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土壤的阳离子交换量 一、概述 土壤是环境中污染物迁移转化的重要场所，土壤的吸附和离子交换能力又使它成为重金属类污染物的主要归宿。污染物在土壤表面的吸附剂离子交换能力又和土壤的组成、结构等有关，因此，对土壤性能的测定，有助于了解土壤对污染物质的净化能力及对污染负荷的允许程度。 土壤中主要存在三种基本成份，一是无机物，而是有机物，三是微生物。在无机物中，粘土矿是其主要部分。粘土矿物的晶格结构中存在许多层状的硅铝酸盐，其结构单元是硅氧四面体和铝氧八面体。四面体硅氧层中的Si4+常被Al3+离子部分取代；八面体铝氧层中的Al3+可部分的被Fe2+、Mg2+等离子取代，取代的结果便在晶格中产生负电荷。这些电荷分布在硅酸盐的层面上，并以静电引力吸附层间存在的阳离子，以保持电中性。这些阳离子主要是Ca2+、Mg2+、Al3+、Na+、K+和H+等，它们往往被吸附于矿物质胶体表面上，决定着粘土矿物的阳离子交换行为。 土壤中的有机物质主要是腐殖物质，它们可分为三类。一类是不能被碱萃取的胡敏素，另一类是可被碱萃取，但当萃取液酸化时析出而成为沉淀物的腐殖酸，第三类是酸化时不沉淀的富里酸。这些物质成份复杂，分子量不固定，结构单元上存在各种活性基因。它们在土壤中可以提供出很大量的阳离子交换能力，而且对重金属污染物在土壤中有吸附、络合等行为起着重要作用。 土壤存在的这些阳离子可被某些中性盐水溶液中的阳离子交换。若无副反应时，交换反应可以等当量地进行。 上述反应中因为存在交换平衡，因此，交换反应实际上不完全。当溶液中交换剂浓度大、交换次数增加时，交换反应可趋于完全。同时，交换离子的本性，土壤的物理状态等对交换完全也有影响。 若用过量的强电解质，如硫酸溶液，把交换到土壤中去的钡离子交换下来，这是由于生成了硫酸钡沉淀，且由于氢离子的交换吸附能力很强，交换基本完全。这样，通过测定交换反应前后硫酸含量变化，可算出消耗的酸量，进而算出阳离子交换量。这种交换量是土壤的阳离子交换总量，通常用每100克干土中的毫克当量数表示。 实验目的 1. 深刻理解土壤阳离子交换量的内涵及其环境化学意义。 2. 掌握土壤阳离子交换量的测定原理和方法。 三、仪器与试剂 电动离心机 离心管 50毫升 锥形瓶 100毫升 量筒 25毫升 移液管 10毫升 滴定管 碱式50毫升 试管 25毫升 0.1N氢氧化钠标准溶液：称2克分析纯氢氧化钠，溶解在500毫升煮沸后冷却的蒸馏水中。称取0.5克（分析天平上称）于105℃烘箱中烘干后的邻苯二甲酸氢钾两份，分别放入250毫升锥形瓶中，加100毫升煮沸冷却的蒸馏水，溶完再加4滴酚酞指示剂，用配置的氢氧化钠标准溶液滴定到淡红色，再用煮沸冷却后的蒸馏水做一个空白试验，并从滴定邻苯二甲酸氢钾的氢氧化钠溶液中扣除空白值。 1N氯化钡溶液：称60克BaCl2·2H2O溶于500毫升蒸馏水中。 酚酞指示剂1%（W/V） 硫酸溶液0.2N 土壤：风干后磨碎过200目筛 四、实验过程 1. 取2个洗净烘干且重量相近的50毫升离心管，分别套在相应的2个小烧杯上，然后在电子天平上称出重量W克（称准到0.005克，以下同）。往离心管中各加入1克左右的风干土壤，两个离心管及其相应的称量架均做好记号。 2. 从称量架上取下离心管，用量筒向各管中加入20毫升1N氯化钡溶液，加完用玻璃棒搅拌管内容物4分钟。然后将2支离心管放入离心机内，以每分钟3000转的转速离心5分钟，直到管内上层溶液澄清，下层土壤紧密结实为止。离心完倒尽上层溶液。然后再加入20毫升氯化钡溶液，重复上述步骤再交换一次。离心完，保留离心管内的土层。 3. 向离心管内倒入20毫升蒸馏水，用玻璃棒搅拌管内容物1分钟。再在离心机内离心（3000转，5分钟），直到土壤完全沉积在管底部，上层溶液澄清为止。倒尽上层清液，将离心管连同管内土样一起，放在相应的小烧杯上，在电子天平上称出各管的重量（G克）。 4. 往离心管中移入20毫升0.2N硫酸溶液，搅拌10分钟后放置20分钟，到时离心沉降。离心完把管内清液分别倒入2个洗净烘干的试管内，再从试管中各移出5毫升溶液到2个干净的100毫升锥形瓶内。另外移出两份5毫升0.2N硫酸溶液到第三、第四个锥形瓶内。在四个锥形瓶中各加入5毫升蒸馏水和4滴酚酞指示剂，用标准氢氧化钠溶液滴定到红色刚好出现并于数分红内不褪为终点。5毫升0.2N硫酸溶液耗去的氢氧化钠溶液体积（Aml）和样品消耗氢氧化钠溶液体积（Bml），氢氧化钠溶液的准确浓度（N），连同以上的数据一起记入表中。 土壤 1 2 Aml 1 干土重/克 W/克 2 G/克 m/克 平均值 B/毫升 NNaOH