锅垢的成分为什么是CaCO3和

锅垢的成分为什么是CaCO3和Mg(OH)2

绍兴一中分校吴文中

煮沸暂时硬水产物形成机理

【传统解释】

1.由于暂时硬水中主要以Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2形式存在，在煮沸过程中，发生一下两个化学反应：

Ca(HCO3)2=CaCO3↓+H2O+CO2↑；Mg(HCO3)2 =MgCO3↓+H2O+CO2↑

2.由于CaCO3难溶，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↑（水解）

2.由此可见水垢的主要成分为CaCO3和Mg(OH)2已知：

【质疑】

1.我们是如何知道碳酸氢钙和碳酸氢镁先受热分解，然后水解得到Mg(OH)2？

2.为什么碳酸钙不水解得到氢氧化钙？没有定量上的说服理由。

3.为什么不可以Ca2+、Mg2+和HCO3-离子在加热的条件下直接水解得到氢氧化镁？

【分析1】

假如Mg2+和HCO3-双水解得到Mg(OH)2和CO2，则可能发生的过程如下：

Mg2++ 2HCO3-+2H2O= Mg(OH)2↓+2H2CO3，碳酸不稳定分解得到H2O和CO2

则，该过程的常数K=C2(H2CO3)/【C(Mg2+)*C2(HCO3-)】=Kw2/【K22*Ksp(Mg(OH)2)】=103.37

显然，该过程很容易发生，且程度较大。

说明:以上数据在室温条件下，没有考虑，碳酸溶解和逸出平衡问题。

同理可以得到Ca2+和HCO3-双水解得到Ca(OH)2和CO2的常数K=10-2.08

显然，要直接得到氢氧化钙要困难得多。

【分析2】

下图表示，室温条件下，水中碳酸存在形态的分布图。

上图表示二氧化碳在中性条件下就能较大比例出现在水中，在加热的条件下能从水中逸出。

这实际上就是HCO3-离子在加热条件下分解的原因，而CO32-在加热条件下无法分解。

【问题】

问题的关键就是，此时到底得到的是碳酸镁还是氢氧化镁？

显然，在二氧化碳可以从水中逸出的时候，溶液的PH值必须在中性或者酸性条件下，也就是说，此时的C(OH-)最大为10-7左右，依据Mg(OH)2的Ksp=10-10.71得知，得到的Mg(OH)2沉淀所需要的Mg2+浓度大于为1000mol/L，显然是不可能的！

【结论】

尽管从平衡常数计算的角度考虑，Mg2+和HCO3-双水解能进行的，但由于存在二氧化碳的逸出，必须建立在酸性或者中性条件下，此时加热，显然得不到Mg(OH)2沉淀。

但是，为什么水中加热MgCO3又能得到Mg(OH)2和CO2？

【分析3】

在MgCO3水溶液中，由于碳酸镁的KSp=10-7.46，所以C(Mg2+)=C(CO32-)=10-3.73

又由于CO32-离子水解，使得溶液的PH增大，粗略计算，当C(CO32-)=10-3.73时，溶液的PH大约为10.5,也就是说C(OH-)=103.5,

则QC（Mg（OH）2=10-3.73*（10-3.5）2=10-10.73，几乎等于氢氧化镁的KSp=10-10.71

但由于在加热条件下，温度升高，各种常数都增大，水的PH大约为11

就是QC（Mg（OH）2）大于KSp（Mg（OH）2）,可以得到沉淀Mg（OH）2。（这里的讨论显然不够精确）

要使得MgCO3完全水解，则C(Mg2+)=10-5mol/L，这是，需要的C(OH-)应该为pH=10.87,

结论：碳酸镁加热水解可以得到氢氧化镁完全沉淀。

【分析4】

由于CO32-水解得到的是HCO3-，而HCO3-在受热情况下，能分解得到二氧化碳，从而从水中逸出。但由于在碱性条件下，因此，笔者以为，碳酸镁加热水解很难会得到气相的二氧化碳，但考虑到水的沸腾，二氧化碳或多或少能逸出。

【最后结论】

暂时硬水，必须先是碳酸氢镁分解为碳酸镁的二氧化碳，然后水解得到氢氧化镁。

而碳酸氢钙水溶液加热只能得到碳酸钙，而不能得到氢氧化钙沉淀。

锅垢的主要成分就是碳酸钙和氢氧化镁。

【已知】

氢氧化钙的KSp=10-5.26

碳酸钙的KSp=10-8.54

氢氧化镁的KSp=10-10.71

碳酸镁的KSp=10-7.46

碳酸的一级电离常数K1=10-6.35

碳酸的二级电离常数K2=10-10.33

水的离子积常数为Kw=10-14