硬水软化的方法

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 100mL 80%的酒精中，静置数日后，倾出上层清液，再用80%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10mg CaO 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 == CaCO3↓ + CO2↑ + H2O

Mg(HCO3)2 == MgCO3↓ + CO2↑ + 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(OH)2↓ + CO2↑

因而长期加热暂时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。

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 + 2Na+

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 =CaCO3 ↓+H2O+CO2↑

Mg(HCO3)2 =MgCO3↓ +H2O+CO2↑

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)2 ↓+CO2↑

由此可见水垢的主要成分为CaCO3和Mg(OH)2

2. 石灰——纯碱法 (工业用)

在这种方法中，暂时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。而且一般的离子交换剂在失效后还可以再生。

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，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（—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