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1、精心整理硬水软化的方法一、软水和硬水：水是日常生活中不可缺少的物质。天然水在长期与空气、岩石和土壤等长期 接触，溶解了许多无机盐、有机物等杂质，因而天然水一般均含有杂质。（水中溶解的无机 盐有钙和镁的酸式碳酸盐、碳酸盐、氯化物、硫酸盐、硝酸盐等）。（提问）一般天然水里含有哪些离子？根据水中溶有的钙镁离子的量多少，可以将水进行分 类：硬水：含有较多Ca2+、Mg2+离子的水。（如：天然水等）软水：含有较少Ca2+、Mg2+离子的水。（如：雨水，蒸馏水等）二、硬水的性质及分类：1、硬水的通性：肥皂水制备：将中性肥皂削成薄片，取10g溶于100mL80%的酒精中，静置数日后，倾出上层清液，再用80%
2、的酒精稀释10倍。天然水：要先进行检验，如Ca2+、Mg2+离子含量较少，可适当溶进少量的可溶性钙、镁盐，以使与蒸馏 水有明显区别。水的硬度：以水中溶有Ca2+、Mg2+离子的多少来衡量。水的硬度是天然水固有的内在特征， 不存在没有硬度的天然水。国际上对水的硬度的表示方法很不统一。我国目前以“德国 度”表示。该方法是：将水中的Ca2+、Mg2+离子都看作Ca2+离子，并将其质量折算成CaO 的质量，1L水中含有10mgCa O称为1度。0-4度很软的水4-8度软水8-16度中硬水16 - 30度硬水30以上最硬水 为保证人们身体健康，我国饮用水的硬度统一规定为不超过25度。2、硬水的分类：由引
3、起硬水的原因不同，硬水可分为：暂时硬水：由钙和镁的碳酸氢盐所引 起的硬水硬水 永久硬水：由钙的镁的硫酸盐、氯化物等引起的硬水。天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度因此，一般所说水的硬度是泛指上述两种硬度的 总和。3、暂时硬水的性质：由于暂时硬水是由碳酸氢盐所引起的，因而当暂时硬水受热时会分解而得 到相应的沉淀如：Ca （HCO3） 2=CaCO J 3+CO2 f +H2OMg （HCO3） 2=MgCO J 3+CO2 f +H2O但由于氢氧化镁的溶解性比碳酸镁的溶解性要小得多，因 而继续加热时，碳酸镁要转化为氢氧化镁：MgCO3+2H2O=Mg （OHJ ） 2+CO2 f因而长期加热暂时
4、硬水得到的水垢是碳酸钙和氢氧化镁的混 合物。利用这个性质可区别暂时硬水与永久硬水。三、硬水的软化：概念：降低水中钙、镁离子的含量，就叫做硬水的软化。精心整理软化硬水常用有方法：（一）加热煮沸法：只能降低水的暂时硬度，不能降低永久硬度。（二）药剂软化法：（石灰纯碱法）利用加入药剂的方法来降低水中钙、镁离子的含量。（三）离子交换法：离子交换剂包括天然或或人造沸石、磺化煤和离子交换树脂等物质。磺化煤使硬水软化的原理：当硬水通过时，硬水里的钙离子和镁离子与磺化煤的钠离子发生离子交换，生成CaR2和 MgR2，因而实现溶液中的钙、镁离子含量的降低，硬水软化。其方程式为： 2NaR+Ca2+=CaR2+2
5、Na+2NaR+Mg2+=MgR2+2Na+硬水又分为暂时硬水和永久硬水。暂时硬水的硬度是由碳酸氢钙与碳酸氢镁引起的，经煮 沸 后可被去掉，这种硬度又叫碳酸盐硬度。永久硬水的硬度是由硫酸钙和硫酸镁等盐类物质引 起的，经煮沸后不能去除。以上两种硬度合称为总硬度。当水滴在大气中凝聚时，会溶解空气中的二氧化碳形成碳酸。碳酸最终随雨水落到地面 上，然后渗过土壤到达岩石层，溶解石灰(碳酸钙和碳酸镁)产生暂时硬水。一些地区的溶洞和 溶洞 附近的硬水就是这样形成的。硬水有许多缺点：1.和肥皂反应时产生不溶性的沉淀，降低洗涤效果。(利用这点也可 以区分 硬水和软水)2.工业上，钙盐镁盐的沉淀会造成锅垢，妨碍热
6、传导，严重时还会导致锅 炉爆炸。由于硬水问题，工业上每年因设备、管线的维修和更换要耗资数千万元。3.硬水的 饮用还会对人 体健康与日常生活造成一定的影响。没有经常饮硬水的人偶尔饮硬水，会造成肠 胃功能紊乱，即所谓的“水土不服”；用硬水烹调鱼肉、蔬菜，会因不易煮熟而破坏或降低食 物的营养价值；用硬水泡茶会改变茶的色香味而降低其饮用价值；用硬水做豆腐不仅会使产量 降低、而且影响豆腐的营养成分。那么硬水毫无是处了吗？不对，否则怎么会有那么多的人买矿泉水喝呢。原来钙和镁都是生 命必需元素中的宏量金属元素。科学家和医学家们调查发现，人的某些心血管疾病，如高血压和 动脉硬化性心脏病的死亡率，与饮水的硬度成
7、反比，水质硬度低，死亡率反而高。其实，长期饮 用过硬或者过软的水都不利与人体健康。我国规定：饮用水的硬度不得超过25度。硬水经过处理后可以转化为软水。下面介绍硬水软化的三种主要方法：1. 煮沸法(只适用于暂时硬水)煮沸暂时硬水时的反应：Ca(HCO3)2=CaCO J 3+H2O+CO f 2Mg(HCO3)2=MgCO J 3+H2O+CO f 2由于CaCO3不溶，MgCO3微溶，所以碳酸镁在进一步加热的条件下还可以与水反应生成更 难溶的氢氧化镁：MgCO3+H2O=Mg(OH J)2+CO2 f由此可见水垢的主要成分为CaCO3和Mg(OH)22. 石灰纯碱法(工业用)在这种方法中，暂时
8、硬度加入石灰就可以完全消除，HCO3都-被转化成CO32-。而镁的永久硬度在石灰的作用下会转化为等物质的量的钙的硬度，最后被去除。反应 过程中，镁都是以氢氧化镁的形式沉淀，而钙都是以碳酸钙的形式沉淀。Ca2+(aq)-石灰-苏打法-CaCO3(s)Mg2+(aq)-石灰-苏打法-Mg(OH)2(s)3. 离子交换法这种方法中用到的离子交换剂，有无机和有机两种。无机离子交换剂，如沸石等；有机离子交换剂包括：碳质离子交换剂磺化酶，阴阳离子交换树脂等。而且一般的离子后还可以再生。离子交换软化水的原理水的离子交换软化过程是硬性矿物质，主要是钙和镁被钠交换或取代的过程。这些矿物质 性质上是离子的(常称作
9、离子化杂质)，这意味着它们带有电荷，由于同种电荷相斥，异 种电荷相吸，因此有可能产生离子交换。水中的钙、镁离子实际上是溶解的矿石。当水流经岩层和地壤时溶解了钙和镁的沉积物， 这 种溶解的矿物最终进入到地下水层。当水从地下水层被抽到表面时，水中含有溶解的硬性矿 物质，这种水称为硬水。软水器使溶解在水中的钙镁硬性矿物质被软化剂树脂上的软性矿物质钠交换。所有这三种 矿 物都是叫做阳离子的带正电荷离子。在适当的压力容器中，含硬性矿物的水通过离子交换树 脂可发生离子交换反应。在现代的软水器中装有千百万颗微细的聚苯乙烯/二乙烯苯塑料球， 所有小球 都含有许多吸引正离子的负电荷交换位置。当树脂处在再生状态时
10、，这些负电荷交换 位置为带正电荷的钠离子占据。当钙和镁经过树脂贮槽时，它们与树脂小球接触，从交换位置 上取代钠离子，从而被除去。鉴于如下两个理由，离子交换是可能的：1. 所有的阳离子并非都有相同强度的正电荷；2. 树脂优先结合带较强电荷的阳离子，钙和镁离子的电荷比钠最离子强，取代钠阳离子，然 后向下通过树脂床，流出软水器，这样软水器就送出了 “软”水。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(一SO3H)、羧基(一COO)H或苯
11、酚基(一C6H4O)H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RSO3H，式中R 代表树脂母体，其交换原理为2RSO3H+Ca2+(RSO3) 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(一NH2)或亚胺基(一NR，H)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RN (CH3) 3OH+C1-R N (CH3) 3C1+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
12、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10硬水及其软化一、软水和硬水水是日常生活和工农业生产不可缺少的物质。水质的好坏对生产和生活影响很大。天然水跟 空气、岩石和土壤等长期接触，溶解了许多杂质，如无机盐类、某些可溶性有机物以及气体等。 水里溶解的无机盐有钙和镁的酸式碳酸盐、碳酸盐、氯化物、硫酸盐、硝酸盐，等等。也就是说， 天然水里一般含有Ca
13、2+、Mg2+等阳离子和这些离子的种类和数量有所不同。例如，溶有二氧化碳的水，遇到主要成分是碳酸钙的岩石 时，会使碳酸钙逐渐变成可溶性的碳酸氢钙： CaCO+3 CO2+H2O=C (a HCO) 3 2有的天然水里含Ca2+和Mg2+比较多，在这种水里加入肥皂水，就会发生沉淀。精心整理:实验2-5用两个试管分别取蒸馏水、天然水56mL，各注入少量肥皂水，振荡。观 察发生的现象。通过实验，我们可以看到盛有蒸馏水的试管里泡沫很多，没有沉淀产生。在盛有天然水的 试 管里泡沫较少，并出现絮状沉淀。这是因为天然水里含有Ca2+或Mg2+，肥皂跟Ca2+或 Mg2+起反 应以后，生成了不溶于水的物质。通
14、常把溶有较多量的Ca2+和Mg2+的水，叫做硬水；只溶有少量或不含Ca2+和Mg2+的水，叫做软水。如果水的硬度是由碳酸氢钙或碳酸氢镁所引起的，这种硬度叫做暂时硬度。具有暂时硬度 的水经过煮沸以后，水里所含的碳酸氢钙就分解而生成不溶性的碳酸钙：Ca（HCO）3 2CaCO |3 + CO2f+ H2O水里所含的碳酸氢镁先形成难溶于水的碳酸镁沉 淀。Mg （HCO） 3 2MgCO J3 + CO2 1+ H2O碳酸镁虽然难溶于水，但它仍有少量能溶解在水里（在18。时，它的溶解度为0.011g，相当于110mg/ L）。因此，当继续加热煮沸时，碳酸镁就跟水发生反应，生成了更难溶的氢氧化镁（在18
15、。时，它的溶解度为0.00084g，相 当于8.4mg/L）。这样，水里溶解的Ca2+和Mg2+就转变成为 碳酸钙和氢氧化镁的沉淀，从 水里析出，水的硬度就可以降低，从而使硬度高的水得到软化。如果水的硬度是由钙和镁的硫酸盐或氯化物等所引起的，这种硬度叫做永久硬度。永久硬度 不能用加热的方法软化。天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度，因此，一般所说水的硬度是 泛指上述两种硬度的总和。二、硬水的软化水的硬度高对生活和生产都有危害。洗涤用水如果硬度太高，不仅浪费肥皂，而 且衣物也不易洗干净。长期饮用硬度很高或硬度过低的水，都不利于人体的健康。锅炉用水硬度 太高，特别是暂时硬度太高，十分有害。因为经过长期烧煮后，水里的钙盐和镁盐会在锅炉内结 成锅垢，使 锅炉内的金属管道的导热能力大大降低，这不但浪费燃料，而且会使管道局部过热， 当超过金属允许的温度时，锅炉管道将变形或损毁，严重时会引起锅炉爆炸事故。很多工业部门， 如纺织、印染、造纸、化工等，都要求用软水。因此，对天然水进行处理，以降低或消除它的硬 度是很重要的。硬水软化的方法通常有药剂软化法和离子交换法等。这里只简单介绍离子交换法。离子交换 法是用离子交换剂软化水的一种方法。在工业上常用磺化煤（NaR）做离子交换剂。磺化煤是黑色颗粒状物质，它不溶于酸和碱。这 种物质的阳离子会跟溶液里其他物质的阳离子发生离
