吉林大学：《化学分析》课程教学资源（课件讲稿）第六章 分析化学中常用的分离方法（3/3）§6−4 离子交换分离法 §6-5 层析分离法 §6-6 其它分离方法简介

§6-4离子交换分离法 利用离子交换树脂与溶液中的离子发生交 换反应而进行分离的方法。 此法可用于： (1)分离 (2)富集微量物质 (3) 除去杂质、高纯物质的制备 (水的纯化，去离子水的制备)

§ 6−4 离子交换分离法 利用离子交换树脂与溶液中的离子发生交 换反应而进行分离的方法。 此法可用于: (1) 分离 (2) 富集微量物质 (3) 除去杂质、 高纯物质的制备 (水的纯化，去离子水的制备)

一、 树脂的种类和性质 离子交换树脂是一类高分子聚合物。 1、种类： 阳离子交换树脂：a、强酸型：活性基团-S0H,在酸性，中性， 碱性中都能使用。国产#732 b、弱酸型：活性基团-C00H,OH,在中性， 碱性中使用。国产#724 阴离子交换树脂：a、强碱型：活性基团为季胺碱-N(CH)3在 酸性，中性，碱性中均可使用。 国产#717 b、弱碱型：活性基团为伯仲叔胺基，在中 性和酸性中使用。国产#701 螯合树脂：含有特殊的活性基团，与某些金属离子形成螯合物。 如：N(CH,COOH),#401

1、 种类： 阳离子交换树脂：a、强酸型：活性基团−SO3H，在酸性，中性， 碱性中都能使用。国产#732 b、弱酸型：活性基团−COOH ，−OH，在中性， 碱性中使用。国产#724 阴离子交换树脂：a、强碱型：活性基团为季胺碱−N+（CH3）3在 酸性，中性，碱性中均可使用。 国产#717 b、弱碱型：活性基团为伯仲叔胺基，在中 性和酸性中使用。国产#701 螯合树脂：含有特殊的活性基团，与某些金属离子形成螯合物。 如：-N(CH2COOH)2, #401 一、树脂的种类和性质 离子交换树脂是一类高分子聚合物

CH CK, CH=CK] 至存.绿化 (1)碳链与苯环构成了树脂骨架。 (2)伸缩性的网状结构。 (3)-S0H为活性基因，S0州中H与溶液中阳离子进行 交换。 (4)网孔大小与二乙烯苯的量有关

（1） 碳链与苯环构成了树脂骨架。 （2） 伸缩性的网状结构。 （3） −SO3H为活性基因，−SO3H中H+与溶液中阳离子进行 交换。 （4） 网孔大小与二乙烯苯的量有关

2、交联度： 指树脂中含交联剂（二乙烯苯）的质 量分数。是树脂的重要性质之一。 交联度小：网眼大，对水膨胀性好，交换 速度快，选择性差，机械性能差 交联度大：网眼小，对水膨胀性差，交换 速度慢，选择性好，机械性能高。 树脂的交联度一般以4-14%为宜

2、交联度： 指树脂中含交联剂（二乙烯苯）的质 量分数。是树脂的重要性质之一。 交联度小：网眼大，对水膨胀性好，交换 速度快，选择性差，机械性能差。 交联度大：网眼小，对水膨胀性差，交换 速度慢，选择性好，机械性能高。 树脂的交联度一般以 4-14%为宜

3、交换容量： 指每克干树脂所能交换的一价离子的物质的量（毫 摩尔)。是树脂性质的另一指标。 交换容量大小决定网状结构中活性基团的数目，.可 用实验方法测得。千树脂一般为3-6mmol/g。 称取1.062gH型阳离子交换树脂于锥形瓶 中，用NaCl溶液浸泡一昼夜。滤去树脂，滤液以 M-0为指示剂，用0.1000mol/LNa0H标准溶液滴 定至黄色，用去28.26mL,计算树脂的交换容量。 0.1000×28.26 1.062 =2.661mmol/g

3、交换容量： 指每克干树脂所能交换的一价离子的物质的量（毫 摩尔）。是树脂性质的另一指标。 交换容量大小决定网状结构中活性基团的数目，可 用实验方法测得。干树脂一般为 3-6mmol/g。 称取1.062g H+型阳离子交换树脂于锥形瓶 中，用NaCl 溶液浸泡一昼夜。滤去树脂，滤液以 M⋅O为指示剂，用0.1000 mol/L NaOH 标准溶液滴 定至黄色，用去28.26mL ,计算树脂的交换容量。 2 661 mmol g 1 062 0 1000 28 26 . / . . . = ×

二、离子交换的选择性： 氢型阳离子交换树脂的交换 n R-SOH+M(R-SO3)Mit +n H [M"]H*] K x,MH= [M"*][H 氯型阴离子交换树脂的交换 m RN+CI-+Xm(RN+)m Xm-+m Cl [X"1[CI-]" Kx.xcl= [X"]ICI"I

二、离子交换的选择性： 氢型阳离子交换树脂的交换 n R—SO 3 - H + + M n + (R—SO 3 - ) n M n + + n H + r 氯型阴离子交换树脂的交换 m R 4 N + Cl - + X m - (R 4 N + ) m X m - + m Cl - M H M r H n K x MH [ ][ ] [ ] [ ] , + = + n + + n n X r K [ ] x,XCl X m Cl r [ ][ ] − = [Cl ] − m m － m －

其它离子型树脂的交换常数 =(R-SO3)pNP+pMp(R-SO:).M*+=N" Kx.MN Kp,N 已知DOWEX-50×8型阳离子交换树脂的Na+ -HK,=1.4,Cu2+HtK=4,求Na+-Cu2+的K。 4 解： x.CuNa =2.04 1.42 离子交换平衡常数K亦称选择性系数， K值大小表示树脂对金属离子的亲和力的大小

其它离子型树脂的交换常数 z (R—SO 3 - )p N + p M p(R—SO 3 - ) z M z + + z N p + x, NH x, MH x, MN z/p K K K = 已知DOWEX-50 × 8型阳离子交换树脂的Na + -H+ Kx = 1.4, Cu2+-H+ Kx = 4, 求Na + - Cu2+ 的 Kx 。 解： 2.04 1.4 4 2 2 x, NaH x, CuH x, CuNa = = = K K K 离子交换平衡常数 Kx 亦称选择性系数， K值大小表示树脂对金属离子的亲和力的大小 p + z +

不同离子的交换能力不同，交换能力的大 小可以用树脂对离子的亲和力大小衡量。亲和 力大易交换。亲和力的大小与离子的性质、树 脂的种类及溶液的组成有关。 水合离子半径越小，电荷越高，极化度 越大，则亲和力越大。 强酸型阳离子交换树脂 Lit H+<Nat NHt<K+<Rbt Cs+<TI+ 二价阳离子 Mg2+<Zn2+Co2+<Cu2+Cd2+<Ni2+<Ca2+< Sr2+<Pb2+<Ba2+ 强碱型阴离子交换树脂 F-<OH<Ac<HCOO<H2PO<CI< NO3<Cro2<SO2

不同离子的交换能力不同，交换能力的大 小可以用树脂对离子的亲和力大小衡量。亲和 力大易交换。亲和力的大小与离子的性质、树 脂的种类及溶液的组成有关。 水合离子半径越小，电荷越高，极化度 越大，则亲和力越大 。 强酸型阳离子交换树脂 Li + < H + < Na + < NH 4 + < K + < Rb + < Cs + < Tl + 强碱型阴离子交换树脂 F - < OH - < Ac - < HCOO - < H 2PO 4 - < Cl - < NO 3 - < CrO 4 2 - < SO 4 2 - Mg2+ < Zn2+ < Co2+ < Cu2+ < Cd2+ < Ni2+ < Ca2+ < Sr2+ < Pb2+ < Ba2+ 二价阳离子

K、Cs+、Rb+溶液通过强酸型阳离子交换树 脂后，用稀HC1洗脱，它们洗出的顺序是什么。 亲和力 CS+>Rb+>K+ 洗出顺序K:Rb+Cst 同族元素的离子半径个、水合离子半径↓ 例如强酸型离子交换树脂对不同价态的亲和力 Al 3+Ca2+Nat <例〉用酸碱滴定法测定硼酸试样的纯度，欲用 离子交换法除去对滴定有干扰的重金属离子，应 选用何种离子交换树脂。 -C00H(中性中使用，中性中重金属水解) 多 -NH型阴离子交换树脂 名 -N(CH)3型 -SO3H 应选择此种离子交换树脂

K+、Cs+、Rb+ 溶液通过强酸型阳离子交换树 脂后，用稀HCl洗脱，它们洗出的顺序是什么。 亲和力 Cs+>Rb+>K+ 洗出顺序 K+ Rb+ Cs+ 同族元素的离子半径↑ 、 水合离子半径↓ 例如 强酸型离子交换树脂对不同价态的亲和力 Al3+ > Ca2+ > Na+ 用酸碱滴定法测定硼酸试样的纯度，欲用 离子交换法除去对滴定有干扰的重金属离子，应 选用何种离子交换树脂。 ™ -COOH （中性中使用，中性中重金属水解） ™ -NH2型 阴离子交换树脂 ™ -N(CH3)3型 ™ -SO3H 应选择此种离子交换树脂

三、交换操作 1、树脂的处理和装柱 先浸泡在水中—溶胀后—盐酸浸泡一洗至中性

三、交换操作 1、树脂的处理和装柱 先浸泡在水中——溶胀后——盐酸浸泡——洗至中性