Лабораторная работа № 8 Ионно-обменная адсорбция в системе «почва – раствор электролита»

Приборы и реактивы: конические колбы объемом 100 мл, 250 мл; бюретки для воды, хлорида натрия С(NaCl)_нач = 1 моль/л, трилона Б; фильтры бумажные; воронки; стаканчики для фильтрата; раствор трилона Б С(1/2 Na₂H₂Y) = 0,01 моль/л; аммонийный буфер (рН = 10); раствор сульфида натрия ω = 2%; раствор гидроксиламина солянокислого, ω = 5%; хромоген черный.

Цель работы: изучение ионно-обменной адсорбции в системе почва-хлорид натрия.

Методика эксперимента

На технических весах взять 5 навесок почвы по 2,0 г и поместить их в конические или круглые плоскодонные колбы емкостью 100 – 200 мл. В каждую колбу налить растворы хлорида натрия разной начальной концентрации, которые готовят из исходного раствора NaCl, молярная концентрация эквивалента которого 1 моль/л путем разбавления водой согласно схеме.

№ колбы	Объем исходного раствора NaCl, мл	Объем воды, мл	Общий объем раствора, мл
1	1	19	20
2	3	17	20
3	5	15	20
4	10	10	20
5	15	5	20

Содержимое колб взбалтывать в течение 20 минут, при этом в системе устанавливается равновесие между ионами Na⁺ соли и ионами Ca²⁺ и Mg²⁺, содержащимися в почве. В общем виде этот ионный обмен можно представить так:

R₂Ca + 2Na⁺ = 2RNa + Ca²⁺,

где R₂, R – органическая составляющая почвы.

После установления равновесия растворам дать отстояться в течение 15-20 минут и отфильтровать их от почвы. Для этого в чистые колбы поместить воронку с фильтром, края которого должны быть на 0,5 см ниже высоты воронки. При фильтровании осторожно слить из колб жидкую фазу.

Получится пять фильтратов (растворов). В них определить суммарную концентрацию Ca²⁺ и Mg²⁺, перешедших в раствор из почвы, титрованием трилоном Б.

Трилон Б – органический реагент (натриевая гидросоль этилендиаминтетрауксусной кислоты Na₂H₂Y), который с катионами Ca²⁺ и Mg²⁺ образует внутрикомплексные соединения.

В коническую колбу объемом 250 мл поместить 5 мл фильтрата, добавить 95 мл дистиллированной воды и нагреть смесь до 60-70⁰С, затем прилить 5 мл аммонийного буфера (рН ≈ 10), 0,5 мл раствора Na₂S, ω = 2%, 0,5 мл раствора гидроксиламина солянокислого, ω = 5%, добавить 10-15 мг хромогена черного (несколько крупинок) и титровать раствором трилона Б до изменения вишневой окраски в чисто синюю. Результаты записать в таблицу.

№ колбы	Начальная концентрация раствора NaCl, моль/л	Объем трилона Б, пошедшего на титрование, мл	Равновесная концентрация адсорбированных ионов Na+, Г1	Равновесная концентрация Са2+, Mg2+ на поверхности адсорбента, Г2	Равновесная концентрация Na+ в растворе, С1	Равновесная концентрация Са2+, Mg2+ в растворе, С2	Константа адсорбционного равновесия, Кадс

Расчет результатов эксперимента

1. Начальная концентрация раствора NaCl в колбах рассчитывается по формуле: ,

где С_исх, С_нач – исходная и начальная концентрации растворов NaCl;

V_исх, V_общ – исходный и общий объем раствора NaCl.

2. Равновесную концентрацию адсорбированных ионов Na⁺ находят по данным титрования: концентрация Ca²⁺, Mg²⁺, перешедших в раствор из почвы, равна концентрации поглощенных ионов Na⁺, т.е. Г₁ = С₂.

3. Равновесная концентрация ионов Na⁺ в растворе (С₁) находится как разность (С_исх – Г₁).

4. Рассчитанные величины дают возможность построить изотерму адсорбции ионов Na⁺ в координатах «Г₁ – С₁».

5. Находят величину Г₂ по изотерме, для чего проводят касательную к изотерме адсорбции, которая на оси ординат отсечет отрезок, представляющий собой Г _max – максимальную концентрацию ионов Ca²⁺ и Mg²⁺, способных к обменной адсорбции.

6. Равновесную концентрацию Ca²⁺ и Mg²⁺ на поверхности почвы Г₂ находят из соотношения Г₂ = Г_max – С₂.

7. Константу адсорбционного равновесия К_адс рассчитывают из уравнения: .