硬水和軟水的化學(xué)表達(dá)式?

【專家解說】：">定義:是指含有較多可溶性鈣、鎂化合物的水。如一些井水，泉水。但自來(lái)水中幾乎沒有。 含有較多的可溶性鈣鹽和鎂鹽的天然水。硬水中含鹽量通常以硬度表示。硬度單位是度，1度相當(dāng)于每升水中含10毫克的氧化鈣。硬度在8以上者通常稱為硬水，地下水(如井水、泉水)的含鹽量較多，屬于硬水。在硬水中，鈣鹽和鎂鹽以碳酸氫鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物和硝酸鹽的形式存在。

性質(zhì)
水是一種很好的溶劑，能有效去除污物雜質(zhì)。純水--無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭，被稱作是"通用溶劑"。當(dāng)水和二氧化碳結(jié)合生成微量的碳酸時(shí)，水的溶解效果更好。當(dāng)水流過土地和 硬水
巖石時(shí)，它會(huì)溶解少量的礦物質(zhì)成分，鈣和鎂就是其中最常見的兩種成分，也就是它們使水質(zhì)變硬。水中含鈣、鎂等礦物質(zhì)成分越多，水的硬度越大。即便是在硬水質(zhì)地區(qū)，只要水中的飽和指數(shù)未被超過，水管中就不會(huì)結(jié)水垢。若在飽和指數(shù)以下或正好在飽和的臨界點(diǎn)上，都不會(huì)有水垢生成。反之，軟水質(zhì)中也會(huì)生水垢，如果超出了飽和指數(shù)的話。 飽和指數(shù)由水的酸堿度決定。眾所周知，酸堿度是通過PH測(cè)試來(lái)測(cè)定的: PH值越低，水中的酸性越強(qiáng)，飽和指數(shù)越高，所能溶解的礦物質(zhì)成分也就越多; PH值越高，水中的堿性越強(qiáng)，飽和指數(shù)越低，所能溶解的礦物質(zhì)成分也就越少。 對(duì)水加熱、水壓降低(如打開水龍頭等)、在水中添加化學(xué)品劑等都會(huì)導(dǎo)致PH值升高。隨著PH值升高，水能溶解礦物質(zhì)成分的能力減低，這些礦物質(zhì)成分(碳酸鈣為主)也就沉淀出來(lái)，成了水垢。 循環(huán)系統(tǒng)(如冷卻塔、蒸汽鍋爐、循環(huán)水處理系統(tǒng)等)工作中，壓力和溫度長(zhǎng)期處在變化中，造成水中PH值升高和過度飽和。 當(dāng)硬水中的鈣和鎂主要以碳酸鹽形式【Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2】存在時(shí)，這些鹽在水被煮沸時(shí)便會(huì)發(fā)生分解，變成堿式碳酸鹽沉淀析出而除去。因此，這種硬水稱為暫時(shí)硬水。如果硬水中的鈣和鎂主要以硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽的形式存在，當(dāng)水煮沸時(shí)，這些鹽不會(huì)沉淀，無(wú)法除去，這種硬水稱為永久硬水。 硬水中的鈣鹽和鎂鹽能與肥皂的主要成分硬脂酸鈉作用，生成不溶性的硬脂酸鈣或鎂，使一部分肥皂白白地消耗掉，等于降低了肥皂的去污能力。如果將未經(jīng)過軟化處理的硬水直接注入鍋爐，則當(dāng)加熱鍋爐時(shí)，鈣、鎂離子便形成堿式碳酸鹽沉淀析出，在鍋爐內(nèi)壁及管道中積成水垢，降低鍋爐熱導(dǎo)率，增加能耗，嚴(yán)重者會(huì)引起鍋爐爆炸和管道堵塞，因此鍋爐用水應(yīng)當(dāng)經(jīng)過軟化處理當(dāng)硬水中的鈣和鎂主要以碳酸鹽形式【Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2】存在時(shí)，這些鹽在水被煮沸時(shí)便會(huì)發(fā)生分解，變成堿式碳酸鹽沉淀析出而除去。因此，這種硬水稱為暫時(shí)硬水。如果硬水中的鈣和鎂主要以硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽的形式存在，當(dāng)水煮沸時(shí)，這些鹽不會(huì)沉淀，無(wú)法除去，這種硬水稱為永久硬水。 硬水中的鈣鹽和鎂鹽能與肥皂的主要成分硬脂酸鈉作用，生成不溶性的硬脂酸鈣或鎂，使一部分肥皂白白地消耗掉，等于降低了肥皂的去污能力。如果將未經(jīng)過軟化處理的硬水直接注入鍋爐，則當(dāng)加熱鍋爐時(shí)，鈣、鎂離子便形成堿式碳酸鹽沉淀析出，在鍋爐內(nèi)壁及管道中積成水垢，降低鍋爐熱導(dǎo)率，增加能耗，嚴(yán)重者會(huì)引起鍋爐爆炸和管道堵塞，因此鍋爐用水應(yīng)當(dāng)經(jīng)過軟化處理(見軟水)。

軟化方法
硬水經(jīng)過處理后可以轉(zhuǎn)化為軟水方法有以下幾種方法:
沉淀法
用石灰、純堿處理，使水中Ca2+、Mg2+生成沉淀析出，過濾后即得軟水，其中的錳、鐵等離子也可除去。
軟水劑
(1)Na3PO4: 3CaSO4+2Na3PO4→Ca3(PO)4↓+3Na2SO4 (2)六偏磷酸鈉: Na4[Na2(P03)6]+Ca2+→Na4[Ca(P03)6]+2Na+ (3)胺的醋酸衍生物(EDTA):與Ca2+、Fe2+、Cu2+等離子生成螯合物
離子交換法
(1)原理:用無(wú)機(jī)or有機(jī)物組成一混合凝膠，形成交換劑核，四周包圍兩層不同 電荷的雙電層，水通過后可發(fā)生離子交換。 陽(yáng)離子交換劑:含H+、Na+固體與Ca+、、、、、、、、Mg2+離子交換 陰離子交換劑:含堿性基因，能與水中陰離子交換 (2)常用交換劑: a. 泡沸石:水化硅酸鈉鋁 Na2O·Z+Ca(HCO3)→CaO·Z+2NaHCO3 Na2O·Z+CaSO4→CaO·Z+Na2SO4 b. 磺化煤: 2Na(K)+CaSO4→Ca(K)2+NaSO4 2H(K)+CaSO4→Ca(K)2+NaSO4 c.離子交換樹脂
電滲析法
用直流電源作動(dòng)力，使水中的離子選擇性地透過樹脂交換膜而獲得軟水。
磁化法
使水流過一個(gè)磁場(chǎng)，鈣、鎂鹽類分子間引力減小，不易產(chǎn)生堅(jiān)硬水垢。
煮沸法
(只適用于暫時(shí)硬水)煮沸暫時(shí)硬水時(shí)的反應(yīng): Ca(HCO3)2 =CaCO3 ↓+H2O+CO2↑ Mg(HCO3)2 =MgCO3↓ +H2O+CO2↑ 由于CaCO3不溶，MgCO3 微溶，所以碳酸鎂在進(jìn)一步加熱的條件下還可以與水反應(yīng)生成更難溶的氫氧化鎂: MgCO3 +H2O = Mg(OH)2 ↓+CO2↑ 由此可見水垢的主要成分為CaCO3和Mg(OH)2 8. 石灰--純堿法 (工業(yè)用) 在這種方法中，暫時(shí)硬度加入石灰就可以完全消除，HCO3-都被轉(zhuǎn)化成CO32-。而鎂的永久硬度在石灰的作用下會(huì)轉(zhuǎn)化為等物質(zhì)的量的鈣的硬度，最后被去除。反應(yīng)過程中，鎂都是以氫氧化鎂的形式沉淀，而鈣都是以碳酸鈣的形式沉淀。 Ca2+(aq) --石灰-蘇打法--> CaCO3(s) Mg2+(aq)--石灰-蘇打法--> Mg(OH)2(s)
編輯本段和軟水的區(qū)別
通常我們所說的"硬水"與"軟水"，主要是指碳酸鈣和碳酸鎂的含量，以"毫克碳酸鈣/公升 水"或"ppm"來(lái)表示，稱為水的硬度。 一般將水的硬度分為4個(gè)等級(jí): 1. 軟水:0-60ppm 2. 稍硬水:60-120ppm 3. 硬水:120-180ppm 4. 極硬水:181ppm以上 水的硬度太高時(shí)喝起來(lái)不可口，水中容易產(chǎn)生白色沉淀的水垢，水垢如附在加熱容器或加熱器上,會(huì)延長(zhǎng)加熱的時(shí)間，浪費(fèi)能源。水的硬度高時(shí)，肥皂也不太容易起泡沫，需浪費(fèi)較多的清潔劑。水垢進(jìn)入人體后，無(wú)法被吸收，是健康的大敵。 那么水的硬度應(yīng)該是多少才合適呢?目前并沒有正式由政府機(jī)關(guān)或?qū)W會(huì)提出的建議值，我國(guó)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為1000ppm以下。 不過，在這污染日趨嚴(yán)重的工業(yè)社會(huì)中，水的問題不單是硬度或總?cè)芙夤腆w量多寡，目前已知的水中污染物質(zhì)計(jì)有:細(xì)菌、微生物、氯和有機(jī)物質(zhì)等。市面上已有多種濾水器可幫助我們除掉污染物，但由于處理水質(zhì)的方法不同，去除的能力也不同。 已知處理飲用水的方法計(jì)有:蒸餾法、煮沸法、逆滲透法、離子交換法、活性碳過濾法和臭氧殺菌法等。這些方法有的只能單純的殺菌，有的可以去除細(xì)菌、微生物和懸浮固體，有的能除去三氯甲烷、有機(jī)物和惡臭。然而目前，只有RO逆滲透式的水處理技術(shù)，才可稱得上最先進(jìn)的、實(shí)用的水處理技術(shù)。并且可以直接進(jìn)入家庭、辦公室，這為改變我們的用水狀態(tài)有著革命性的意義。雖然目前這樣的水處理設(shè)備還沒有得到廣泛的使用，但是，它的普及卻是遲早的事情。 尋找一個(gè)理想的凈化水質(zhì)方法，對(duì)改善生活品質(zhì)，促進(jìn)健康是相當(dāng)重要的。我們應(yīng)該有個(gè)共識(shí)，凈化水質(zhì)的目標(biāo)就是軟化硬度、除去水中對(duì)健康有影響的污染物質(zhì)。
硬水含有鈣鹽和鎂鹽的天然水
通常，地下水如井水、泉水含鹽量較大，地面水如河水、湖水含鹽量較小。在硬水中，鈣、鎂可以以碳酸鹽、碳酸氫鹽、硫酸鹽、氯化物和硝酸鹽等形式存在。當(dāng)硬水中鈣和鎂主要以碳酸氫鹽，如Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2形式存在時(shí)，稱為暫時(shí)硬水，當(dāng)這種硬水加熱煮沸時(shí)，碳酸氫鹽會(huì)分解成碳酸鹽而沉淀除去如果硬水中鈣和鎂主要以硫酸鹽、硝酸鹽和氯化物等形式存在，則稱為永久硬水，它們不能用煮沸的方法除去。硬水中的鈣鹽和鎂鹽能與肥皂(硬脂酸鈉)作用，生成不溶性的硬脂酸鹽，降低肥皂的去污能力。如果鍋爐內(nèi)使用硬水，當(dāng)加熱時(shí)鈣鹽和鎂鹽會(huì)在鍋爐內(nèi)壁上結(jié)成水垢。降低鍋爐的熱導(dǎo)率，增加能耗，甚至縮短鍋爐的使用壽命，有時(shí)還會(huì)堵塞管道。因此，鍋爐用水必須經(jīng)過軟化處理(見)。 硬水中含鹽量通常以硬度來(lái)表示。硬度單位常用“度”表示，1度相當(dāng)于每升水中含10mg的CaO，生活飲用水的總硬度要求小于25度。
軟水只含少量可溶性鈣鹽和鎂鹽的天然水
或是經(jīng)過軟化處理的硬水。天然軟水一般指江水、河水、湖(淡水湖)水。經(jīng)軟化處理的硬水指鈣鹽和鎂鹽含量降為 1.0~50 毫克/升后得到的軟化水。雖然煮沸就可以將暫時(shí)硬水變?yōu)檐浰诠I(yè)上若采用此法來(lái)處理大量用水，則是極不經(jīng)濟(jì)的。軟化水的方法有:①石灰 -蘇打法。先測(cè)定水的硬度，然后加入定量的氫氧化鈣和碳酸鈉，硬水中的鈣、鎂離子便沉淀析出: Ca(HCO3)2+Ca(OH)22CaCO3↓+2H2O Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2 Mg(OH)2↓+2CaCO3↓+2H2O CaSO4+Na2CO3CaCO3↓+Na2SO4②磷酸鹽軟水法。對(duì)于鍋爐用水，可以加入亞磷酸鈉(NaPO3)作為軟水劑，它與鈣、鎂離子形成絡(luò)合物，在水煮沸時(shí)鈣、鎂不會(huì)以沉淀形式析出，從而不會(huì)形成水垢。此法不適合于飲用水的軟化。③離子交換法。沸石和離子交換劑雖然都不溶于水，但其中的鈉離子和氫離子可與硬水中的鈣、鎂離子發(fā)生交換反應(yīng)，使鈣、鎂離子被沸石、人造沸石、離子交換劑吸附而被除去。長(zhǎng)期使用后失效的沸石和離子交換劑可以通過再生而重復(fù)使用，故此法是既經(jīng)濟(jì)又先進(jìn)的軟水法。

硬水中的鈣和鎂主要以碳酸鹽形式【Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2】