实验二 土壤的阳离子交换量

土壤中的有机物质主要是腐殖物质，它们可分为 三类。一类是不能被碱萃取的胡敏素，另一类是可被 碱萃取，但当萃取液酸化时析出而成为沉淀物的腐殖 酸，第三类是酸化时不沉淀的富里酸。这些物质成份 复杂，分子量不固定，结构单元上存在各种活性基因。 它们在土壤中可以提供出很大量的阳离子交换能力， 而且对重金属污染物在土壤中有吸附、络合等行为起 着重要作用。土壤存在的这些阳离子可被某些中性盐 水溶液中的阳离子交换。若无副反应时，交换反应可 以等当量地进行。
实验二 土壤的阳离子交换量
一、实验原理
土壤是环境中污染物迁移转化的重要场所，土壤的吸 附和离子交换能力又使它成为重金属类污染物的主要归宿。 污染物在土壤表面的吸附剂离子交换能力又和土壤的组成、 结构等有关，因此，对土壤性能的测定，有助于了解土壤 对污染物质的净化能力及对污染负荷的允许程度。
土壤中主要存在三种基本成份，一是无机物，而是有机 物，三是微生物。在无机物中，粘土矿是其主要部分。粘 土矿物的晶格结构中存在许多层状的硅铝酸盐，其结构单 元是硅氧四面体和铝氧八面体。四面体硅氧层中的Si4+常 被Al3+离子部分取代；八面体铝氧层中的Al3+可部分的被 Fe2+、Mg2+等离子取代，取代的结果便在晶格中产生负电 荷。这些电荷分布在硅酸盐的层面上，并以静电引力吸附 层间存在的阳离子，以保持电中性。这些阳离子主要是 Ca2+、Mg2+、Al3+、Na+、K+和H+等，它们往往被吸附于矿物 质胶体表面上，决定着粘土矿物的阳离子交换行为。
二、实验目的
1、测定污灌区表层和深层土的阳离子交换总量。 2、了解污灌对阳离子交换量的影响。
三、仪器与试剂
电动离心机 离心管 50毫升 锥形瓶 100毫升 量筒 25毫升 移液管 10毫升，25毫升 滴定管 碱式25毫升 试管 25毫升
0.1N氢氧化钠标准溶液：称2克分析纯氢氧化钠，溶 解在500毫升煮沸后冷却的蒸馏水中。称取0.5克（分析天 平上称）于105℃烘箱Baidu Nhomakorabea烘干后的邻苯二甲酸氢钾两份， 分别放入250毫升锥形瓶中，加100毫升煮沸冷却的蒸馏水， 溶完再加4滴酚酞指示剂，用配置的氢氧化钠标准溶液滴 定到淡红色，再用煮沸冷却后的蒸馏水做一个空白试验， 并从滴定邻苯二甲酸氢钾的氢氧化钠溶液中扣除空白值。
五、数据处理
按下式计算土壤阳离子交换量： 交换量（毫克当量/100克土）= 式中的A、B、N代表的意义如上所述，m为加硫酸前土壤的水 量（=G-W-干土量）。
六、问题讨论
1. 就你的实验数据说明两种土壤阳离子交换量的差别的 原因。 2. 本法是测定阳离子交换量的快速法，除本法外，还有 哪些方法可以采用？ 3. 试述土壤中的离子交换与吸附作用对污染物的迁移转 化的影响。
上述反应中因为存在交换平衡，因此，交换反应实际 上不完全。当溶液中交换剂浓度大、交换次数增加时，交 换反应可趋于完全。同时，交换离子的本性，土壤的物理 状态等对交换完全也有影响。
若用过量的强电解质，如硫酸溶液，把交换到土 壤中去的钡离子交换下来，这是由于生成了硫酸钡沉淀， 且由于氢离子的交换吸附能力很强，交换基本完全。这样， 通过测定交换反应前后硫酸含量变化，可算出消耗的酸量， 进而算出阳离子交换量。这种交换量是土壤的阳离子交换 总量，通常用每克100克干土中的毫克当量数表示。
计算式：
式中W为邻苯二甲酸氢钾的重量（克），VNaOH为耗 去的氢氧化钠溶液体积（毫升）。 1N氯化钡溶液：称60克BaCl2〃2H2O溶于500毫升蒸 馏水中。 酚酞指示剂1%（W/V） 硫酸溶液0.2N 土壤：风干后磨碎过200目筛
四、实验过程
1. 取4个洗净烘干且重量相近的 50 毫升离心管，分别套 在相应的4个小烧杯上，然后在电子天平上称出重量W 克（称准到0.005 克，以下同）往其中的两个离心管 中各加入 1克左右的污灌区表层风干土壤，另外两个 离心管中分别加入 1克左右的深层风干土，四个离心 管及其相应的称量架均做好记号。 2. 从称量架上取下离心管，用量筒向各管中加入20毫升 氯化钡溶液，加完用玻璃棒搅拌管内容物 4分钟。然 后将4 支离心管放入离心机内，以每分钟3000转的转 速离心 5 分钟，直到管内上层溶液澄清，下层土壤紧 密结实为止。离心完倒尽上层溶液。然后再加入20毫 升氯化钡溶液，重复上述步骤再交换一次。离心完保 留离心管内的土层。
3 、向离心管内倒入 20 毫升蒸馏水，用玻璃棒搅拌管内容物 1 分钟。再在离心机内离心（3000转，5分钟），直到土壤 完全沉积在管底部，上层溶液澄清为止。倒尽上层清液， 将离心管连同管内土样一起，放在相应的小烧杯上，在电 子天平上称出各管的重量（G克）。 4、往离心管中移入25毫升0.2N硫酸溶液，搅拌10分钟后放置 20分钟，到时离心沉降。离心完把管内清液分别倒入 4个 洗净烘干的试管内，再从4个试管中各移出10毫升溶液到4 个干净的100毫升锥形瓶内。另外移出两份10毫升0.2N硫 酸溶液到第五、第六个锥形瓶内。在六个锥形瓶中各加入 10毫升蒸馏水和 2滴酚酞指示剂，用标准氢氧化钠溶液滴 定到红色刚好出现并于数分红内不褪为终点。10毫升0.2N 硫酸溶液耗去的氢氧化钠溶液体积（Aml）和样品消耗氢 氧化钠溶液体积（Bml），氢氧化钠溶液的准确浓度（N） ，连同以上的数据一起记入表中。