【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的备注。

(资料图片)

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。

第三章碱土金属

§3-4硬水及其软化

【01】水是我们日常生活里不可缺少的东西，在工农业生产上有着广泛的用途。植物要从水中吸取养料；锅炉每天要消耗大量的水，把水变成水蒸气，以推动活塞和汽轮，从而带动各种机械装置。由于水是最容易得到的，而且它的比热又是一切物质中最大的，因此在冶铁工业以及其他一些工业上要用大量的水来进行降温冷却。另外，对大多数物质来说，水是一种很好的溶剂，在工业生产中许多化学反应都是在水溶液里进行的。

【02】水的分布非常广，海洋里积储着大量的水，地面上有河水、雨水等地面水，地下有深井水、泉水等地下水，所有这些水和地面上、地面下的土壤、矿物质相接触，溶解了许多杂质在内。但有的杂质多些，如海水、深井水、泉水，有的则少些。

【03】前面我们知道，在自然界里分布最广的矿物质是镁盐和钙盐，因此天然水里含有的矿物杂质，主要也是镁盐和钙盐。一般把含有较多量Ca⁺⁺离子（钙盐）和Mg⁺⁺离子（镁盐）的水叫做硬水；把含有极少量或不含有Ca⁺⁺离子和Mg⁺⁺离子的水，叫做软水。

硬水

【04】在硬水里，Ca⁺⁺离子和Mg⁺⁺离子主要以可溶性酸式碳酸盐HCO₃⁻、硫酸盐SO₄⁻⁻和氯化物Cl⁻存在的。

【05】硬水还可分为：

1、暂时硬水

【06】如果硬水里含有的是酸式碳酸盐，它是不稳定的，把水煮沸就能使之分解，生成难溶的碳酸盐沉淀从水里析出：

【07】这样，水里的Ca⁺⁺离子和Mg⁺⁺离子就会减少或者除去，硬水也就变成了软水。这种水的硬性是由碳酸氢钙和碳酸氢镁所引起的，我们称它暂时硬水。

2、永久硬水

【08】水的硬性如果是由硫酸钙、硫酸镁或氯化钙、氯化镁所引起的，这种硬水在煮沸时，不会有难溶性的钙盐或镁盐析出，因此不能减少水里的Ca⁺⁺离子和Mg⁺⁺离子，也不能降低水的硬性。这种硬水我们称它永久硬水。

硬水的危害

【09】硬水不适用于锅炉。如果锅炉里使用硬水，当水蒸发时，溶解在水里的钙盐和镁盐就会逐渐沉积出来，在锅炉内壁上结成一层不传热的“锅垢”。这样不仅浪费燃料（当锅垢厚达1毫米时，大约要多消耗5%的煤），而且因为锅垢和锅炉钢板受热膨胀的程度不同，沉积在锅炉内壁的锅垢会发生裂缝，当水直接和高温钢板接触时，水突然汽化，局部压强增大，钢板因膨胀而凸出，有时由于蒸气压强突然增加过多，锅炉就会发生爆炸。

【10】化学工业上如果用硬水进行生产，会把Ca⁺⁺离子和Mg⁺⁺离子带入产品中，影响产品的质量。

【11】洗衣服时如果用硬水，会增加肥皂的消耗。肥皂是硬脂酸的钠盐，它能溶于水而产生泡沫，因而有去垢的作用。如果遇到硬水，生成难溶性的硬脂酸钙和硬脂酸镁（参看第四册§2-14），就不能产生泡沫，因此不能除去衣服上的污垢。并且这些沉淀留在衣服上还会损坏织物。

硬水的软化

【12】从上面所讲的硬水的危害可以看到，硬水在工业上和家庭中都是不适用的。因此在使用之前，必须加以适当处理，除去或减少硬水里所含的Ca⁺⁺离子和Mg⁺⁺离子，降低水的硬性，这称为硬水的软化。

1、暂时硬水的软化方法

【13】常用的有以下几种：

(1)加热煮沸法

【14】前面讲过，暂时硬水里所含的酸式碳酸盐是不稳定的，加热煮沸，就能变成难溶的碳酸盐沉淀而除去，这样水就软化了，但是在处理大量的水时，这种方法要消耗掉很多燃料，因此很不经济。

(2)加碱法

【15】在暂时硬水里加入适量的碱，溶解在水里的酸式碳酸盐也能变成难溶的碳酸盐沉淀。工业上常用消石灰（消石灰是最廉价的碱）来软化暂时硬水，称做石灰法：

【16】用离子方程式表示：

【17】或

【18】用消石灰软化暂时硬水，消石灰的用量必须适量（水样应该先经过分析，根据暂时硬性的大小来确定消石灰的用量）。因为如果所用消石灰的量过多，它虽然把水中原有的Ca⁺⁺离子和Mg⁺⁺离子沉淀而除掉，但它本身（过量部分）却又引进了Ca⁺⁺离子，这样仍然达不到软化的目的。如果用氢氧化钠代替消石灰，就没有这种缺点，不过氢氧化钠的价格较高。经过软化的水，如含有少量钠盐，在工业上或家庭里应用是没有妨碍的。

2、永久硬水的软化法

【19】用加热煮沸法不能使永久硬水软化，加碱虽然能使硬水中的Mg⁺⁺离子变成难溶的氢氧化镁沉淀而除去，但氢氧化钙的溶解度比较大，一般不会沉淀析出，因此硬水中的Ca⁺⁺离子仍不能除去。永久硬水可以用纯碱使它软化。纯碱在水溶液里能电离生成大量的CO₃⁻⁻离子，跟硬水中的Ca⁺⁺离子、Mg⁺⁺离子结合成难溶的碳酸钙和碳酸镁沉淀（显然，加入纯碱也可使暂时硬水软化）：

【20】天然水常同时具有暂时硬性和永久硬性，加入纯碱，可以把两种硬性一起降低。在经过软化以后的水里，加入适量明矾，待沉淀沉降，或经过滤，就得到洁净的软水，现代工业上广泛使用所谓“软化剂”来软化硬水，人造沸石就是其中的一种。

【21】人造沸石是一种不溶于水的铝硅酸钠盐（Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂或写成Na₂Z）。把人造沸石装在容器里，当硬水通过人造沸石时，Ca⁺⁺离子和Mg⁺⁺离子跟人造沸石里的钠离子进行交换，这样硬水就软化了：

【22】当人造沸石的Na⁺离子全部被Ca⁺⁺离子和Mg⁺⁺离子代替时，它就失去继续软化硬水的能力。这时可用10%的较浓的食盐溶液通过人造沸石，Na⁺离子又能把Ca⁺⁺离子和Mg⁺⁺离子交换出来，重新生成Na₂Z：

【23】再用水把代替出来的钙盐和镁盐冲洗掉，这样人造沸石又恢复了软化硬水的能力。

【24】用人造沸石软化硬水，能把暂时硬性和永久硬性都降低，手续简便，整个设备占地很小，软化硬水过程只消耗了一些食盐溶液，是比较经济的。