硬水软化的蒸馏装置
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发布时间：2022-05-16 02:40
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时间：2023-10-09 09:09
用品：烧杯、玻棒、滴管、酒精灯、铁架台。氢氧化钙、盐酸、石灰石、澄清石灰水、蒸馏水、肥皂液、碳酸钠、磷酸三钠、磺化煤、离子交换柱。
原理：溶有较多量Ca2+和Mg2+的水称为硬水，根据所含盐类的不同，硬水又分为暂时硬水（含有HCO3-）和永久硬水（含有SO42-、Cl-）。1升水里含有10毫克氧化钙（或相当于10毫克氧化钙）称为1度（1°）。氧化镁1毫克折算成1.4毫克氧化钙。硬度大于30°的是最硬水。暂时硬水经过煮沸以后，碳酸氢盐分解生成不溶性的碳酸盐。生成的碳酸镁会发生水解反应，生成更难溶的氢氧化镁。硬度可降至 8°以下，但仍在3°～4°以上。
药剂软化法和离子交换法是硬水软化的主要方法。药剂软化法常用的药剂有石灰、纯碱或磷酸三钠等。通过反应可生成CaCO3、Mg（OH）2、Mg3（PO4）2、Ca3（PO4）2等几乎不溶于水的物质，使 Ca2+、Mg2+除去。离子交换法是用离子交换剂软化水的一种现代方法。离子交换剂有天然或人造沸石、磺化煤和离子交换树脂等。磺化煤是用烟煤、褐煤经发烟硫酸或浓硫酸处理后的一种黑色颗粒状物质。当硬水通过磺化煤时，硬水里的Ca2+和 Mg2+会跟磺化煤的 Na+起离子交换作用，从而使硬水软化。磺化煤的 Na+耗毕，可用 8～10％食盐溶液再生，恢复软化硬水的功能。离子交换树脂是一种高分子聚合物，由固定的树脂本体和带有活性离子的交换基团两部分所组成。阳离子交换树脂和阴离子交换树脂可分别用盐酸（2摩/升）和氢氧化钠（8％）溶液再生。
操作：
1.制备暂时硬水 称取2克氢氧化钙固体，放入盛有100毫升蒸馏水的烧杯里，搅拌使之溶解，然后通入二氧化碳气体。开始时因生成白色的碳酸钙沉淀而使溶液浑浊，继续通入二氧化碳，直至溶液重新达到透明，过滤后就得到含有碳酸氢钙的暂时硬水（硬度约为60°）。直接往澄清的石灰水里通入二氧化碳也可制备暂时硬水。
2.制备永久硬水 将2克硫酸钙固体，放入20O毫水蒸馏水里，搅拌使之溶解，然后过滤除去不溶部分，则得到含有硫酸钙的永久硬水（硬度约为90°）。
3.制备肥皂液 用10克肥皂片溶解于 100毫升80％酒精溶液中，静置几天后倾出上层澄清的肥皂液，装入试剂瓶里备用。
4.水的硬度 在三支试管里分别加入5毫升蒸馏水、5毫升暂时硬水和5毫升永久硬水，然后用滴管往试管里滴入肥皂溶液，边滴边记数边振荡试管，第一支试管内液体表面最先出现稳定的泡沫，后两支试管因盛有的硬水内分别含有碳酸氢钙和硫酸钙，须待其中的钙离子完全与肥皂（主要成分是硬脂酸钠）反应生成沉淀（硬脂酸钙）后，才出现定形的泡沫。从滴数的多少可比较它们的硬度。
5.暂时硬水的软化 在两支试管里各加入5毫升暂时硬水，将其中的一支放在酒精灯上加热，使溶液煮沸几分钟，冷却。然后往两支试管里滴加肥皂溶液，振荡，观察试管内出现稳定泡沫的先后，并以产生稳定泡沫所需肥皂溶液的滴数之差，来比较其硬度。
6.药剂软化法软化硬水 在两支试管里分别加入5毫升暂时硬水和5毫升永久硬水，再加入0.1克碳酸钠或磷酸三钠，振荡。同样以肥皂溶液检验经软化处理后水的硬度。并以所用肥皂溶液的滴数来比较药剂处理前（已有记录）、后水的硬度变化。
7.离子交换法软化硬水 将离子交换柱（Φ50×500毫米的玻璃管）固定在铁架台上。柱内装有离子交换剂（磺化煤或732型阳离子交换树脂，事先在蒸馏水中浸泡24小时），柱的下方放一只小烧杯。
从高位瓶中将硬水从交换柱上方流入柱内，使硬水慢慢地流经离子交换剂。待柱内充满水后，手捏交换柱下端乳胶管中的玻璃珠，缓缓放水至小烧杯里。取5毫升经离子交换剂处理过的水，用肥皂溶液检验其硬度，并与未处理的硬水作比较。注意事项：离子交换柱内装入的离子交换剂体积以3/4为宜。硬水流入柱内时要缓慢，充满水后柱内应不留有气泡。
