离子交换法测定海水盐度

实验四 离子交换法测定海水盐度

一、实验目的

1 掌握用离子交换法测定海水盐度的原理和方法。 2了解阳离子交换树脂的使用。

二、实验原理

海水盐度是海水中化学物质含量的度量单位，是海水的特性参数，也是研究海洋中许多过程的一个重要标志。

海洋中许多过程的产生都与盐度的分布变化规律有关，海洋生物的生长、发育都与盐度有着非常密切的关系。因此，研究海水盐度在海洋学上具有重要意义。

迄今为止，海水盐度的发展大体经历了三个阶段：

(1) 1902年，以化学方法为基础的氯度盐度定义：“每一千克的水内，将溴和碘化物计算为氯化物，将碳酸盐计算为氧化物，将所有有机化合物计算为完全氧化的状态，溶解物质的克数。”由于盐度和氯度（海洋内的氯的含量，约为55.3%）相关，加上氯度很易测得(硝酸银沉淀法)，因此有了一条经验公式：S = 0.03 + 1.805Cl。其中氯度的定义为“令海水样本中所有卤素沉淀的所需银的质量”。

(2)以电导法测定海水盐度为基础。联合国教科文组织和其他国际团体设立的专家小组JPOTS，在1966年提出此式应是S = 1.80655 Cl，同时又推荐海洋学家提出使用海水的导电性来定义盐度。

(3)1978年JPOTS提出实用盐度（Practical Salinity Scale）为现时最广泛采用的专业定义： S = 0.0080 - 0.1692 Rt0.5 + 25.3851 Rt + 14.0941 Rt1.5 - 7.0261 Rt2 + 2.7081 Rt2.5 + ΔS ΔS = [(t - 15) / (1 + 0.0162(t - 15))] + 0.005 - 0.0056 Rt0.5 - 0.0066 Rt - 0.0375 Rt1.5 + 0.636 Rt2 - 0.0144 Rt2.5

t是摄氏度。

但是，在一般化学分析中常以溶解性固体作为总盐度，或以某种无机离子的变化代表总盐度的变化，这是不妥的，而应用离子交换树脂的交换吸附原理可测得总盐度。

因此，对于各种来源的水，可以用离子交换法来测定其中盐类的总含量。

(海水的质量浓度：35‰，质量分数；如果都按NaCl(M=58.5)计，其摩尔浓度为

35/58.5=0.59 mol/L，但海水所含盐中氯化钠是分子量较小的，所以盐的平均分子量要大于58.5，通常认为天然海水的盐度约为0.5 mol/L)。

(2 mL海水中阳离子总摩尔数为2×10-3×0.5 = 1 mmol，以此来估算所测定海水中总的摩尔量，以确定所需树脂的用量)

(732型阳离子树脂交换容量≧4.2 mmol/g，所以用2 g即可交换完所测海水中的离子) 当水样通过氢型的阳离子交换树脂时，水中阳离子即与树脂中的氢离子进行等当量的交换作用，产生出等当量的酸存在于流出液中，用标准碱溶液滴定其总量。

转变为H型： R-SO3 Na+H+= R-SO3 H+ Na+ 与水样充分交换： R-SO3 H+M+= R-SO3 M+ H+ 滴定反应： 2H++B4O72-+5H2O=4H3BO3

三、试剂及仪器

1、 2、

强酸性离子交换树脂(苯乙烯磺酸钠型)

硼砂标准溶液（0.05mol/L）精确称取9.535克Na2B4O7·10H2O溶于去离子水后移至500mlL容量瓶中，加水至刻度。

3、

混合指示剂：将25mL0.2%甲基红乙醇溶液与75mL0.1%溴甲酚绿乙醇溶液混合（变色点pH=5.1）

4、

4mol/LHCl：334mL浓盐酸稀释至1000mL。

四、测定

a)

离子交换柱的准备

取适量在去离子水浸泡3小时以上的强酸性离子交换树脂(前一天准备好)，用湿法装入色谱中，柱高约为30cm(树脂颗粒之间不能有空气)。用100~150mL 4mol/L HCl淋洗，控制流速1~2mL／min，将树脂变为氢型，然后用去离子水淋洗树脂至流出液不成酸性反应(用pH试纸检验，保证柱子中没有H+)，即可供试验使用。 b)

海水样分析：准确移取6 mL海水，加入20mL去离子水稀释，混匀后，注入准备好的离子交换树脂柱内，调节流速至1~2mL/min，待水全进入固定相后，用去离子水淋洗交换柱，至流出液不成酸性反应为止（用pH试纸检验，流速可增至3mL/分），流出液体收集在250mL锥形瓶中(分成三分滴定，取平均值)，加入4滴混合指示剂，用硼砂标

准液滴完，至由酒红色变成浅绿色为终点。

计算水样中的含盐总量，以mol/L表示。 (注：实验全程都要用去离子水)

五、思考题

1、用文字叙述本实验原理。

2、如果海水中存在氢氧化物、碳酸盐，能否用该法测定盐度？若要用该法测定，应对海水如何处理？

(参考答案：不能，因为交换出来的H+直接被这些碱中和了；应先用酸设成pH为7左右) 3、海水进样后若流速过快，对实验结果有何影响？ (参考答案：交换不彻底，测定不准确)

(注：本实验消耗硼砂约11 mL，测得海水样含盐总量约为0.55 mol/L)

数显便携式盐度测定仪使用说明及注意事项

测量步骤：

1、稀释样品

2、取0.3ml样品滴涂在电极上（直径大约2mm）

3、按“START”，闪3次，读数，测量完成。

注意事项：

1、测量时，传感器需适应样品溶液的热、冷温度约30秒； 2、测量含油/脂的样品时，通过搅拌取样改善重复性。

3、清洗时，将传感器部分用水浸泡30分钟去软化固化的残留物，然后擦拭干净。 4、仪器将会在2分钟用自动关闭；手动关闭，按开始键2秒钟以上。

显示数值与浓度对照表