试验原理硬水软化
硬水软化的方法
硬水软化的方法
硬水软化就是将硬水中的钙、镁等可溶性盐除去的过程，硬水软化的方法很多，常用的有膜分离法、电磁法、离子交换法、加药法、石灰法。
若水的硬度是暂时硬度，可采用煮沸法。
若水的硬度是暂时硬度，这种水经过煮沸以后，水里所含的碳酸氢钙或碳酸氢镁就会分解成不溶于水的碳酸钙和难溶于水的氢氧化镁沉淀。
这些沉淀物析出，水的硬度就可以降低，从而使硬度较高的水得到软化。
若水的硬度是永久硬度，往往使用以下几种方法。
1、离子交换法：采用特定的阳离子交换树脂，以钠离子将水中的钙镁离子置换出来，由于钠盐的溶解度很高，所以就避免了随温度的升高而造成水垢生成的情况。
这种方法是目前最常用的标准方式。
2、膜分离法：纳滤膜(NF)及反渗透膜(RO)均可以拦截水中的钙镁离子，从而从根本上降低水的硬度。
3、石灰法：向水中加入石灰，主要是用于处理大流量的高硬水，只能将硬度降到一定的范围。
4、电磁法：采用在水中加上一定的电场或磁场来改变离子的特性，从而改变碳酸钙(碳酸镁)沉积的速度及沉积时的物理特性来阻止硬水垢的形成。
5、加药法：向水中加入专用的阻垢剂，可以改变钙镁离子与碳酸根离子结合的特性，从而使水垢不能析出、沉积。
目前工业上可以使用的的阻垢剂很多。
硬水软化课件PPT
硬水还会影响家用电器，如洗 衣机、热水器等的性能和使用
寿命。
硬水对工业生产的影响
硬水对工业生产的影响主要体现在设 备腐蚀和结垢等方面。
硬水还会加速工业设备的腐蚀，特别 是对于金属设备，可能会缩短其使用 寿命。
硬水中的钙、镁离子在高温下容易形 成水垢，附着在工业设备上，影响设 备的传热效率和使用寿命。
处理过程中会产生大量的沉淀物，需 要定期清理和排放。
成本低廉，适用于处理高硬度的水。
05
硬水软化的经济效益
家庭硬水软化的经济效益
节约能源
硬水软化可以减少家庭在热水供 应、洗衣、洗碗等方面所需的能
源消耗，从而降低能源费用。
延长设备使用寿命
硬水中的钙、镁离子会对家用设备 （如洗衣机、热水器等）造成结垢 和腐蚀，软化水可以减少这些影响， 延长设备的使用寿命。
膜分离法
利用特殊的膜过滤技术，如反渗透、 纳滤等，使钙镁离子被截留在膜的一 侧，从而实现硬水软化。
硬水软化技术的优缺点
沉淀法和过滤法操作简单，成本 较低，但对于高硬度水处理效果
不佳。
离子交换法能够处理高硬度水， 但需要定期再生，且再生剂的消 耗和废液的处理也需要考虑环保
问题。
膜分离法处理效果好，但膜的寿 命和堵塞问题需要定期更换和维
硬水软化课件ຫໍສະໝຸດ 目录• 硬水的定义与影响 • 硬水软化的原理 • 家庭硬水软化方法 • 工业硬水软化方法 • 硬水软化的经济效益 • 硬水软化的未来发展
01
硬水的定义与影响
硬水的定义
硬水是指含有较高浓度的钙、镁离子等矿物质的水，通常以碳酸钙和碳酸镁的形式 存在。
硬水中的钙、镁离子含量越高，水的硬度越大。
提高生活质量
硬水软化的原理
硬水软化的原理
硬水软化的原理是通过去除水中的钙和镁离子，使水变得软化。
这可以通过两种常见的方式来实现：离子交换和反渗透。
离子交换是硬水软化的主要方法之一。
硬水中的钙和镁离子被具有高亲和力的树脂颗粒捕获并与之交换。
树脂中的钠离子或氢离子取而代之，从而使水中的钙和镁离子被去除。
这个过程也被称为树脂再生，当树脂饱和时，一定量的盐水（通常是盐水溶液）会通过树脂床，把吸附在树脂上的钙和镁离子冲刷掉，然后再用新的盐水溶液来再生树脂，使其恢复吸附能力。
反渗透是另一种用于硬水软化的方法。
这是一种通过渗透和过滤的过程，使用半透膜来分离水中的离子和杂质。
通过施加高压，水被迫通过选择性透性膜，而溶解在水中的钙和镁离子等离子和微粒则被膜阻挡，从而得到软化的水。
该过程相对效率高，而且通常不需要额外的化学物质。
无论采用离子交换还是反渗透，处理后得到的水都可以被认为是软水。
软化的水除去了钙和镁离子，使得水具有更低的硬度，对首页和管道系统的腐蚀性降低，减少了垢石的产生，并且减少了洗涤和清洁所需的清洁剂用量。
因此，硬水软化是一种常见的水处理方式，特别适用于需要低硬度水的家庭、工业和商业应用。
硬水软化的方法
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↑ + H2OMg(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。
硬水软化的方法实验室
硬水软化的方法实验室
在实验室中，可以使用以下方法来软化硬水：
1. 离子交换法：在实验室中，可以使用离子交换树脂来软化硬水。
将硬水通过离子交换柱，树脂中的阴离子（如氯离子）与硬水中的阳离子（如钙离子、镁离子）发生交换，实现软水的制备。
2. 反渗透法：反渗透法是一种通过半透膜来去除水中的离子和杂质的方法。
在实验室中，可以使用反渗透设备将硬水通过半透膜，使得其中的钙离子、镁离子等离子被去除，从而得到软化的水。
3. 蒸馏法：蒸馏法可以通过水的沸腾和冷凝来去除水中的离子和杂质。
在实验室中，可以将硬水加热至沸腾，然后将蒸气冷凝成液态水，从而得到软化的水。
4. 添加络合剂：络合剂是一种可以与水中的金属离子形成稳定的络合物的化合物。
在实验室中，可以向硬水中加入适量的络合剂，使其中的金属离子与络合剂形成络合物，从而降低硬度。
需要注意的是，不同实验室的硬水硬度程度可能有所不同，因此具体选择哪种方法软化硬水需要根据实际情况来确定。
水的软化实验报告
水的软化实验报告实验分析1.加热软化实验：从本次实验结果来看，加热20min之后，水的硬度较大程度降低，继续加热，处理效果甚微。
2.离子交换软化实验：理论上，在树脂达到交换饱和之前，出水硬度应随着处理时间增大而缓慢增大，而实验结果却与之相反。
分析原因如下：实验之初，未调整好自来水流速，流速过高。
在交换过程中，离子进行扩散-交换-扩散系列步骤，所以，一般情况下，交换液流速大，在树脂层的停留时间缩短，未与树脂充分接触交换，水中的部分钙、镁离子未来得及交换就随出水流出。
当流速调整适当后，树脂与自来水逐渐充分接触，因此，出水硬度也逐渐下降。
在60min时，出水硬度开始上升，表示树脂交换已基本达到饱和，此时处理总水量为322mL。
3.误差分析：（1）本次实验滴定所用的EDTA体积都比较小，对操作技术和仪器质量都要求极高，滴定终点的判断准确度、滴定时读数有微小偏差、滴定管有微量漏液都会对实验结果造成较大影响。
（2）未保证整个实验过程的水流速相同，影响出水硬度。
4.结合实验与所学知识，总结出影响离子交换容量的因素有：（1）流速：流速越大，在树脂层停留时间越短，未充分接触交换，树脂利用率降低；而过小的流速会造成原水只与树脂表面离子进行交换，水不能进入树脂内部（树脂表面通常仅提供20%的交换容量，树脂内部结构能提供80%交换容量）（2）水与树脂的接触时间：接触时间越长，交换越充分，相对单位树脂产水能力下降。
（3）树脂层的高度：离子交换柱树脂层高度越低，流速对其交换能力的影响就越大，当树脂层达到一定高度时，流速对其交换能力的影响可降到比较低的程度。
（4）温度：水温增加能加快内扩散，提高交换能力。
（5）树脂类型：不同树脂交联度等不同，交换能力不同。
5.实验结论：加热法和离子交换法均能使水的硬度降低。
相比而言，离子交换法对水的软化效果更好。
硬水软化实验
实验硬水的软化实验一、实验目的了解硬水软化的两种方法。
二、实验原理通常把含有较多Ca2+、Mg2+的天然水叫做硬水。
硬水有许多危害，故在使用之前，应除去或减少所含的Ca2+、Mg2+，降低水的硬度．这就是硬水的软化。
本实验采用药剂法及离子交换法。
药剂法是在水中加人某些化学试剂，使水中溶解的钙盐、镁盐成为沉淀物析出。
常用的试剂有石灰、纯碱、磷酸钠等。
根据对水质的要求，可以用一种或几种试剂。
若水的硬度是由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2所引起的，这种水称为暂时硬水，可用煮沸的方法，将Ca(HCO3)2、Mg(HCO3) 2分解生成不溶性CaCO3、MgCO3及Mg(OH)2沉淀，使水的硬度降低。
若水的硬度是由Ca2+、Mg2+的硫酸盐或盐酸盐所引起的这种水称为永久硬水，可采用药剂法(如石灰纯碱法)来降低水的硬度。
离子交换法是利用离子交换剂或离子交换树脂来软化水的方法。
离子交换剂中的阳离子能与水中的Ca2+、Mg2+交换，从而使硬水得到软化，如图1所示。
三、仪器和药品(1) 仪器试管、砂纸、酒精灯、三角架、试管夹、酸式滴定管(100mI，)。
(2) 药品CaSO4 (2mol／L)、石灰水(饱和)、肥皂水、NaCO3 (1moI／L)、阳离子交换树脂(已处理好，H型)、玻璃棉。
四、实验步骤殛问题思考(1)对硬水的识别取三支试管，分别加入蒸馏水、暂时硬水[含有Ca(HCO3)2的水]和永久硬水[含有CaCO3的水]各3mL，在每一支试管里倒人肥皂水约2mL。
观察在哪支试管里有钙肥皂生成？为什么?(2)暂时硬水的软化取两支试管各装暂时硬水5mL，把一支试管煮沸约2～3min；在另一支试管里加人澄清的石灰水1一2mL，用力振荡。
观察两试管中发生的现象，说明了什么问题？写出反应方程式。
(3)永久硬水的软化在一支试管里加CaSO4溶液3mL作为永久硬水。
先用加热的方法，煮沸是否能除去Ca2+后滴人NaCO3溶液1mL，有什么现象发生？为什么？写出反应式。
硬水软化的原理
硬水软化的原理
硬水软化是指通过一些方法减少或去除水中的硬度物质，使水变得更软。
硬水的主要成分是钙、镁等离子，这些离子会与水中的碳酸根离子结合，形成不溶性的碳酸钙或碳酸镁盐类。
因此，硬水的碳酸盐含量较高，导致水质硬度较高。
硬水软化的原理可以通过两个主要方式实现：离子交换和化学还原。
离子交换是最常用的硬水软化方法之一，主要通过树脂柱来完成。
树脂柱上的树脂具有一定的离子交换功能，可以将水中的钙、镁离子与树脂中的其他离子交换，使水中的钙、镁离子被去除。
当树脂柱中的交换位点饱和时，需要进行再生，即用浓盐酸或盐水进行冲洗，将吸附的钙、镁离子洗掉，从而恢复树脂的交换能力。
化学还原是另一种硬水软化方法，其中最常见的是添加磷酸盐化学络合剂。
这些络合剂中的磷酸根离子可以与钙、镁离子结合形成溶解度较高的络合物，从而使钙、镁离子不再与碳酸根离子结合而形成不溶性盐。
这样逐渐加入络合剂的过程中，水中的钙、镁离子会逐渐被络合剂包裹，形成可溶性的络合物，从而达到软化硬水的效果。
总的来说，硬水软化的原理主要是通过离子交换和化学还原这两种方式减少或去除水中的钙、镁离子，降低水的硬度，使水更加柔软。
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實驗影片 硬水的檢測及軟化法
想一想
• 在臺灣，哪些地方出現 硬水的比例最高？ • 喝硬水好？還是軟水好？
參考資料：/healthqa/sick_print.asp?id=581
想一想
• 台灣目前的供水 – 宜、花、東地區，受特殊地質環境的影響，屬於永久 性硬水區域； – 北台灣地區屬於中度硬水區，鈣、鎂離子在 80～160 mg/L 之間； – 中部地區鈣、鎂離子介於160～300 mg/L 之間， – 愈往南走水質的硬度愈是明顯增高，南台灣的高雄水 質過去曾高達600 ～700mg/L 的硬度。
2NaZ(s) ＋ Ca2＋(aq) → CaZ2 ＋ 2Na＋(aq) 2RSO3Na(s) ＋ Ca2＋(aq) → (RSO3)2Ca(s) ＋ 2Na＋(aq)
實驗器材
名稱 每組
電子天平
鐵架(含鐵夾)
共用
1組 1組 1支
名稱 大試管 (30*150mm) 試管 (13*100mm) 試管夾 試管架
實驗流程
【二】 暫時硬水的製備 1. 架設二氧化碳發生器裝 置，並在分液漏斗中加 入稀鹽酸。 2. 打開活栓滴入數滴稀鹽 酸後關閉，使產生的氣 體通入澄清石灰水中， 觀察變化；重複開關活 栓滴加稀鹽酸，直到溶 液再次澄清。 實驗步驟 2
實驗步驟
【二】 暫時硬水的製備
3. 將試管中的澄清液過 濾出來，即為含有碳 酸氫鈣的暫時硬水。 4. 取一試管裝入暫時硬 水，滴加數滴肥皂水， 搖動試管觀察有無泡 沫產生。
實驗原理
3. 缺點
− 受熱會形成鍋垢（CaSO4、CaCO3、MgCO3沉 澱），使鍋爐導熱不良，甚至有爆炸危險。 − 會與肥皂生成脂肪酸鈣((RCOO)2Ca)、脂肪酸 鎂((RCOO)2Mg)的沉澱，使肥皂的洗滌效果降 低。
4. 檢測：加入適量肥皂水後，輕晃試管。若為 軟水，會有持久性的泡沫生成；若為硬水， 會生成沉澱，所生成之泡沫量少也不持久。
1支
2支
標籤紙
攜帶型本生燈
共用
1個
實驗試藥
名稱 硫酸鈣溶液 (0.5 M) 硫酸鎂溶液 (0.5 M) 飽和碳酸鈉溶液 陽離子交換樹脂 （如安柏銳IR-120，50～100 篩目） 每組 30 mL 30 mL 100 mL 20 g
實驗試藥
名稱 大理石碎塊 稀鹽酸 (1 M) 澄清石灰水 蒸餾水 肥皂水（以蒸餾水配製） 每 組
20 g
80 mL 20 mL 200 mL
10 mL
實驗步驟
【一】 軟水與硬水之檢測
1. 檢測軟水 於裝有蒸餾水的試管 中加入數滴肥皂水， 搖動試管觀察有無泡 沫產生。
實驗步驟 1
實驗步驟
【一】 軟水與硬水之檢測
2. 檢測硬水 於裝有MgSO4(aq)的試 管中加入數滴肥皂水， 搖動試管觀察有無泡 沫產生。
• 健康好水的硬度最好在 50～100mg/L 間比較合適，最高 不得超過 450 mg/L，最低不得低於30 mg/L。
參考資料：/nature/0607-water.htm
想一想
硬水會造成那些影響？
• 降低肥皂(RCOONa)的洗滌效果。 • 鍋爐反應中易產生鍋垢，減低熱傳導，甚 至妨礙水在水管中之流動。 • 硬水的飲用也會對人體健康與日常生活造 成一定的影響。
實驗目的
• 能利用肥皂水的起泡情形，分辨硬水與軟 水。 • 能利用加熱法軟化暫時硬水。 • 能利用陽離子交換法軟化硬水。
實驗目的&原理
實驗原理
硬水 1. 定義：含有鈣離子和鎂離子的水，稱為硬水。 2. 分類 − 暫時硬水：含Ca2＋、Mg2＋與HCO3－的硬 水。可藉由煮沸法軟化。 − 永久硬水：含Ca2＋、Mg2＋與Cl－或SO42－ 的硬水。無法藉由煮沸法軟化。
實驗原理
3. 蘇打法：在硬水中加入碳酸鈉，會生成碳酸鈣 與碳酸鎂沉澱，過濾後，可得軟水。此法暫時 硬水與永久硬水均適用。
Ca2＋(aq) ＋ CO32－(aq) → CaCO3(s) ↓ Mg2＋(aq) ＋ CO32－(aq) → MgCO3(s) ↓
實驗原理
4. 陽離子交換法：將硬水通過陽離子交換樹脂， 如天然泡沸石(NaZ) 或磺酸化聚苯乙烯鈉鹽樹 脂(RSO3Na)，可得軟水。此法暫時硬水與永久 硬水均適用。
實驗原理
硬水軟化 1. 定義：移除硬水中的鈣離子與鎂離子的過程， 稱為硬水軟化。 2. 煮沸法：暫時硬水加熱會生成碳酸鈣與碳酸 鎂沉澱，過濾後，可得軟水。
Ca2＋(aq) ＋ 2HCO3－(aq) CaCO3(s) ↓＋ CO2(g) ＋ H2O(l) Mg2＋(aq) ＋ 2HCO3－(aq) MgCO3(s) ↓＋ CO2(g) ＋ H2O(l)
實驗步驟
【四】永久硬水的軟化 3. 加入飽和碳酸鈉溶液 取另一試管裝入MgSO4(aq)， 滴加飽和碳酸鈉溶液直到 沉澱不再產生。 4. 過濾檢測 將溶液過濾至燒杯中，滴 加數滴肥皂水，搖動燒杯 觀察有無泡沫產生。
實驗步驟
【五】製備陽離子交換層析管 1. 填充樹脂並沉澱 將陽離子交換樹脂倒 入層析管中，以蒸餾 水將樹脂洗下，靜置 等待完全沉澱。
實驗步驟
【三】 暫時硬水的軟化 1. 加熱沉澱 取一試管裝入暫時硬 水，以本生燈加熱至 沸騰產生沉澱後靜置。
實驗步驟 3
實驗步驟
【三】 暫時硬水的軟化 2. 過濾檢測 回溫後將溶液過濾至燒 杯中，以試管取 5 mL滴 加數滴肥皂水，搖動試 管觀察有無泡沫產生。
實驗步驟
【四】永久硬水的軟化 1. 加熱沉澱 取一試管裝入 MgSO4(aq)，以本生燈 加熱至沸騰產生沉澱 後靜置。 2. 過濾檢測 回溫後滴加數滴肥皂 水，搖動試管觀察有 無泡沫產生。 實驗步驟 4每組ຫໍສະໝຸດ 1支8支 1支 1個
二氧化碳發生器 (含抽濾瓶、分液 漏斗、橡皮塞) 支管
實驗器材&試藥
實驗器材
名稱 橡皮管(200mm) 量筒(10 mL) 燒杯(50 mL) 漏斗 每組 1條 1支 2個 3個 名稱 濾紙 塑膠滴管 玻璃棉 稱量紙 每組 6張 5支 共用 共用
玻璃棒 層析管 (10*100 mm)