實(shí)驗(yàn)二 土壤的陽(yáng)離子交換量

1、實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二 土壤的陽(yáng)離子交換量土壤的陽(yáng)離子交換量 一、實(shí)驗(yàn)原理一、實(shí)驗(yàn)原理 土壤是環(huán)境中污染物遷移轉(zhuǎn)化的重要場(chǎng)所，土壤的吸附和離子交換能力又使它成為重金屬類(lèi)污染物的主要?dú)w宿。污染物在土壤表面的吸附劑離子交換能力又和土壤的組成、結(jié)構(gòu)等有關(guān)，因此，對(duì)土壤性能的測(cè)定，有助于了解土壤對(duì)污染物質(zhì)的凈化能力及對(duì)污染負(fù)荷的允許程度。 土壤中主要存在三種基本成份，一是無(wú)機(jī)物，而是有機(jī)物，三是微生物。在無(wú)機(jī)物中，粘土礦是其主要部分。粘土礦物的晶格結(jié)構(gòu)中存在許多層狀的硅鋁酸鹽，其結(jié)構(gòu)單元是硅氧四面體和鋁氧八面體。四面體硅氧層中的Si4+常被Al3+離子部分取代；八面體鋁氧層中的Al3+可部分的被Fe2+、Mg2

2、+等離子取代，取代的結(jié)果便在晶格中產(chǎn)生負(fù)電荷。這些電荷分布在硅酸鹽的層面上，并以靜電引力吸附層間存在的陽(yáng)離子，以保持電中性。這些陽(yáng)離子主要是Ca2+、Mg2+、Al3+、Na+、K+和H+等，它們往往被吸附于礦物質(zhì)膠體表面上，決定著粘土礦物的陽(yáng)離子交換行為。 土壤中的有機(jī)物質(zhì)主要是腐殖物質(zhì)，它們可分為三類(lèi)。一類(lèi)是不能被堿萃取的胡敏素，另一類(lèi)是可被堿萃取，但當(dāng)萃取液酸化時(shí)析出而成為沉淀物的腐殖酸，第三類(lèi)是酸化時(shí)不沉淀的富里酸。這些物質(zhì)成份復(fù)雜，分子量不固定，結(jié)構(gòu)單元上存在各種活性基因。它們?cè)谕寥乐锌梢蕴峁┏龊艽罅康年?yáng)離子交換能力，而且對(duì)重金屬污染物在土壤中有吸附、絡(luò)合等行為起著重要作用。土壤存在

3、的這些陽(yáng)離子可被某些中性鹽水溶液中的陽(yáng)離子交換。若無(wú)副反應(yīng)時(shí)，交換反應(yīng)可以等當(dāng)量地進(jìn)行。 上述反應(yīng)中因?yàn)榇嬖诮粨Q平衡，因此，交換反應(yīng)實(shí)際上不完全。當(dāng)溶液中交換劑濃度大、交換次數(shù)增加時(shí)，交換反應(yīng)可趨于完全。同時(shí)，交換離子的本性，土壤的物理狀態(tài)等對(duì)交換完全也有影響。 若用過(guò)量的強(qiáng)電解質(zhì)，如硫酸溶液，把交換到土壤中去的鋇離子交換下來(lái)，這是由于生成了硫酸鋇沉淀，且由于氫離子的交換吸附能力很強(qiáng)，交換基本完全。這樣，通過(guò)測(cè)定交換反應(yīng)前后硫酸含量變化，可算出消耗的酸量，進(jìn)而算出陽(yáng)離子交換量。這種交換量是土壤的陽(yáng)離子交換總量，通常用每克100克干土中的毫克當(dāng)量數(shù)表示。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?shí)驗(yàn)?zāi)康?、測(cè)定污灌區(qū)表層

4、和深層土的陽(yáng)離子交換總量。2、了解污灌對(duì)陽(yáng)離子交換量的影響。三、儀器與試劑三、儀器與試劑電動(dòng)離心機(jī)離心管 50毫升錐形瓶 100毫升量筒 25毫升移液管 10毫升，25毫升滴定管 堿式25毫升試管 25毫升 0.1N氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱(chēng)2克分析純氫氧化鈉，溶解在500毫升煮沸后冷卻的蒸餾水中。稱(chēng)取0.5克（分析天平上稱(chēng)）于105烘箱中烘干后的鄰苯二甲酸氫鉀兩份，分別放入250毫升錐形瓶中，加100毫升煮沸冷卻的蒸餾水，溶完再加4滴酚酞指示劑，用配置的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定到淡紅色，再用煮沸冷卻后的蒸餾水做一個(gè)空白試驗(yàn)，并從滴定鄰苯二甲酸氫鉀的氫氧化鈉溶液中扣除空白值。 計(jì)算式： 式中W為鄰苯二甲

5、酸氫鉀的重量（克），VNaOH為耗去的氫氧化鈉溶液體積（毫升）。 1N氯化鋇溶液：稱(chēng)60克BaCl22H2O溶于500毫升蒸餾水中。 酚酞指示劑1%（W/V） 硫酸溶液0.2N 土壤：風(fēng)干后磨碎過(guò)200目篩四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程1. 取4個(gè)洗凈烘干且重量相近的50毫升離心管，分別套在相應(yīng)的4個(gè)小燒杯上，然后在電子天平上稱(chēng)出重量W克（稱(chēng)準(zhǔn)到0.005克，以下同）往其中的兩個(gè)離心管中各加入1克左右的污灌區(qū)表層風(fēng)干土壤，另外兩個(gè)離心管中分別加入1克左右的深層風(fēng)干土，四個(gè)離心管及其相應(yīng)的稱(chēng)量架均做好記號(hào)。2. 從稱(chēng)量架上取下離心管，用量筒向各管中加入20毫升氯化鋇溶液，加完用玻璃棒攪拌管內(nèi)容物4分鐘

6、。然后將4 支離心管放入離心機(jī)內(nèi)，以每分鐘3000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速離心5分鐘，直到管內(nèi)上層溶液澄清，下層土壤緊密結(jié)實(shí)為止。離心完倒盡上層溶液。然后再加入20毫升氯化鋇溶液，重復(fù)上述步驟再交換一次。離心完保留離心管內(nèi)的土層。3、向離心管內(nèi)倒入20毫升蒸餾水，用玻璃棒攪拌管內(nèi)容物1分鐘。再在離心機(jī)內(nèi)離心（3000轉(zhuǎn)，5分鐘），直到土壤完全沉積在管底部，上層溶液澄清為止。倒盡上層清液，將離心管連同管內(nèi)土樣一起，放在相應(yīng)的小燒杯上，在電子天平上稱(chēng)出各管的重量（G克）。4、往離心管中移入25毫升0.2N硫酸溶液，攪拌10分鐘后放置20分鐘，到時(shí)離心沉降。離心完把管內(nèi)清液分別倒入4個(gè)洗凈烘干的試管內(nèi)，再?gòu)?個(gè)試管中各移出10毫升溶液到4個(gè)干凈的100毫升錐形瓶?jī)?nèi)。另外移出兩份10毫升0.2N硫酸溶液到第五、第六個(gè)錐形瓶?jī)?nèi)。在六個(gè)錐形瓶中各加入10毫升蒸餾水和2滴酚酞指示劑，用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液滴定到紅色剛好出現(xiàn)并于數(shù)分紅內(nèi)不褪為終點(diǎn)。10毫升0.2N硫酸溶液耗去的氫氧化鈉溶液體積（Aml）和樣品消耗氫氧化鈉溶液體積（Bml），氫氧化鈉溶液的準(zhǔn)確濃度（N），連同以上的數(shù)據(jù)一起記入表中。五、數(shù)據(jù)處理五、數(shù)據(jù)處理按下式計(jì)算土壤陽(yáng)離子交換量：交換量（毫克當(dāng)量/100克土）= 式中的A、B、N代表的意義如上所述，m為加硫酸前土壤的水量（=G-W-干