西安石油大学：《无机化学 Inorganic Chemistry》课程教学资源（实验指导）水的净化

实验九水的净化 1.实验目的 (1)了解用离子交换法纯化水的原理和方法。 (2)掌握天然水中无机离子杂质的定性鉴定方法。 2.实验原理 离子交换树脂是一种带有交换活性基团的多孔状结构的高聚物。它的特点是性质稳 定,对酸、碱及一般有机溶剂都不起作用。在其网状结构的支架上,含有可电离的“活 性基团”。当它与水接触时,能交换吸附溶解在水中的阳离子或阴离子。根据树脂所含 活性基团的不同,可把离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。 阳离子交换树脂-s0H+NaAr-s0N+H 2Ar-SO H*+Ca+eAr-SO,). Ca++2H 阴离子交换树脂 Ar-NH,OH +Cl o Ar-NH,CI" +OH Ar-N(CH,),OH"+CI-eAr-N*(CH,)3CI"+OH H+OH=H,O 在实验过程中,我们将阴离子交换树脂、阳离子交换树脂串联,可得到纯度很髙的 去离子水。且根据离子交换树脂的置换反应可逆性,既可利用树脂对杂质离子进行去除 以达到纯化水的目的,又可将变成盐型的失效树脂进行再生 3.实验内容 3.1离子交换树脂的装柱 取三根离子交换柱,在第一根柱子中装入约为柱子容积量1/2的阳离子交换树脂 第二根柱中加入约为约为柱子容积量2/3的阴离子交换树脂,第三根柱中加入约为柱子 容积量2/3的阴阳混合树脂(二者比例2:1),并将三根柱子进行串联。 3.2离子交换与水质检验 依次使原料水流经阳离子交换柱、阴离子交换柱和混合离子交换柱。并依次取原料 水、阳离子交换柱流出水、阴离子交换柱流出水和混合离子交换柱流出水进行电导率(用 电导率仪)、Ca(用钙指示剂)、Mg2(用镁指示剂)、CⅠ(用硝酸银溶液)、SO2 (用氯化钡溶液)的检验,并将结果填入下表1

实验九 水的净化 1.实验目的 （1）了解用离子交换法纯化水的原理和方法。 （2）掌握天然水中无机离子杂质的定性鉴定方法。 2.实验原理 离子交换树脂是一种带有交换活性基团的多孔状结构的高聚物。它的特点是性质稳 定，对酸、碱及一般有机溶剂都不起作用。在其网状结构的支架上，含有可电离的“活 性基团”。当它与水接触时，能交换吸附溶解在水中的阳离子或阴离子。根据树脂所含 活性基团的不同，可把离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。 阳离子交换树脂 ( ) − + + − + + − + + − + + − + ⇔ − + − + ⇔ − + 2Ar SO H Ca Ar SO Ca 2H Ar SO H Na Ar SO Na H 2 3 2 2 3 3 3 阴离子交换树脂 () () + − − + − − + − − + − − − + ⇔ − + − + ⇔ − + Ar N CH OH Cl Ar N CH Cl OH Ar N H OH Cl Ar N H Cl OH 3 3 3 2 2 ３ H + OH = H2O + − 在实验过程中，我们将阴离子交换树脂、阳离子交换树脂串联，可得到纯度很高的 去离子水。且根据离子交换树脂的置换反应可逆性，既可利用树脂对杂质离子进行去除， 以达到纯化水的目的，又可将变成盐型的失效树脂进行再生。 3.实验内容 3.1 离子交换树脂的装柱 取三根离子交换柱，在第一根柱子中装入约为柱子容积量 1/2 的阳离子交换树脂， 第二根柱中加入约为约为柱子容积量 2/3 的阴离子交换树脂，第三根柱中加入约为柱子 容积量 2/3 的阴阳混合树脂（二者比例 2∶1），并将三根柱子进行串联。 3.2 离子交换与水质检验 依次使原料水流经阳离子交换柱、阴离子交换柱和混合离子交换柱。并依次取原料 水、阳离子交换柱流出水、阴离子交换柱流出水和混合离子交换柱流出水进行电导率（用 电导率仪）、Ca2+（用钙指示剂）、Mg2+（用镁指示剂）、Cl- （用硝酸银溶液）、SO4 2- （用氯化钡溶液）的检验，并将结果填入下表 1

表1水净化前后相关指标的检验结果 检验项目 样品水 电导率 结论 SO4 /uS 原料水 14 偏红色基本无天有明显白基本无白有Ca2、C1,基 蓝色沉淀色沉淀色沉淀本无Mg2、SO2 阳离子交换柱流 偏蓝色无天蓝色|有明显白基本无白有CI,基本无 出水 沉淀色沉淀色沉淀ca2、Mg2、SO2 阴离子交换柱流 偏蓝色无天蓝色基本无白无白色沉基本无Ca、CI 出水 色沉淀 合离子交换柱 偏蓝色无天蓝色「无白色沉基本无白杂质离子已经去 流出水 沉淀 淀 色沉淀 除的较完全 4.注意事项 (1)在装柱过程中必须使树脂一直浸泡在水中,以免出现气泡或断层,造成溶液断路 和树脂层紊乱 (2)在进行离子交换柱的串联过程中,要注意尽量排出连接管内的气泡,以免液柱阻 力过大而不能交换畅通

表 1 水净化前后相关指标的检验结果 检验项目 样品水 电导率 /µS⋅cm -1 Ca2+ Mg2+ Cl- SO4 2- 结论 原料水 146 偏红色 基本无天 蓝色沉淀 有明显白 色沉淀 基本无白 色沉淀 有 Ca2+ 、Cl- ，基 本无 Mg2+、SO4 2- 阳离子交换柱流 出水 55 偏蓝色 无天蓝色 沉淀 有明显白 色沉淀 基本无白 色沉淀 有 Cl- ，基本无 Ca2+ 、Mg2+ 、SO4 2- 阴离子交换柱流 出水 8 偏蓝色 无天蓝色 沉淀 基本无白 色沉淀 无白色沉 淀 基本无 Ca2+ 、Cl￾Mg2+ 、SO4 2- 混合离子交换柱 流出水 1 偏蓝色 无天蓝色 沉淀 无白色沉 淀 基本无白 色沉淀 杂质离子已经去 除的较完全 4. 注意事项 (1) 在装柱过程中必须使树脂一直浸泡在水中，以免出现气泡或断层，造成溶液断路 和树脂层紊乱； (2) 在进行离子交换柱的串联过程中，要注意尽量排出连接管内的气泡，以免液柱阻 力过大而不能交换畅通