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10.2分析化学中常用的分离方法-离子交换分离法在分离和测定中的应用-高一《化学实验技术》同步教学（化学工业出版社）第三版
一、选择题
1：离子交换分离法在化学分析中的主要作用是（ ）
分离
B. 提纯
C. 测定
D. 分离和提纯
答案：D
解析：离子交换分离法是一种利用离子交换剂上的可交换离子与溶液中的离子之间发生交换以进行分离的方法，是分离和提纯离子的常用方法，广泛应用于水处理、提取有用金属等方面，故D正确。
2：以下哪种情况适合使用离子交换分离法进行分离？（ ）
A. 分离两种密度不同的液体
B. 分离两种溶解度不同的固体
C. 分离带有不同电荷的离子
D. 分离沸点不同的两种液体
答案：C
解析：离子交换分离法是利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反应，以达到分离、提纯、浓缩某种离子的目的。该方法主要用于分离带有不同电荷的离子，故C正确。A选项描述的是分液法的应用，B选项描述的是重结晶或过滤等方法的应用，D选项描述的是蒸馏法的应用，均不适合使用离子交换分离法，故A、B、D错误。
3：关于离子交换分离法，以下说法正确的是（ ）
A. 只能用于阳离子的分离
B. 交换剂通常为阳离子交换树脂或阴离子交换树脂
C. 分离过程中不发生化学反应
D. 是一种基于物质溶解度的分离方法
答案：B
解析：离子交换分离法可以用于阳离子和阴离子的分离，故A错误；离子交换分离法中使用的交换剂通常为阳离子交换树脂或阴离子交换树脂，故B正确；离子交换分离法是利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反应进行分离的方法，属于化学变化，故C错误；离子交换分离法是一种基于离子交换反应的分离方法，与溶解度无关，故D错误。
4：离子交换树脂在使用一段时间后需要进行再生，这是因为（ ）
A. 树脂被杂质污染
B. 树脂老化失效
C. 树脂的交换容量耗尽
D. 树脂的物理性质发生变化
答案：C
解析：离子交换树脂在使用一段时间后，其交换基团上的可交换离子会被完全交换掉，导致树脂失去交换能力，这时需要对树脂进行再生，使其恢复交换能力。因此，树脂需要再生的原因是其交换容量耗尽，故C正确。树脂被杂质污染、树脂老化失效和树脂的物理性质发生变化都不是树脂需要再生的主要原因，故A、B、D错误。
5：离子交换树脂的再生过程中，以下哪种物质通常不用作再生剂？（ ）
盐酸
B. 氢氧化钠
C. 氯化钠
D. 乙醇
答案：D
解析：离子交换树脂的再生过程中，通常使用酸（如盐酸）、碱（如氢氧化钠）或盐（如氯化钠）作为再生剂，以恢复树脂的交换能力。乙醇不是离子交换树脂再生过程中常用的再生剂，故D正确。
6：关于离子交换分离法在分离和测定中的应用，以下说法错误的是（ ）
A. 可以用于分离和提纯离子
B. 可以用于去除溶液中的杂质离子
C. 不能用于测定离子的浓度
D. 可以用于分离带有不同电荷的离子
答案：C
解析：离子交换分离法是一种常用的分离和提纯离子的方法，通过离子交换树脂的选择性吸附和交换作用，可以分离和提纯目标离子，故A正确；离子交换分离法也可以用于去除溶液中的杂质离子，提高溶液的纯度，故B正确；虽然离子交换分离法本身不直接测定离子的浓度，但可以通过与其他方法（如原子吸收光谱法、分光光度法等）结合，间接测定离子的浓度，故C错误；离子交换分离法正是基于离子所带电荷的不同来实现分离的，因此可以用于分离带有不同电荷的离子，故D正确。
7：离子交换分离法主要用于哪种类型的物质分离？
A. 非电解质
B. 离子型化合物
C. 有机溶剂
D. 气体混合物
答案：B
解析：离子交换分离法主要基于离子间的电荷作用进行分离，因此特别适用于离子型化合物的分离。非电解质不电离出离子，有机溶剂和气体混合物中的成分通常不是离子型化合物，因此不适合使用离子交换分离法。
8：在离子交换分离法中，离子交换树脂的再生通常使用哪种试剂？
A. 乙醇
B. 蒸馏水
C. 酸或碱
D. 有机溶剂
答案：C
解析：离子交换树脂在使用一段时间后，其交换能力会下降，需要进行再生。再生通常使用酸或碱等再生剂，通过淋洗的方式将树脂上吸附的离子洗脱下来，恢复树脂的交换能力。乙醇、蒸馏水和有机溶剂通常不用作离子交换树脂的再生剂。
9：离子交换分离法不适用于以下哪种情况？
A. 去除水中的重金属离子
B. 分离两种不同电荷的离子
C. 分离两种沸点不同的液体
D. 提取生物样品中的特定离子
答案：C
解析：离子交换分离法主要用于离子型化合物的分离和提纯，特别适用于去除水中的重金属离子、分离不同电荷的离子以及提取生物样品中的特定离子。对于沸点不同的液体，通常使用蒸馏法或分馏法进行分离，而不是离子交换分离法。
二、多项选择题
1. 离子交换分离法适用于以下哪些情况？（ ）
A. 分离和提纯离子型化合物
B. 分离非电解质
C. 去除水中的杂质离子
D. 分离沸点不同的液体
答案：A, C
解析：离子交换分离法主要基于离子间的电荷作用进行分离，因此特别适用于离子型化合物的分离和提纯（A项正确），以及去除水中的杂质离子（C项正确）。非电解质不电离出离子，因此不适合使用离子交换分离法（B项错误）。对于沸点不同的液体，通常使用蒸馏法或分馏法进行分离（D项错误）。
2. 离子交换树脂的再生过程中，以下哪些因素可能影响再生效果？（ ）
A. 再生剂的种类
B. 再生剂的浓度
C. 再生时间
D. 树脂的种类
答案：A, B, C, D
解析：离子交换树脂的再生效果受到多种因素的影响。再生剂的种类（A项正确）、浓度（B项正确）和再生时间（C项正确）都会影响树脂上吸附的离子被洗脱下来的程度和速度。此外，不同种类的树脂对再生剂的响应也可能不同（D项正确）。
3. 离子交换分离法的主要优点包括哪些？（ ）
A. 选择性好
B. 分离效率高
C. 操作简便
D. 适用于大规模生产
答案：A, B, C, D
解析：离子交换分离法具有多种优点。首先，由于离子交换树脂的选择性，它可以有效地分离和提纯目标离子（A项正确）。其次，离子交换分离法的分离效率通常很高（B项正确）。此外，该方法操作简便，易于自动化控制（C项正确），并且适用于大规模生产（D项正确）。
4. 以下哪些因素会影响离子交换树脂的交换容量？（ ）
A. 树脂的种类
B. 溶液的pH值
C. 溶液的温度
D. 溶液的离子强度
答案：A, B, C, D
解析：离子交换树脂的交换容量受到多种因素的影响。树脂的种类（A项正确）决定了其可交换离子的种类和数量。溶液的pH值（B项正确）会影响树脂上可交换离子的存在形式和活性。溶液的温度（C项正确）会影响离子交换反应的速率和平衡。溶液的离子强度（D项正确）也会影响离子交换树脂的交换容量，因为高离子强度可能会抑制离子交换反应的进行。
5. 离子交换分离法在哪些领域有广泛应用？（ ）
A. 水处理
B. 制药工业
C. 食品加工
D. 气体分离
答案：A, B, C
解析：离子交换分离法在水处理（A项正确）、制药工业（B项正确）和食品加工（C项正确）等领域有广泛应用。在这些领域中，离子交换分离法可以有效地去除水中的杂质离子、提纯药物中的有效成分以及分离食品中的离子型化合物。然而，对于气体分离，离子交换分离法通常不是首选方法（D项错误）。
6.以下哪些因素会影响离子交换树脂的交换效率？
A. 树脂的种类
B. 溶液的温度
C. 溶液的pH值
D. 树脂的颗粒大小
E. 溶液的浓度
F. 搅拌速度
答案：A, B, C, D, E
解析：离子交换树脂的交换效率受到多种因素的影响。树脂的种类、溶液的温度、溶液的pH值、树脂的颗粒大小以及溶液的浓度都会影响交换效率。搅拌速度虽然可以加速溶液中的离子与树脂的接触，但并不直接影响树脂的交换效率，因此F选项不正确。其他选项均会影响离子交换树脂的交换效率，故A、B、C、D、E正确。
三、填空题
1：离子交换分离法是基于离子交换树脂上的__________与溶液中的离子进行交换的原理来进行分离的。
答案：可交换离子
解析：离子交换分离法是利用离子交换树脂上的可交换离子与溶液中的离子进行交换，从而达到分离和提纯的目的。这些可交换离子通常与树脂上的固定基团相连接，当溶液中的离子与树脂接触时，它们会与树脂上的可交换离子发生交换。
2：离子交换树脂可以分为阳离子交换树脂和__________交换树脂。
答案：阴离子
解析：离子交换树脂根据其交换基团的性质，可以分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。阳离子交换树脂的交换基团带负电荷，可以吸附和交换溶液中的阳离子；而阴离子交换树脂的交换基团带正电荷，可以吸附和交换溶液中的阴离子。
3：离子交换树脂在使用一段时间后，交换容量会下降，需要进行__________以恢复其交换能力。
答案：再生
解析：离子交换树脂在使用一段时间后，由于其交换基团上的可交换离子被溶液中的离子所替换，交换容量会逐渐下降。为了恢复树脂的交换能力，需要进行再生操作。再生通常是通过使用适当的再生剂（如酸、碱或盐溶液）来洗脱树脂上吸附的离子，并使树脂的交换基团重新带上可交换离子。
4：离子交换分离法在分离和测定中的应用包括__________、去除杂质离子以及分离和提纯离子型化合物等。
答案：水质软化（或去除水中的钙、镁离子；或水的去离子）
解析：离子交换分离法在分离和测定中有着广泛的应用。其中，一个重要的应用是用于水质软化或去除水中的钙、镁离子，以达到净化水质的目的。此外，它还可以用于去除杂质离子以及分离和提纯离子型化合物等。
5：离子交换树脂的颗粒大小会影响其交换效率和__________。
答案：交换速度（或动力学性能；或传质速率）
解析：离子交换树脂的颗粒大小对其交换效率和交换速度（或动力学性能；或传质速率）有显著影响。较小的树脂颗粒通常具有更大的比表面积，这增加了树脂与溶液中的离子接触的机会，从而提高了交换效率和交换速度。然而，过小的颗粒可能会导致树脂床层的阻力增大，影响流体的通过性。因此，在选择离子交换树脂时，需要综合考虑颗粒大小对交换效率和交换速度的影响。
四、判断题
（ ）1. 离子交换分离法只能用于分离和提纯离子型化合物，不能用于非电解质。
答案：正确
解析：离子交换分离法主要基于离子间的电荷作用进行分离，因此特别适用于离子型化合物的分离和提纯。非电解质不电离出离子，因此不适合使用离子交换分离法。
（ ）2. 离子交换树脂的交换容量是无限的，不需要进行再生。
答案：错误
解析：离子交换树脂的交换容量是有限的，当树脂上的可交换离子被溶液中的离子完全替换后，树脂就失去了交换能力。为了恢复树脂的交换能力，需要进行再生操作，通常使用酸、碱或盐溶液作为再生剂。
（ ）3. 离子交换分离法是一种物理分离方法，不涉及化学反应。
答案：错误
解析：虽然离子交换分离法主要基于离子间的电荷作用进行分离，但这个过程实际上是一种化学过程，因为离子交换树脂上的可交换离子与溶液中的离子之间发生了交换反应。
（ ）4. 离子交换树脂的颗粒大小对其交换效率没有影响。
答案：错误
解析：离子交换树脂的颗粒大小对其交换效率有显著影响。较小的树脂颗粒通常具有更大的比表面积，这增加了树脂与溶液中的离子接触的机会，从而提高了交换效率。然而，过小的颗粒可能会导致树脂床层的阻力增大，影响流体的通过性。
（ ）5. 离子交换分离法可以用于分离和测定气体混合物中的组分。
答案：错误
解析：离子交换分离法主要适用于离子型化合物的分离和提纯，对于气体混合物中的组分，由于其不是离子型化合物，因此不适合使用离子交换分离法。对于气体混合物的分离，通常使用其他方法，如蒸馏、吸附、膜分离等。
简答题
1：简述离子交换分离法的基本原理。
答案：离子交换分离法的基本原理是利用离子交换树脂上的可交换离子与溶液中的目标离子进行交换，从而实现目标离子的分离和提纯。具体来说，当溶液通过装有离子交换树脂的柱子时，溶液中的目标离子会与树脂上的可交换离子发生交换反应，被固定在树脂上，而其它离子则随溶液流出。随后，通过改变条件或使用合适的洗脱剂，可以将目标离子从树脂上洗脱下来，达到分离和提纯的目的。
2：离子交换树脂在使用一段时间后为什么会失去交换能力？如何进行再生？
答案：离子交换树脂在使用一段时间后，其交换基团上的可交换离子会被溶液中的离子完全替换，导致树脂失去交换能力。为了恢复树脂的交换能力，需要进行再生操作。再生通常是通过使用适当的再生剂（如酸、碱或盐溶液）来洗脱树脂上吸附的离子，同时使树脂的交换基团重新带上可交换离子，从而恢复其交换能力。
3：离子交换分离法在化学分析中有哪些主要应用？请举例说明。
答案：离子交换分离法在化学分析中有多种应用。例如，它可以用于水质软化，通过去除水中的钙、镁等离子来减少水垢的形成；在制药工业中，离子交换分离法可用于分离和提纯药物中的有效成分；此外，它还可以用于环境监测，如分离和测定水样中的重金属离子含量。总的来说，离子交换分离法在化学分析中发挥着重要作用，为科研和工业生产提供了有力支持。

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