探究水垢的形成

探究水垢的形成

Document serial number【KK89K-LLS98YT-SS8CB-SSUT-SST108】

探究水垢的形成

探究性质：通过对日常生活中水垢的产生，转为对物质化学反应的研究。

探究对象：通过研究家中水壶中水垢的形成，引出本次的探究课题。

探究地点：我们当地居住的环境附近。

探究目标：探究水垢的形成，查找去除和避免水垢产生的办法。

摘要：借用课堂所学知识和通过上网专题查询，发现我国是水垢污染大国，无论是生产工作中，还是日常生活，水垢对我们都有严重的影响，例如生产中，换热器、输送管道、泵阀等设备的结垢现象十分普遍，生活中，保温瓶、烧水壶中，都有大量水垢的存在。通过课堂学习与平时了解，熟悉了水垢的形成机理和存在的化学反应，在此我想通过调查研究我们当地居住的生活环境，来验证水垢的形成和探究如何有效的避免水垢的出现。

1、引言

相信很多人都会有这样的经历，经常用来烧开水的水壶在使用一段时间后会出现一层厚厚的黄色的水垢，又硬又难看。这究竟是怎么回事呢？常用于贮存水或烧水的器皿（如

CaCO）不易清洗，运用所学的化学暖水壶、热水壶）壁上常结有一层水垢（主要成分是

3

知识能否轻松洗掉呢偶尔看电视广告了解到：贝壳放在酸性物质中浸泡过后，变得非常容易碎，是不是也可以用这种方法来除过水垢呢下面通过我们课堂所学的知识和实验探究来解决以上提出的问题。

2、水垢的形成

2.1 阅读资料解释

据查阅资料显示，水垢是具有反常溶解度的难溶或微溶盐，易在器壁尤其是金属表面处析出沉积。其形成过程为：微细结晶在过饱和溶液中处于溶解-结晶的亚稳定状态，结晶在器壁聚集黏附并有序长大，结成水垢。水垢是否形成主要取决于盐类是否过饱和及其结晶的生长过程，与成垢离子、水质情况、器壁形态等密切相关。系统中的成垢离子越饱和、水的硬度越高，结垢倾向越严重；粗糙的金属表面和杂质对结晶过程也有催化作用，会促进水垢析出。大部分水垢外观呈白色或灰白色，质硬且致密，以碳酸盐、硫酸盐、磷酸钙盐和硅酸盐的钙镁盐为主，其中最典型的是碳酸钙垢，此外工业锅炉中还可能产生铁垢和铜垢等。

2.2 课堂所学知识解释

在课堂学习和平时阅读中了解，水垢的形成主要有两个因素。从物理性质来讲，在硬水质地区，PH值的变化会引起水垢的形成：PH值越低，水中的酸性越强，所能溶解的矿物质成分也就越多；PH值越高，水中的碱性越强，所能溶解的矿物质成分也就越少。如对水加热、水压降低、在水中添加化学品剂等都会导致PH值升高。随着PH值升高，矿物质成分在水中溶解的能力减弱，这些矿物质成分（碳酸钙为主）就会沉淀下来，成了水垢。

从化学反应来讲，自来水是由河水、湖水或者井水经过沉降，除去泥沙，消毒杀菌后得到的，其中溶解了许多的矿物质。当水烧开后，一部分水蒸发了，原来溶解在水中的碳酸氢钙和碳酸氢镁，在沸腾的水里分解，产生碳酸钙和氢氧化镁等难溶物沉淀下来，有时也会生成碳酸镁，就这样也形成了水垢。具体的反应过程：

=

O

MgCO

Δ

H

+

=

↑

+CO

Mg(OH)

↓

(煮沸）

3

2

2

2

（注：在煮沸的时候氢氧化镁的溶解度比碳酸镁小）

2.3 所得结论

饮用水中一般都含有少量的钙离子和镁离子，还含有少量碳酸氢根离子。将饮用的水加热煮沸，由于碳酸氢钙和碳酸氢镁热分解温度低于100摄氏度，碳酸氢钙会分解成碳酸钙、二氧化碳和水，碳酸氢镁也会分解成碳酸镁、二氧化碳和水。但是，长时间煮沸，碳酸镁会跟水反应，部分或全部转化成氢氧化镁。这是因为，氢氧化镁比碳酸镁的溶解度更小，不断加热，生成更难溶的氢氧化镁，有利于碳酸镁的水解。碳酸钙、碳酸镁、氢氧化镁都是溶解度很小的物质，会从水中析出，形成沉淀。形成的沉淀通常带有部分结晶水，还含有少量其他金属离子。综上所述，水垢的主要成分是碳酸钙和氢氧化镁，还可能含有一定量的碳酸氢镁。

既然我们已经得出水垢的形成方式，我们可以从此入手，寻找去除水垢的方式。

3 去除水垢的研究步骤

3.1 做出假设

根据自己所学的知识猜想：用高浓度醋、肥皂水、白酒哪种物质除水垢较

好呢？

3.2 探究方法

实验：从家中烧水壶取三块大小大致相同的水垢分别放在三个干净水杯中，分别加入高浓度醋、肥皂水、白酒观察现象有何不同，并在下表记录实验现象。

3.3 探究现象

3.4 探究结果

根据观察到的现象，比较生活中用哪种物质除水垢较好为什么

现象解释：根据复分解反应得到：碳酸钙与醋酸反应生成溶于水的醋酸钙、二氧化碳和水；碳酸钙与碱不反应；酒精与碳酸钙不反应。

结论：用醋酸除水垢较好，因为醋酸能充分与水垢反应

注：食用的醋是一种酸的溶液，也可以与碳酸钙可以发生反应，并且对水壶不会有很大的腐蚀性。

4 分析与讨论

水垢对人体健康也是有危害的，其最大组成部分是，而我们饮水中如果过多的摄入碳酸钙就容易在体内形成沉淀物，这也是当下社会为什么那么多人患结石病的原因……、大多也是由水垢引起的，同时水垢更容易吸附一些微量金属元素，包括铅、锌、砷等，长期摄入对健康有不利的影响！那么，如何有效的避免和去除水垢呢？

在工业生产上，水垢通常胶结于容器或管道表面，使水管道变得阻塞，造成水流不畅并最终导致必须更换水管道。从而使这些用水器材的效率减低和运行费用增加，导致能源费用增加达３０％甚至更多。

如工厂供暖供汽用的大锅炉，每天都要烧干数十吨的水提供水蒸汽。大锅炉里结了大量的水垢，好比锅炉壁的钢板和水之间筑起一座隔热的石墙。锅炉

钢铁挨不着水，炉膛的火一个劲地把钢板烧得通红。这时候，如果水垢出现裂缝，水立即渗漏到高温的钢板上，急剧蒸发，造成锅炉内压力猛增，就要发生爆炸。不亚于一颗重磅炸弹！可见水垢的危害，决不能等闲视之。

水垢，以前没有被人们重视，现有关资料表明，水垢中含有重金属污染的潜在危险。通过对水垢的化学分析，所含重金属有镉、铅、铁、砷等，虽是微量，但是长期小量地把重金属摄入体内，可以引起神经、消化、泌尿和造血系统的病变和功能障碍，不可忽视，应经常消除烧水壶和热水壶内的水垢。

5 水垢的去除和预防

对付水垢，人们也想了很多种解决方法。如将苹果皮、山楂切开或土豆加水煮沸一两小时去垢效果更快。还有用电水壶煮山芋、煮鸡蛋、在壶中放入一块磁铁再烧水等多种方法除水垢。（但千万不要用醋精或白醋，因为醋中含有吸附水碱的物质，表面上烧开的水中没有水碱，但是人在喝水时，会喝进醋中所含的水碱，反而增加水碱的危害。）

而在工厂里，往往在水里加入适量的碳酸钠（俗名苏打），使水中的钙镁盐类变?成沉淀除去。还有用离子交换树脂、软化剂、机械式软化装置、过滤装置、磁性水处理器等方法，在使用前得到软水。

注意：1、在家电中除水垢，要用食品级除垢剂，因为工业级除垢剂含有杂质，甚至有毒，喝了对人体有害；

2、水家电除水垢，用强酸除垢，有腐蚀性，对家电对人体都有害。水碱，但是人在喝水时，会喝进醋中所含的水碱，反而增加水碱的危害。）另外饮用水不宜久存，不管是自来水、井水还是开水，都不宜长期储存，因为久存的水会被细菌污染，产生大量的剧毒~世界上公认的致癌物质亚硝酸盐。亚硝酸盐在人体内与有机胺结合形成亚硝胺，亚硝胺可促发癌症。

6 收获和感触

从平常生活中，见到水垢是再平常不过的事，只知道水垢呈白色，而且在烧水壶内不易除去。在中学时，只是在课本上了解了一些关于水垢的知识，但一直没有通过实验验证过。刚刚听说有个化学探究活动，瞬时兴奋，随后就集结了一个兴趣小组，加入了活动。

通过小组的分工合作，最终完成了这次探究活动，并且亲身体验整个实验