硫酸钙溶度积常数的测定

实验102　硫酸钙溶度积常数的测定

实验目的

了解溶度积常数的概念，掌握用离子交换法测定溶度积常数的原理和方法；了解离子交换树脂的一般知识和使用方法。

实验原理

难溶电解质的溶度积常数是指在一定温度下，该电解质的沉淀与其溶液中相应的离子达到平衡时的平衡常数。

设有难溶电解质A_nB_m，它在溶液中存在如下平衡：

则其溶度积常数的表达式为

可以根据平衡时相关组分的浓度求出溶度积常数值。

就CaSO₄来说，存在如下平衡：

溶度积常数可以用离子交换法测得。

离子交换树脂是一类人工合成的高分子聚合物，一般可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，分别与阴离子和阳离子进行交换，起到分离富集相应离子的目的。按其能与离子进行选择交换的活性基团分，有磺酸基（强酸型）、羧酸基（弱酸型）、季胺基（强碱型）、其他胺基（弱碱型）和特殊基团（螯合型）等类型。市售的强酸型阳离子交换树脂一般是钠型的（R—SO₃Na），必须通过转型（用酸浸泡，使H^＋取代Na^＋，成为氢型阳离子交换树脂）后方可使用。

本实验采用强酸型阳离子交换树脂，其活性基团为R—SO₃H，其中的H^＋可以被其他阳离子交换而进入溶液中。当Ca^2＋通过该树脂时，会定量地交换出H＋，用NaOH标准溶液滴定交换出来的H^＋，进而计算出Ca^2＋的浓度。

离子交换树脂具有可多次重复使用的优点，当氢型的阳离子交换树脂中的H＋被其他离子所置换后，可以用浓度较高的强酸对树脂进行洗涤使其恢复为氢型，但是重复使用的次数与树脂的质量有关。

实验用品

仪器　离子交换柱；螺旋夹；碱式滴定管；锥形瓶；烧杯；移液管等。

试剂　饱和CaSO₄溶液；NaOH（0.05mol·L^－1，使用前标定）；HCl（1mol· L－1）；酚酞指示剂；强酸型阳离子交换树脂；pH试纸；脱脂棉等。

实验步骤

1.离子交换柱的装填

在交换柱的底部塞入少量的脱脂棉，夹紧螺旋夹。加入少量蒸馏水，用小玻璃滴管吸取带水的树脂，加入交换柱中，装至7～8cm高度。再加入蒸馏水至液面高于树脂面2cm。注意装柱时要防止气泡夹在树脂中，若树脂中夹带气泡，可用细玻璃棒轻轻搅动树脂，将气泡赶出。

2.洗涤离子交换柱

向交换柱中加入20mL 1mol·L^－1 HCl溶液，以每分钟40滴的流速通过交换柱，待柱中液面降至距树脂面约1cm时，用蒸馏水洗涤交换柱，以每分钟30滴的速度流出（注意：洗涤时柱中的液面不能低于树脂表面），洗至流出液的pH值约为7时，旋紧螺旋夹。

3.用CaSO₄进行交换

用移液管准确移取20.00mL饱和CaSO₄溶液于一洁净的小烧杯中，转入离子交换柱内，控制流速约为每分钟30滴，用一洁净的锥形瓶承接流出液。当CaSO₄加完后，分3～4次加入总量为4～5mL的蒸馏水冲洗小烧杯，所有的洗涤液均注入交换柱中。然后用蒸馏水洗涤交换柱，直至流出液呈中性为止。所有的溶液均接入锥形瓶中，待滴定（注意：洗涤时柱中的液面不能低于树脂表面）。

4.滴定交换液

在流出液中加入2滴酚酞指示剂，用已知浓度的NaOH溶液滴定至溶液呈微红色且30s不褪色，即为终点，记录加入的NaOH溶液的体积。

实验结果与数据处理

将实验数据整理填入表6－13中，计算CaSO₄的溶度积常数。

表6－13　离子交换法测定CaSO₄溶度积常数的实验数据

思考题

（1）用离子交换法测定CaSO₄溶度积常数的原理是什么？

（2）在离子交换过程中为何要控制一定的流速？

（3）为什么要注意液面始终不得低于离子交换树脂的上表面？