高中化學(xué)專題一多樣化的水處理技術(shù)1.2硬水軟化

第二單元硬水軟化1．水垢主要成份是什么？怎樣除去？提醒CaCO3、Mg(OH)2，加醋酸能夠除去反應(yīng)為：

CaCO3＋2CH3COOH===H2O＋CO2↑＋Ca(CH3COO)2Mg(OH)2＋2CH3COOH===2H2O＋Mg(CH3COO)21/282．Mg(HCO3)2和Ca(HCO3)2受熱易分解，書(shū)寫(xiě)反應(yīng)方程式？3．你知道“水滴穿石”包含化學(xué)科學(xué)道理嗎？2/281．知道硬水和軟水，了解水硬度、暫時(shí)硬度和永久硬度，知道硬度表示方法和簡(jiǎn)單測(cè)定方法。2．了解加熱法、藥劑軟化法、離子交換法軟化硬水原理。3．了解硬水對(duì)生產(chǎn)生活用水影響。能用相關(guān)化學(xué)知識(shí)解釋日常生活中一些和水硬度相關(guān)現(xiàn)象。3/281.天然水中鈣、鎂離子作用天然水中含有鈣、鎂等離子，含有少許Ca2＋、Mg2＋水對(duì)人體是有利。Ca2＋能夠補(bǔ)充

和

所需要鈣，Ca2＋、Mg2＋能減緩鐵制輸水管道上

溶出。但有些地域天然水中含有較多鈣、鎂離子，這種水叫做

。這種水不宜洗滌衣物。工業(yè)鍋爐若使用硬水，輕易

。鍋爐壁上形成水垢后，不但浪費(fèi)燃料，甚至可能引發(fā)

。牙齒骨骼硬水沉積水垢鍋爐爆炸鉛4/282．硬水和軟水硬水：含有較多

水。軟水：含有少許

或不含

水。3．暫時(shí)硬度和永久硬度暫時(shí)硬度：水硬度是由

引發(fā)。永久硬度：水硬度是由

等引發(fā)。天然水大多同時(shí)含有暫時(shí)硬度和永久硬度。Ca2＋、Mg2＋Ca2＋、Mg2＋Ca2＋、Mg2＋Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2鈣、鎂硫酸鹽或氯化物5/28加熱法

藥劑法

離子交換法

加熱法

藥劑法

離子交換法

純堿

石灰

6/28陽(yáng)離子交換樹(shù)脂

陰離子交換樹(shù)脂

Ca2＋、Mg2＋

H＋、OH－

硬水軟化

7/28(3)離子交換法特點(diǎn)和應(yīng)用。①特點(diǎn)：離子交換樹(shù)脂使用一段時(shí)間后就失去了

能力?？捎?/p>

稀溶液處理使之再生，即發(fā)生上述離子交換反應(yīng)逆反應(yīng)。這種軟化硬水方法含有比藥劑軟化法

、

、

、

等優(yōu)點(diǎn)。②應(yīng)用：離子交換法是當(dāng)前慣用

方法，使用比較普遍。比如

和試驗(yàn)室去

制備。軟化硬水強(qiáng)酸或者強(qiáng)堿質(zhì)量高設(shè)備簡(jiǎn)單占用面積小操作方便軟化機(jī)軟化水離子水硬水軟化8/289/2810/2811/28假如水硬度是由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2所引發(fā)，這種硬度叫做暫時(shí)硬度；假如水硬度是由鈣和鎂硫酸鹽或氯化物等引發(fā)，這種硬度叫做永久硬度。天然水大多同時(shí)含有暫時(shí)硬度和永久硬度。12/28水硬度過(guò)高對(duì)生活和生產(chǎn)都有壞處。比如，洗滌用水假如硬度太高，水中Ca2＋、Mg2＋與肥皂反應(yīng)生成不溶于水物質(zhì)，不但浪費(fèi)肥皂，也洗不凈衣物。在工業(yè)上對(duì)水硬度也有要求，如鍋爐用水假如硬度太高，長(zhǎng)久燒煮后，水里鈣鹽和鎂鹽會(huì)在鍋爐內(nèi)結(jié)成鍋垢，使鍋爐內(nèi)金屬管道導(dǎo)熱能力大大降低，不但浪費(fèi)燃料，而且會(huì)造成管道局部過(guò)熱，使鍋爐管道變形或損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)爆炸事故。所以硬水軟化非常主要。13/2814/28解析硬水與軟水區(qū)分是Ca2＋、Mg2＋含量多與少，不是有與沒(méi)有，故A項(xiàng)不對(duì)；煮沸過(guò)程是Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2分解以及MgCO3轉(zhuǎn)變?yōu)镸g(OH)2過(guò)程，故C項(xiàng)對(duì)；煮沸時(shí)能使含暫時(shí)硬度較高硬水中Ca2＋、Mg2＋濃度降低，但不一定能降低到軟水中Ca2＋、Mg2＋含量標(biāo)準(zhǔn)，更何況有硬水中硬度更多是因?yàn)橛谰糜捕仍斐?，故B項(xiàng)不對(duì)；磺化媒只能交換陽(yáng)離子，水中還含有各種陰離子和交換出大量Na＋，故D項(xiàng)不對(duì)。答案C15/28Ca2＋、Mg2＋含量決定水硬度大小，由Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2引發(fā)硬水叫暫時(shí)硬水，由氯化物和硫酸鹽引發(fā)硬水叫永久硬水。16/28解析此題考查是硬水概念，含Ca2＋、Mg2＋較多水為硬水。由CaSO4、CaCl2、MgSO4、MgCl2等引發(fā)硬水叫永久硬水，加熱不能除掉永久硬度。答案A17/2818/28b．適用范圍：含有暫時(shí)硬度水能夠用加熱方法進(jìn)行軟化。②藥劑法a．定義：向水中加入適當(dāng)化學(xué)試劑，促使溶解在水中Ca2＋、Mg2＋以沉淀形式從水中分離出來(lái)到達(dá)軟化目標(biāo)方法。b．藥劑：慣用藥劑有純堿、生石灰、氫氧化鈉等；工業(yè)鍋爐用水還慣用磷酸鹽處理。19/2820/28a．原理離子交換法是用離子交換劑軟化水方法。離子交換劑中陽(yáng)離子與水中Ca2＋、Mg2＋發(fā)生離子交換作用，使水軟化。其工藝流程如圖所表示。圖中離子交換劑是一個(gè)樹(shù)脂，它是不溶于水但能與溶液中同電性離子進(jìn)行交換有機(jī)高分子電解質(zhì)，慣用NaR、HR等表示。發(fā)生反應(yīng)以下：2NaR＋Ca2＋===CaR2＋2Na＋2NaR＋Mg2＋===MgR2＋2Na＋21/28b．離子交換樹(shù)脂介紹離子交換樹(shù)脂是由不溶于水交換劑本體和能在水中離解活性交換基團(tuán)兩部分組成。比如，慣用苯乙烯型離子交換樹(shù)脂，其交換劑本體是苯乙烯和部分對(duì)苯二乙烯共聚而成不溶性高聚物。其分子中含有活性基團(tuán)——磺酸基或季銨基分別含有交換陽(yáng)離子或陰離子性能。離子交換樹(shù)脂普通為顆粒狀或球狀固體，不溶解于水和其它普通溶劑。離子交換樹(shù)脂按分子內(nèi)所含酸性基團(tuán)和堿性基團(tuán)，分為陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離子交換樹(shù)脂。22/2823/28由以上兩式可知，在離子交換反應(yīng)中，水中陽(yáng)離子、陰離子被轉(zhuǎn)移到了離子交換樹(shù)脂上，而離子交換樹(shù)脂上可交換H＋或OH－轉(zhuǎn)入水中。在進(jìn)行水處理時(shí)，假如需要將水中陽(yáng)離子、陰離子都除去，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離子交換樹(shù)脂能夠交替使用。交換完成后樹(shù)脂用酸或堿處理可重新恢復(fù)交換能力，這個(gè)過(guò)程叫做樹(shù)脂再生。離子交換技術(shù)在水處理領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用。經(jīng)過(guò)離子交換能夠除去水中無(wú)機(jī)鹽，不過(guò)不能除去水里細(xì)菌和病毒，所以在生產(chǎn)純凈水過(guò)程中，還需要借助其它技術(shù)。c．適用范圍：除去暫時(shí)硬度和永久硬度。24/28

以下方法中能同時(shí)除去硬水中暫時(shí)硬度和永久硬度是 (

)。①蒸餾②煮沸③加純堿④加石灰⑤離子交換

A．①②③ B．①③⑤

C．②③⑤ D．③④⑤解析本題首先需要了解硬水中暫時(shí)硬度和永久硬度指是

Ca2＋、Mg2＋對(duì)應(yīng)什么產(chǎn)物，然后依據(jù)題意進(jìn)行采取除雜方法進(jìn)行除去。能同時(shí)除去硬水中暫時(shí)硬度和永久硬度方法能夠采取使水形成蒸氣，采取加入純堿方法使Ca2＋、

Mg2＋生成沉淀而除去，另外還能夠采取離子交換方法進(jìn)行除去。答案B【例2】

25/28暫時(shí)硬水可用加熱法。永久硬水可加沉淀劑或用離子交換法。26/28

磺化媒(代表式NaR)是一個(gè)鈉離子型交換劑，它能使硬水中Ca2＋、Mg2＋經(jīng)過(guò)交換除去而軟化?，F(xiàn)在海水(已知海水中含Na＋、Ca2＋、Mg2＋等陽(yáng)離子)淡化方法是使海水按次序經(jīng)過(guò)兩種離子交換樹(shù)脂，其流程如圖所表示。(1)現(xiàn)有氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和羥型陰離子交換樹(shù)脂，則(填代表式)A柱是________，B柱是________。(2)按上述次序裝柱理由是_________