碱性阴离子交换树脂话性基团的解离度类似氨。

b. OH-型弱碱性阴离子交换树脂不能劈开中性盐；

OH-型弱碱性阴离子交换树脂与强酸反应，形成盐型弱碱性阴离子交换树脂。

c. 盐型弱碱性阴离子交换树脂转为OH-型，只需稍过量的碱。

d. 弱碱性阴离子交换树脂的交换能力强烈依赖于溶液的pH值，有效使用范围为pH<6。