固体力学学报
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水垢从哪里来

星期天小青帮妈妈烧水时发现,水煮沸后略显浑浊。冷却,静置,水面上有一层白色的固体漂浮物,水底也有很多白色的固体沉淀。经过观察,小青又发现,家里烧水用的水壶壶底和壶壁上也覆盖有一层白色的水垢。这一现象引发了小青的思考:本来是清澈透明的井水,煮沸后为什么会出现固体呢?这些固体物质又是从哪里来的呢?小青决定对家里的井水进行探究。

小青知道用肥皂水可以鉴别硬水和软水,于是她用小塑料杯分别取了等量的井水和饮用纯净水,然后滴加等量的肥皂水,振荡。通过观察,她发现纯净水表面有一定量的泡沫,而井水中没有泡沫却有大量浮渣(如下图)。据此,小青推测家里的井水是硬水。

小青查阅了资料,了解到硬水中含有较多的可溶性钙、镁化合物(包括碳酸氢钙、碳酸氢镁等物质)。在加热的条件下,碳酸氢钙和碳酸氢镁能够分解,生成碳酸钙和碳酸镁,反应的化学方程式分别H2O+CO2↑。碳酸钙是白色固体,不溶于水;碳酸镁微溶于水,继续加热,能够与水反应生成氢氧化镁,反应的化学方程式为:MgCO3+H2O△=Mg(OH)2↓+CO2↑,氢氧化镁为白色沉淀。

当我们给硬水加热时,水中的一部分钙、镁化合物,如碳酸氢钙、碳酸氢镁等就会分解,生成碳酸钙、氢氧化镁等固体。这些不溶于水的固体小颗粒悬浮在水中,使水变浑浊。停止加热并静置,这些固体小颗粒就会沉降下来。经常用硬水烧水的水壶中,这些固体小颗粒附着在壶底和壶壁上,时间长了就会形成一层厚厚的水垢。

水垢不易导热,壶底聚积了大量的水垢后,既影响水质,又浪费燃料,所以水垢太厚时应该及时除去。哪些方法可以有效地去除水垢呢?小青决定继续探究。

由于水垢的主要成分是碳酸钙和氢氧化镁,而它们都能与酸反应,生成可溶性的钙、镁化合物。因此,小青将沸水中的固体沉淀物沥出水分,分成两份倒进小杯子里,然后向其中一个小杯子中滴加少量食醋,观察现象并记录;并将另一个小杯子带到学校的化学实验室,滴加稀盐酸,观察现象并记录。(见下表)

盐酸能够快速地除去水垢,但由于它的酸性较强,水壶等金属制品很容易被腐蚀,操作不慎也容易对人体造成伤害。而食醋中的有效成分为醋酸,醋酸的酸性较弱,且在食醋中的含量较低,一般在3%~7%,不会对人体造成伤害。所以,在家庭厨房里,除水垢常用的方法是将食醋和清水混合放入水壶中煮一煮,然后将水垢擦拭干净,并用清水清洗即可。

滴加的物质食醋盐酸现象有细密的小气泡持续冒出,固体物质逐渐减少剧烈反应,发出滋滋的声音,有大量气泡冒出,固体物质很快消失