土壤的阳离子交换量1

实验六土壤的阳离子交换量

11991340 田泽宇

一、概述

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。

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。

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。

二、目的要求

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℃烘箱中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。

计算式：

式中W 为邻苯二甲酸氢钾的重量（克），V NaOH 为耗去的氢氧化钠溶液体积（毫升）。 1N 氯化钡溶液：称60克BaCl2·2H 2O 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HCl HCl NaOH NaOH

V N N V ⨯=

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。

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） A=(21.2+21.4)/2=21.3

B=（16.4+17.0）/2=16.7

N=0.2 mol/l

M=(0.5833+0.3724)/2=0.4779 g

干土重=(1.0144+1.0062)/2=1.0103 g

交换量（毫克当量/100克土）=2.12 毫克当量/100克土

六、问题讨论

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。

吸附作用对污染物在土壤中的质体流动转移有影响，污染物在土壤中的移动距离大小顺序与吸附系数大小顺序一般相反，即吸附强，移动就越不容易。离子交换的选择性较高，适用于较高纯度的分离和净化。

通过本次试验，我了解了污染物迁移转化的主要归宿大多在土壤中，水中也大多在底泥中，通过阳离子交换法可算出阳离子的交换量，从而了解土壤污染情况。 25m [A 2.5B ]N 10100+⨯-⨯⨯⨯干土重