【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

【山話嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實(shí)還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。??

第三章堿土金屬

§3-4硬水及其軟化

【01】水是我們?nèi)粘Ｉ罾锊豢扇鄙俚臇|西，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有著廣泛的用途。植物要從水中吸取養(yǎng)料；鍋爐每天要消耗大量的水，把水變成水蒸氣，以推動(dòng)活塞和汽輪，從而帶動(dòng)各種機(jī)械裝置。由于水是最容易得到的，而且它的比熱又是一切物質(zhì)中最大的，因此在冶鐵工業(yè)以及其他一些工業(yè)上要用大量的水來進(jìn)行降溫冷卻。另外，對(duì)大多數(shù)物質(zhì)來說，水是一種很好的溶劑，在工業(yè)生產(chǎn)中許多化學(xué)反應(yīng)都是在水溶液里進(jìn)行的。

【02】水的分布非常廣，海洋里積儲(chǔ)著大量的水，地面上有河水、雨水等地面水，地下有深井水、泉水等地下水，所有這些水和地面上、地面下的土壤、礦物質(zhì)相接觸，溶解了許多雜質(zhì)在內(nèi)。但有的雜質(zhì)多些，如海水、深井水、泉水，有的則少些。

【03】前面我們知道，在自然界里分布最廣的礦物質(zhì)是鎂鹽和鈣鹽，因此天然水里含有的礦物雜質(zhì)，主要也是鎂鹽和鈣鹽。一般把含有較多量Ca??離子（鈣鹽）和Mg??離子（鎂鹽）的水叫做硬水；把含有極少量或不含有Ca??離子和Mg??離子的水，叫做軟水。

硬水

【04】在硬水里，Ca??離子和Mg??離子主要以可溶性酸式碳酸鹽HCO??、硫酸鹽SO???和氯化物Cl?存在的。

【05】硬水還可分為：

1、暫時(shí)硬水

【06】如果硬水里含有的是酸式碳酸鹽，它是不穩(wěn)定的，把水煮沸就能使之分解，生成難溶的碳酸鹽沉淀從水里析出：

【07】這樣，水里的Ca??離子和Mg??離子就會(huì)減少或者除去，硬水也就變成了軟水。這種水的硬性是由碳酸氫鈣和碳酸氫鎂所引起的，我們稱它暫時(shí)硬水。

2、永久硬水

【08】水的硬性如果是由硫酸鈣、硫酸鎂或氯化鈣、氯化鎂所引起的，這種硬水在煮沸時(shí)，不會(huì)有難溶性的鈣鹽或鎂鹽析出，因此不能減少水里的Ca??離子和Mg??離子，也不能降低水的硬性。這種硬水我們稱它永久硬水。

硬水的危害

【09】硬水不適用于鍋爐。如果鍋爐里使用硬水，當(dāng)水蒸發(fā)時(shí)，溶解在水里的鈣鹽和鎂鹽就會(huì)逐漸沉積出來，在鍋爐內(nèi)壁上結(jié)成一層不傳熱的“鍋垢”。這樣不僅浪費(fèi)燃料（當(dāng)鍋垢厚達(dá)1毫米時(shí)，大約要多消耗5%的煤），而且因?yàn)殄伖负湾仩t鋼板受熱膨脹的程度不同，沉積在鍋爐內(nèi)壁的鍋垢會(huì)發(fā)生裂縫，當(dāng)水直接和高溫鋼板接觸時(shí)，水突然汽化，局部壓強(qiáng)增大，鋼板因膨脹而凸出，有時(shí)由于蒸氣壓強(qiáng)突然增加過多，鍋爐就會(huì)發(fā)生爆炸。

【10】化學(xué)工業(yè)上如果用硬水進(jìn)行生產(chǎn)，會(huì)把Ca??離子和Mg??離子帶入產(chǎn)品中，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

【11】洗衣服時(shí)如果用硬水，會(huì)增加肥皂的消耗。肥皂是硬脂酸的鈉鹽，它能溶于水而產(chǎn)生泡沫，因而有去垢的作用。如果遇到硬水，生成難溶性的硬脂酸鈣和硬脂酸鎂（參看第四冊(cè)§2-14），就不能產(chǎn)生泡沫，因此不能除去衣服上的污垢。并且這些沉淀留在衣服上還會(huì)損壞織物。

硬水的軟化

【12】從上面所講的硬水的危害可以看到，硬水在工業(yè)上和家庭中都是不適用的。因此在使用之前，必須加以適當(dāng)處理，除去或減少硬水里所含的Ca??離子和Mg??離子，降低水的硬性，這稱為硬水的軟化。

1、暫時(shí)硬水的軟化方法

【13】常用的有以下幾種：

(1)加熱煮沸法

【14】前面講過，暫時(shí)硬水里所含的酸式碳酸鹽是不穩(wěn)定的，加熱煮沸，就能變成難溶的碳酸鹽沉淀而除去，這樣水就軟化了，但是在處理大量的水時(shí)，這種方法要消耗掉很多燃料，因此很不經(jīng)濟(jì)。

(2)加堿法

【15】在暫時(shí)硬水里加入適量的堿，溶解在水里的酸式碳酸鹽也能變成難溶的碳酸鹽沉淀。工業(yè)上常用消石灰（消石灰是最廉價(jià)的堿）來軟化暫時(shí)硬水，稱做石灰法：

【16】用離子方程式表示：

【17】或

【18】用消石灰軟化暫時(shí)硬水，消石灰的用量必須適量（水樣應(yīng)該先經(jīng)過分析，根據(jù)暫時(shí)硬性的大小來確定消石灰的用量）。因?yàn)槿绻孟业牧窟^多，它雖然把水中原有的Ca??離子和Mg??離子沉淀而除掉，但它本身（過量部分）卻又引進(jìn)了Ca??離子，這樣仍然達(dá)不到軟化的目的。如果用氫氧化鈉代替消石灰，就沒有這種缺點(diǎn)，不過氫氧化鈉的價(jià)格較高。經(jīng)過軟化的水，如含有少量鈉鹽，在工業(yè)上或家庭里應(yīng)用是沒有妨礙的。

2、永久硬水的軟化法

【19】用加熱煮沸法不能使永久硬水軟化，加堿雖然能使硬水中的Mg??離子變成難溶的氫氧化鎂沉淀而除去，但氫氧化鈣的溶解度比較大，一般不會(huì)沉淀析出，因此硬水中的Ca??離子仍不能除去。永久硬水可以用純堿使它軟化。純堿在水溶液里能電離生成大量的CO???離子，跟硬水中的Ca??離子、Mg??離子結(jié)合成難溶的碳酸鈣和碳酸鎂沉淀（顯然，加入純堿也可使暫時(shí)硬水軟化）：

【20】天然水常同時(shí)具有暫時(shí)硬性和永久硬性，加入純堿，可以把兩種硬性一起降低。在經(jīng)過軟化以后的水里，加入適量明礬，待沉淀沉降，或經(jīng)過濾，就得到潔凈的軟水，現(xiàn)代工業(yè)上廣泛使用所謂“軟化劑”來軟化硬水，人造沸石就是其中的一種。

【21】人造沸石是一種不溶于水的鋁硅酸鈉鹽（Na?O·Al?O?·2SiO?或?qū)懗?strong>Na?Z）。把人造沸石裝在容器里，當(dāng)硬水通過人造沸石時(shí)，Ca??離子和Mg??離子跟人造沸石里的鈉離子進(jìn)行交換，這樣硬水就軟化了：

【22】當(dāng)人造沸石的Na?離子全部被Ca??離子和Mg??離子代替時(shí)，它就失去繼續(xù)軟化硬水的能力。這時(shí)可用10%的較濃的食鹽溶液通過人造沸石，Na?離子又能把Ca??離子和Mg??離子交換出來，重新生成Na?Z：

【23】再用水把代替出來的鈣鹽和鎂鹽沖洗掉，這樣人造沸石又恢復(fù)了軟化硬水的能力。

【24】用人造沸石軟化硬水，能把暫時(shí)硬性和永久硬性都降低，手續(xù)簡(jiǎn)便，整個(gè)設(shè)備占地很小，軟化硬水過程只消耗了一些食鹽溶液，是比較經(jīng)濟(jì)的。

習(xí)題3-4

1、什么叫硬水？暫時(shí)硬水和永久硬水有什么不同？

2、自然界里的水哪一種硬性較高？井水用明礬處理凈潔后，是否是軟水？

3、什么叫硬水的軟化？軟化暫時(shí)硬水和永久硬水各有哪些常用的方法？用化學(xué)方程式表示軟化硬水的原理。

4、有一瓶水，試用簡(jiǎn)便的方法來鑒別它是：暫時(shí)硬水，永久硬水還是軟水。

5、用消石灰軟化暫時(shí)硬水，為什么必須適量？

6、用加熱法或加堿法軟化暫時(shí)硬水，從反應(yīng)的實(shí)質(zhì)來看，有何相似？

7、如果除去天然水中所含的HCO??、SO???和Cl?，是否就是把硬水軟化了？試說明理由。

8、如果在暫時(shí)硬水里分別加入下列試劑，各有何現(xiàn)象產(chǎn)生？能否把暫時(shí)硬性除去？寫出離子方程式：

(1)清石灰水，(2)氨水，(3)苛性鈉溶液，(4)飽和碳酸鈉溶液，(5)鹽酸。

9、

(1)為什么鍋爐用水不能用硬水？

(2)為什么用硬水洗滌衣服不好？

(3)用肥皂洗手上的粉筆灰（石膏CaSO?制成），為什么泡沫很少？