1．下列溶液中加入肥皂水(澄清的)，振荡后，不产生沉淀而且有大量泡沫的是( )
A．光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)溶液
B．北京的地下水
C．海水
D．雨水
答案：D
2．用下列方法除去含Ca2＋、Mg2＋、Cl－、HCO的硬水，所得的水中含离子浓度最小的是( )
A．蒸馏 B．加热煮沸
C．加Ca(OH)2与Na2CO3 D．离子交换法
答案：A
3．(2011年湖州高二检测)加热后没有沉淀生成的水肯定不是( )
A．纯净的水 B．蒸馏水
C．具暂时硬度的水 D．具永久硬度的水
解析：选C。具暂时硬度的水中含Ca2＋、Mg2＋、HCO，加热后产生难溶性的CaCO3和MgCO3，MgCO3又转变为更难溶的Mg(OH)2。
4．下列化学方程式错误的是( )
A．Ca(HCO3)2CaCO3↓＋H2O＋CO2↑
B．MgCO3＋CO2＋H2O===Mg(HCO3)2
C．MgCO3＋H2OMg(OH)2↓＋CO2↑
D．CaCO3＋H2O===Ca(OH)2＋CO2↑
解析：选D。CaCO3的溶解度远小于Ca(OH)2的溶解度，故D项反应不能发生。
5．下列叙述中正确的是( )
A．不含Ca2＋、Mg2＋的水叫做软水
B．只要含有Ca2＋、Mg2＋的水就是硬水
C．只含Ca2＋或Mg2＋一种离子的水是暂时硬水
D．永久硬水用加热方法不能使其软化
解析：选D。由水的硬度及硬水和软水的概念不难作出判断，A、B、C均不正确。
6．天然水中含有较多的Ca2＋、Mg2＋、HCO、SO等杂质离子，关于此天然水的下列叙述中不正确的是( )
A．天然水具有暂时硬度和永久硬度
B．加入明矾能除去天然水中各种杂质离子而使之净化
C．将天然水蒸馏，可得较纯的蒸馏水
D．将天然水通过磺化煤的装置后可使之软化
解析：选B。加入明矾时，只能除去水中的悬浮杂质，而不能使水中的杂质离子除去，则B不正确。
7．下列物质中，既可用于制玻璃，又可用于软化硬水，并可用做洗涤剂的是( )
A．石灰石 B．烧碱
C．纯碱 D．硅酸钠
解析：选C。此题考查物质的用途，显然纯碱符合题意。
8．下列叙述中不正确的是( )
A．钟乳石(主要成分为CaCO3)能和稀盐酸反应
B．磺化煤可软化硬水
C．加热暂时硬水可放出CO2
D．加热永久硬水可放出CO2
解析：选D。加热永久硬水时，硬度不会消失，钙、镁的硫酸盐或氯化物等也不会分解，则选项D不正确。
9．(2011年龙岩高二检测)实验室用水中若含少量的Ca2＋、Mg2＋，则影响实验效果，欲除去这些离子，常采用的方法是( )
A．过滤 B．加磷酸钠溶液
C．加石灰和纯碱 D．蒸馏
解析：选D。因为水中含有的Ca2＋、Mg2＋易溶，因此过滤不能将其除去；加磷酸钠溶液或加石灰和纯碱虽然可以除去Ca2＋、Mg2＋，但因很难控制其用量，使得水中会含有过量的磷酸钠溶液或石灰和纯碱，因此通常采用加热蒸馏的办法。
10．对四支分别装有Ca(HCO3)2溶液的试管进行如下实验：
(1)滴入盐酸，产生的现象是________，化学反应方程式是________________________________________________________________________。
(2)滴入石灰水，产生的现象是________，化学反应方程式是________________________________________________________________________。
(3)滴入纯碱溶液，产生的现象是________，化学反应方程式是________________________________________________________________________。
(4)加热煮沸，产生的现象是________，化学反应方程式是________________________________________________________________________。
解析：结合Ca(HCO3)2和所加入物质的性质，即可顺利写出有关反应的化学方程式。
答案：(1)产生无色气体 Ca(HCO3)2＋2HCl===CaCl2＋2CO2↑＋2H2O
(2)产生白色沉淀 Ca(HCO3)2＋Ca(OH)2===2CaCO3↓＋2H2O
(3)产生白色沉淀 Ca(HCO3)2＋Na2CO3===CaCO3↓＋2NaHCO3
(4)产生无色气体和白色沉淀 Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2O
11．某城市用水中含c(Ca2＋)为1.0×10－3 mol·L－1，c(Mg2＋)为5.0×10－4 mol·L－1，c(HCO)为8.0×10－4 mol·L－1。如用药剂软化该水1000 L，应加入Ca(OH)2________ g，Na2CO3________ g；如果水中含Mg2＋，加入Na2CO3后，为尽量减少水中的Mg2＋的浓度，可将水加热至沸，加热时反应的化学方程式为 ________________________________________________________________________。
解析：首先要搞清沉淀的关系：
Ca2＋―→Na2CO3 沉淀为CaCO3
Mg2＋―→Ca(OH)2 沉淀为Mg(OH)2
HCO―→Ca(OH)2 沉淀为CaCO3
Ca(OH)2的用途有两个，一是沉淀Mg2＋，二是与HCO反应生成CO，故所消耗Ca(OH)2的质量便可求出：
m[Ca(OH)2]＝(0.5＋0.8×) mol×74 g·mol－1＝66.6 g
加入Na2CO3的用途自然是沉淀Ca2＋，溶液中原有Ca2＋为1 mol，又加入了Ca(OH)2的量为0.9 mol，从而使得Ca2＋总物质的量为1.9 mol ；
又因为0.8 mol HCO已转化为0.8 mol CO，故加入Na2CO3的量应为：
m(Na2CO3)＝(1.9－0.8) mol×106 g·mol－1＝116.6 g。
答案：66.6 116.6 MgCO3＋H2OMg(OH)2↓＋CO2↑
12．(2011年福州高二检测)某自来水中含有Ca2＋、Mg2＋、Na＋、K＋、HCO、SO、Cl－，长期烧煮上述自来水会在锅炉内形成水垢。锅炉水垢不仅耗费燃料，而且有烧坏锅炉、引起爆炸的危险，因此要定期清除锅炉水垢。已知部分物质20 ℃时的溶解度数据为
物质 Mg(OH)2 CaCO3 MgCO3 Ca(OH)2 CaSO4 MgSO4
溶解度g/100 g H2O 9.0×10－4 1.5×10－3 1.0×10－2 1.7×10－1 2.1×10－1 26.7
(1)请用化学方程式表示锅炉中的水垢含有Mg(OH)2的原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)锅炉中的水垢所含有的CaSO4不能直接用酸除去，需要加入试剂X，使其转化为易溶于盐酸的物质Y而除去。试剂X是____________。(填序号)
A．NaOH B．NaHCO3
C．Na2CO3 D．NaCl
CaSO4能转化为物质Y的原因是(用文字叙述)
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)除含CaSO4、Mg(OH)2外，锅炉水垢中还可能含有的物质是(写化学式)
________________________________________________________________________。
(4)若所用自来水的硬度为33.6度(计算硬度是将Ca2＋、Mg2＋都看成Ca2＋，并将其折算成相当于CaO的质量，通常1 L水中含有10 mg CaO称为1度)。1 t这样的水中相当于含CaO的物质的量为__________(水的密度为1 g/cm3)。
(5)水中的Ca2＋、Mg2＋可以用一定浓度的M溶液进行测定，M与Ca2＋、Mg2＋都以等物质的量进行反应。现取含Ca2＋浓度为0.40 g/L的自来水样10 mL至锥形瓶中进行滴定，达到滴定终点时，用去了浓度为0.01 mol/L的M溶液20.00 mL，则该自来水样中Mg2＋的物质的量浓度是____________。
解析：(1)加热时水中的Mg(HCO3)2分解，生成的MgCO3溶解度比较大，继续水解产生Mg(OH)2。
Mg(HCO3)2MgCO3↓＋CO2↑＋H2O
MgCO3＋H2O===Mg(OH)2↓＋CO2↑。
(2)Na2CO3可以降低水的永久硬度
Na2CO3＋CaSO4===CaCO3↓＋Na2SO4。
(4)由信息知33.6度相当于1 L水中含336 mg CaO，1 t水即1000 L,1 t水中含CaO 336×103 mg即336 g，n(CaO)＝＝6 mol。
(5)Ca2＋浓度为c(Ca2＋)＝＝0.01 mol/L，
由M～Ca2＋(Mg2＋)且n(Mg2＋)＝n(Ca2＋)，得c(Mg2＋)＝c(Ca2＋)＝0.01 mol/L。
答案：(1)Mg(HCO3)2MgCO3↓＋H2O＋CO2↑，MgCO3＋H2OMg(OH)2↓＋CO2↑
(2)C 碳酸钙的溶解度远远小于硫酸钙的溶解度
(3)CaCO3、MgCO3等
(4)6 mol (5)0.01 mol/L(共26张PPT)
第二单元 硬水软化
课前预习学案
目标定位
1．了解水的硬度及其表示方法。
2．了解硬水软化的方法及原理。
基础梳理
一、暂时硬度和永久硬度
水的硬度一般是指水里含_______离子浓度的总和，单位为毫摩/升(mmol·L－1)。一般把1 L水里含有10 mg CaO(或含相当于10 mg CaO的物质，如含7.1 mg MgO)称为1度(1°)。
1．硬水和软水
硬水：_____________________________。如矿泉水、自来水，以及自然界中的地面水和地下水等。
软水：只溶有少量或不含钙离子、镁离子的水。
钙、镁
溶有较多的钙离子、镁离子的水
区别硬水与软水的方法：
(1)加入肥皂水振荡，有大量泡沫产生的是软水，泡沫很少且有沉淀产生的是硬水。
(2)加入饱和Na2CO3溶液，无沉淀产生的是软水，有沉淀产生的是硬水。原因是：
__________________________；
___________________________。
2．水的硬度
暂时硬度：由______________________引起的硬度。
永久硬度：由______________________引起的，不能用煮沸法消除的硬度。
暂时硬度和永久硬度的区别在于所含的主要阴离子种类不同，天然水的硬度是_________与_________的总和。
Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2
钙、镁的硫酸盐或氯化物
暂时硬度
永久硬度
思考感悟
1.(1)水为什么存在硬度？
(2)毛巾使用久了为什么会变硬？
(2)在我们的生活用水中，往往溶解有许多种矿物质，其中含钙、镁盐较多的水叫硬水。自来水、河水和井水都是天然硬水。洗脸用的香皂中的主要成分，溶于水后会和钙、镁结合，形成不溶于水的沉淀物。时间久了，这些沉淀物就会一点一点地积存在毛巾的纤维中间，使毛巾变得干硬。把发硬的毛巾放进碱水或醋水中煮，能使沉淀物脱落，毛巾会重新变软。
CaCO3↓＋CO2↑＋H2O
MgCO3↓＋CO2↑＋H2O
Mg(OH)2↓＋CO2↑
2．药剂软化法
在水里加入适当的药剂，使溶解在水里的钙、镁盐转化为难溶于水的物质[如CaCO3、Mg(OH)2等沉淀]从水中析出，进而达到软化硬水的目的。常用的药剂有____、____等。
3．离子交换法
离子交换法是使离子交换树脂上的离子与水中的离子进行交换，以除去水中的阴、阳离子的方法。
例如，阳离子交换树脂(用HR表示，其中R代表离子交换树脂中的碳氢基团，多为烃基，H＋则是交换基团)和水中的金属离子Mn＋(如Na＋、Ca2＋、Mg2＋等)交换，发生的反应可表示为：_________________________。
石灰
纯碱
nHR＋Mn＋??MRn＋nH＋
阴离子交换树脂含有的交换基团则是OH－，它会与水中的阴离子Ym－(如SO、Cl－、HCO等)交换，发生的反应可表示为：____________________________。
由以上两式可知，在离子交换反应中，水中的阳离子、阴离子被转移到了离子交换树脂上，而离子交换树脂上可交换的H＋或OH－转入水中。
在进行水处理时，如果需要将水中的阳离子、阴离子都除去，阳离子交换树脂和阴离子交换树脂可以交替使用。交换完成后的树脂用强酸或强碱的稀溶液处理可重新恢复交换能力，这个过程叫做树脂的再生。
mROH＋Ym－??RmY＋mOH－
离子交换技术在水处理领域中有着广泛的应用。通过离子交换可以除去水中的无机盐，但是不能除去水里的细菌和病毒，因此在生产纯净水的过程中，还需要借助其他的技术。
【知识拓展】 离子交换树脂是用有机合成方法制成的。常用苯乙烯或丙烯酸等为原料，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成的。离子交换树脂含有一种(或几种)化学活性基团，即交换官能团。
思考
2.用离子交换树脂软化水，是先把水通过阳离子交换树脂，还是先通过阴离子交换树脂？为什么？
如果水的硬度是由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2所引起的，这种硬度叫做暂时硬度；如果水的硬度是由钙和镁的硫酸盐或氯化物等引起的，这种硬度叫做永久硬度。天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度。
课堂互动讲练
要点一
水的硬度
水的硬度过高对生活和生产都有害处。例如，洗涤用水如果硬度太高，水中的Ca2＋、Mg2＋与肥皂反应生成不溶于水的物质，不仅浪费肥皂，也洗不净衣物。在工业上对水的硬度也有要求，如锅炉用水如果硬度太高，长期烧煮后，水里的钙盐和镁盐会在锅炉内结成锅垢，使锅炉内金属管道的导热能力大大降低，不但浪费燃料，而且会导致管道局部过热，使锅炉管道变形或损坏，严重时会引起爆炸事故。所以硬水的软化非常重要。
(2010年龙岩调研)下列有关水的叙述中，错误的是( )
A．硬水中的Ca2＋、Mg2＋有阻碍肥皂起泡的作用
B．用漂白粉对自来水消毒会增加水的硬度
C．锅炉用水必须经过软化
D．用磺化煤软化的水不能饮用
【解析】 用磺化煤软化的硬水可以用作饮用水，而其他选项均正确。
【答案】 D
例1
触类旁通
1．锅炉水垢的主要成分是( )
A．CaCO3、MgCO3 B．CaSO4、MgCO3
C．CaCO3、Mg(OH)2 D．CaSO4、CaCO3
2．(2010年镇江高二检测)下列广告用语在科学上没有错误的是( )
A．这种饮料中不含任何化学物质
B．这种蒸馏水绝对纯净，其中不含任何离子
C．这种口服液含丰富的氮、磷、锌等微量元素
D．没有水就没有生命
解析：选D。饮料是由化学物质构成的，绝对纯净的水是没有的，氮、磷等不属于人体所需的微量元素，则A、B、C选项均不正确。
要点二
石灰——纯碱药剂软化法的化学原理
加入的消石灰与硬水中的钙、镁等离子作用：
Ca(OH)2＋Ca(HCO3)2===2CaCO3↓＋2H2O
2Ca(OH)2＋Mg(HCO3)2===2CaCO3↓＋Mg(OH)2↓＋2H2O
MgSO4＋Ca(OH)2===CaSO4＋Mg(OH)2↓
后继续加入的碳酸钠与CaSO4、过量的石灰水作用：
Na2CO3＋CaSO4===Na2SO4＋CaCO3↓
Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH
生成的碳酸钙和氢氧化镁沉淀物可过滤除去。
(2011年保定联考)用石灰 纯碱法软化硬水时，加入石灰的作用是( )
A．能降低水的永久硬度
B．能同时降低水的永久硬度和暂时硬度
C．将硬度全部转化为Ca2＋的硬度
D．将硬度全部转化为Mg2＋的硬度
【解析】 加石灰，使Mg2＋转化为Mg(OH)2沉淀，水的硬度全部转化为Ca2＋的硬度。
【答案】 C
例2
触类旁通
3．下列方法中能同时除去硬水中暂时硬度和永久硬度的是( )
①蒸馏 ②煮沸 ③加纯碱 ④加石灰 ⑤离子交换
A．①②③ B．①③⑤
C．②③⑤ D．③④⑤
解析：选B。煮沸、加石灰只能除去暂时硬度。
4．1 L水中溶有Mg(HCO3)2和CaCl2，其浓度分别是b mol/L和2b mol/L，现有一种试剂(适量)能把Ca2＋、Mg2＋除去，这种试剂最好选用( )
A．Ca(OH)2 B．NaOH
C．NaHCO3 D．Na2CO3
要点三
离子交换软化法
离子交换法：利用了离子交换反应原理，软化水的质量高。常用磺化煤(NaR)作离子交换剂：2NaR＋Ca2＋===CaR2＋2Na＋，2NaR＋Mg2＋===MgR2＋2Na＋。用8%～10%的食盐溶液浸泡可使失去软化能力的磺化煤再生：CaR2＋2Na＋===2NaR＋Ca2＋，MgR2＋2Na＋===2NaR＋Mg2＋。
盐酸预处理强酸型阳离子交换树脂，使之转变为HR，并用蒸馏水洗涤至中性，然后用该树脂软化100 mL含0.001 mol Mg2＋的中性溶液，使Mg2＋完全被树脂所交换，再用100 mL蒸馏水洗涤树脂。将交换液和最后的洗涤液收集在一起，所得溶液中H＋的物质的量浓度为( )
A．1×10－2 mol/L B．5×10－3 mol/L
C．1×10－3 mol/L D．2×10－3 mol/L
例3
【答案】 A
触类旁通
5．下列方法适宜软化永久硬水的是( )
A．离子交换法 B．长时间加热
C．加入硫酸钠 D．加入硝酸银
解析：选A。长时间加热不会使永久硬度消失，硫酸钠和硝酸银不能用于软化硬水。
6．(2011年常州质检)氢型阳离子交换树脂的主要反应可表示为2HR＋M2＋===MR2＋2H＋。若将100 mL只含Ca2＋的水经过此阳离子交换柱后，流出液用0.1000 mol/L NaOH溶液中和，用去NaOH溶液20.00 mL，则此100 mL水中含Ca2＋( )
A．160.00 mg B．80.00 mg
C．40.00 mg D．120.00 mg
课后达标训练
