化学自习室移动版

   凡是不易使肥皂产生泡沫，而易在锅炉中产生锅垢的水里，通常都含有钙、镁、铝、铁等的碳酸氢盐、氯化物、硫酸盐和硝酸盐等盐类，这种水在工业上叫做硬水．这些盐类在水中含量的多少，常以硬度来表示，所以水的硬度就是指水里所含有的除碱金属以外的全部金属离子浓度的总和．但水中的铁、铝等盐类一般都较少，硬度主要是由钙、镁离子所引起的．因而水的硬度主要取决于这两种离子的总含量．

   如果水的硬度是由钙、镁的碳酸氢盐Ca(HCO₃)₂、Mg(HCO₃)₂等所引起的，那么经过煮沸，碳酸氢盐分解转变为碳酸盐沉淀而析出，水的硬度就能除去或减小，这类硬水叫做暂时硬水．

M(HCO₃)₂MCO₃↓+CO₂↑+H₂O

(M代表Ca²⁺或Mg²⁺)

   如果水的硬度是由钙、镁的其它盐类所引起的，那么不能用加热方法来除去，这类硬水叫做永久硬水．

   水的硬度常用一种规定的标准来衡量．通常把1L水里含有10mg CaO(或相当于10mg CaO)称为1度(以1°表示)．水的硬度在8°以下的称为软水；在8°以上的称为硬水．硬度大于30°的是最硬水．

  水质对工业生产及日用生活上都有影响．如果用硬水作锅炉用水，将产生锅垢，既多耗费燃料，又可能使锅炉发生爆炸事故．硬水用于染色，则织物不易着色，色泽不匀，织物发硬；用于造纸，产生斑点；用于发酵，会有苦味；用于制糖，不易结晶．用硬水洗涤衣服，则因生成难溶物质(由原来的硬脂酸钠变为难溶的硬脂酸钙或硬脂酸镁)，而使肥皂失掉去污能力，并且这些难溶物质附着在衣物上会使衣服发硬．化学工业、电子工业、医药工业和科学研究对水质的要求更加严格．

  消除水的硬性有很多方法．过去多采用化学方法，即在硬水中加入适量的熟石灰、磷酸三钠或三聚磷酸钠等软化剂，使钙、镁离子沉淀而析出．例如：Ca(HCO₃)₂+Ca(OH)₂=2CaCO₃↓+2H₂O；Mg(HCO₃)₂+2Ca(OH)₂=Mg(OH)₂↓+2CaCO₃↓+2H₂O；MgCl₂+Ca(OH)₂=Mg(OH)₂↓+CaCl_2，再加入Na₂CO₃，使与产物中的CaCl₂作用生成CaCO₃沉淀．CaCl₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaCl

  现在工业上则广泛应用阳离子交换法来软化硬水．这种方法是利用一种叫做阳离子交换剂的固体物质，它具有可被交换的阳离子(阳离子性基团)，当硬水通过这种物质时，该物质中的阳离子，能够和水中的Ca²⁺、Mg²⁺离子进行交换，而把它们从水中除去以使硬水软化．

  离子交换剂的种类很多，目前工业上大量使用的是磺化煤．它是一种用烟煤或石油焦碎粒经过浓硫酸处理而制成的碳质离子交换剂(黑色固体)，其组成中含有磺酸基(-SO₃H)．使用前，先让10％的食盐水通过，使它转变成Na型．

   当硬水通过Na型磺化煤时，Na+离子与水中的Ca²⁺、Mg²⁺离子进行了交换，水即被软化．

   使用失效后的磺化煤，用10％左右的食盐水处理，进行再生，仍可重新使用．

  在科学研究和某些生产上对水质的要求更高，需要用高纯水．过去是用重蒸馏方法制取的，现在则大都采用阴、阳离子交换树脂以制得“去离子水”．氢型阳离子交换树脂中含有许多羧基(-COOH)或磺酸基，这些基团中的H⁺离子能和水中的Ca²⁺、Mg²⁺离子进行交换．如以RH代表阳离子交换树脂，其反应如下：

2RH+Ca²⁺(或Mg²⁺)R₂Ca(或R₂Mg)+2H⁺

   当树脂中的H⁺离子全部为Ca²⁺、Mg²⁺离子所交换时，树脂就失去了软化能力，可以用稀硫酸溶液处理，使树脂再生．

R₂Ca+2H⁺=2RH+Ca²⁺

   把已经除去Ca²⁺、Mg²⁺离子的水，再通过阴离子交换树脂(用ROH代表)，

去交换能力的树脂可以用稀碱溶液处理，获得再生．

通过阳、阴离子交换树脂的水，不仅除去了水的硬度，而且还除去了其它杂质离子，所以纯度高．