高中化学题

离子交换系列

1、概述：

目前，常用的离子交换剂是离子交换树脂，它上面有许多孔隙。离子交换树脂可分为两个组成部分：一部分是不能移动的高分子基团，构成了树脂的骨架；另一部分是可移动的离子，构成了树脂的活性基团，离子能够在骨架中进出。水中的离子带有电荷，能够和树脂的活性基团发生置换反应，从而达到除盐的目的。 进出的是氢离子、钠离子这样的就叫阳离子交换树脂，进出的是氢氧根离子或其他阴离子的就叫阴离子交换树脂，做成薄膜的就是离子交换膜。

2、软化：

天然水中含有各种盐类，这些盐类溶解为阳离子和阴离子，主要有 Ca 2+ 、Mg 2+ 、Na + 和HCO 3 ? 、 SO 4 2- 、CL - 等。含有这些盐类的水，在加热蒸发浓缩的过程中（如锅炉用水），水中的Ca 2+ 、Mg 2+ 等离子不断地与水中某些阴离子结合成难溶物质而析出，并生成水垢（俗称水锈），还有其它高价金属离子如铁、铝、锰等（因含量很少，虽然成垢，可略去不计），予以去除。因此就需要进行水的软化处理。软化水设备广泛用于工业及民用软化水制备，如锅炉供水、供热、空调系统补充水、优质生活用水等。

离子交换软化方法是最简单的一种软化方法，该法特点是：不出酸性水，再生剂为工业盐，设备防腐设施简单。

软化系统主要由多路阀（或手动操作屏）、控制器、树脂罐、盐箱组成，多路阀是在同一阀体中设计有多个通路的阀门。控制器根据预先设定的程序，向多路阀发生指令，多路阀自动完成各个阀门的开关，从而实现运行、反洗、再生、正洗等到各个工艺过程。手动操作屏是利用优质 PVC或UPVC材质管材管件组建的一个操作接口，它需要专人负责各个阀门的开关，所有的工艺过程都需人工操作。

3、除盐

离子交换是一种特殊的固体吸附过程，它是由离子交换剂的电解质溶液中进行的。一般的离子交换剂是一种不溶于水的固体颗粒状物质，即离子交换树脂。它能够从电解质溶液中吸取某种阳离子或者阴离子，而把自身所含的另外一种带相同电荷符号的离子等量地换出来，并释放到溶液中去，这就是所谓的离子交换。按照所交换离子的种类，离子交换剂可分为阳离子交换剂和阴离子交换剂两大类。

复床 是用阳、阴两种不同的离子交换的交换器的串联方式，如强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂串联的方式。这种阳床和阴床串联组成的设备称为复床，水先经过阳床除去金属离子，形成酸性水，然后通过阴床除去酸根离子。通过复床的水可除去水中大部分的无机盐。

混合离子交换器，简称 混床 ，是将阴阳树脂按一定比例装置填在同一交换器中，运行前将它们混合均匀。此时被处理水在通过混合离子交换床后，所产生的 H + 和OH - 离子立即生成溶解度很低的水，很少形成阳离子或阴离子交换时的反离子。可以使交换反应进行很彻底，故水质好，所以混合床串联在反渗透或一级复床除盐系统后面，用于纯水或高纯水的制备主要用于深度去除水中几乎所有的离子（溶解固体）。

除去水中离子态杂质制得高纯水，目前用得最为普通的方法就是离子交换。离子交换是用一种称为离子交换树脂的物质来进行的。离子交换树脂遇水溶液时，能够从水溶液中吸着某种(类)离子，而把本身所具有的另外一种相同电荷符号的离子等摩尔量地交换到溶液中去，这种现象称为离子交换
离子交换树脂是一类具有离子交换功能的高分子材料。在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换。按交换基团性质的不同，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类。

阳离子交换树脂大都含有磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基团，其中的氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交换树脂，其结构式可简单表示为R—SO3H，式中R代表树脂母体，其交换原理为
2R—SO3H＋Ca2＋ （R—SO3）2Ca＋2H+

这也是硬水软化的原理。

阴离子交换树脂含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（—NH2）或亚胺基（—NH2）等碱性基团。它们在水中能生成OH-离子，可与各种阴离子起交换作用，其交换原理为

R—N（CH3）3OH＋Cl- R—N（CH3）3Cl＋OH-

由于离子交换作用是可逆的，因此用过的离子交换树脂一般用适当浓度的无机酸或碱进行洗涤，可恢复到原状态而重复使用，这一过程称为再生。阳离子交换树脂可用稀盐酸、稀硫酸等溶液淋洗；阴离子交换树脂可用氢氧化钠等溶液处理，进行再生。

离子交换树脂的用途很广，主要用于分离和提纯。例如用于硬水软化和制取去离子水、回收工业废水中的金属、分离稀有金属和贵金属、分离和提纯抗生素等。

离子交换树脂是一类具有离子交换功能的高分子材料。在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换。按交换基团性质的不同，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类。

阳离子交换树脂大都含有磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基团，其中的氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交换树脂，其结构式可简单表示为R—SO3H，式中R代表树脂母体，其交换原理为
2R—SO3H＋Ca2＋ （R—SO3）2Ca＋2H+

这也是硬水软化的原理

生活中大概是处理硬水的吧~
我印象中在化学实验里有时候会在燃烧电池那使用阳离子交换膜

高中题应该只在电解饱和食盐水中用到，应该是让Na+通过的，从而与阴极剩余的OH-结合成NaOH被利用。