探究水垢的形成

1、探究水垢的形成探究性質(zhì)：通過對(duì)日常生活中水垢的產(chǎn)生，轉(zhuǎn)為對(duì)物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)的研究。探究對(duì)象：通過研究家中水壺中水垢的形成，引出本次的探究課題。探究地點(diǎn)：我們當(dāng)?shù)鼐幼〉沫h(huán)境附近。探究目標(biāo)：探究水垢的形成，查找去除和避免水垢產(chǎn)生的辦法。摘要：借用課堂所學(xué)知識(shí)和通過上網(wǎng)專題查詢， 發(fā)現(xiàn)我國(guó)是水垢污染大國(guó)， 無(wú)論是生產(chǎn)工作中，還是日常生活，水垢對(duì)我們都有嚴(yán)重的影響，例如生產(chǎn)中，換熱器、輸送管道、泵閥等設(shè)備的結(jié)垢現(xiàn)象十分普遍，生活中，保溫瓶、燒水壺中，都有大量水垢的存在。通過課堂學(xué)習(xí)與平時(shí)了解， 熟悉了水垢的形成機(jī)理和存在的化學(xué)反應(yīng)， 在此我想通過調(diào)查研究我們當(dāng)?shù)鼐幼〉纳瞽h(huán)境，來(lái)驗(yàn)證水垢的形成和探究如何有

2、效的避免水垢的出現(xiàn)。1、引言相信很多人都會(huì)有這樣的經(jīng)歷，經(jīng)常用來(lái)燒開水的水壺在使用一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)一層厚厚的黃色的水垢，又硬又難看。 這究竟是怎么回事呢？常用于貯存水或燒水的器皿（如暖水壺、熱水壺）壁上常結(jié)有一層水垢（主要成分是CaCO 3 ）不易清洗，運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)知識(shí)能否輕松洗掉呢？偶爾看電視廣告了解到： 貝殼放在酸性物質(zhì)中浸泡過后， 變得非常容易碎，是不是也可以用這種方法來(lái)除過水垢呢？下面通過我們課堂所學(xué)的知識(shí)和實(shí)驗(yàn)探究來(lái)解決以上提出的問題。2、水垢的形成2.1 閱讀資料解釋據(jù)查閱資料顯示，水垢是具有反常溶解度的難溶或微溶鹽，易在器壁尤其是金屬表面處析出沉積。其形成過程為：微細(xì)結(jié)晶在過飽

3、和溶液中處于溶解-結(jié)晶的亞穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)晶在器壁聚集黏附并有序長(zhǎng)大，結(jié)成水垢。 水垢是否形成主要取決于鹽類是否過飽和及其結(jié)晶的生長(zhǎng)過程，與成垢離子、水質(zhì)情況、器壁形態(tài)等密切相關(guān)。系統(tǒng)中的成垢離子越飽和、水的硬度越高， 結(jié)垢傾向越嚴(yán)重；粗糙的金屬表面和雜質(zhì)對(duì)結(jié)晶過程也有催化作用，會(huì)促進(jìn)水垢析出。大部分水垢外觀呈白色或灰白色，質(zhì)硬且致密，以碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鈣鹽和硅酸鹽的鈣鎂鹽為主，其中最典型的是碳酸鈣垢，此外工業(yè)鍋爐中還可能產(chǎn)生鐵垢和銅垢等。2.2 課堂所學(xué)知識(shí)解釋在課堂學(xué)習(xí)和平時(shí)閱讀中了解，水垢的形成主要有兩個(gè)因素。從物理性質(zhì)來(lái)講，在硬水質(zhì)地區(qū)， PH 值的變化會(huì)引起水垢的形成：PH 值越低，

4、水中的酸性越強(qiáng)，所能溶解的礦物質(zhì)成分也就越多；PH 值越高，水中的堿性越強(qiáng)，所能溶解的礦物質(zhì)成分也就越少。如對(duì)水加熱、水壓降低、在水中添加化學(xué)品劑等都會(huì)導(dǎo)致PH 值升高。隨著PH 值升高，礦物質(zhì)成分在水中溶解的能力減弱，這些礦物質(zhì)成分（碳酸鈣為主）就會(huì)沉淀下來(lái)，成了水垢。從化學(xué)反應(yīng)來(lái)講，自來(lái)水是由河水、湖水或者井水經(jīng)過沉降，除去泥沙，消毒殺菌后得到的， 其中溶解了許多的礦物質(zhì)。當(dāng)水燒開后，一部分水蒸發(fā)了，原來(lái)溶解在水中的碳酸氫鈣和碳酸氫鎂， 在沸騰的水里分解，產(chǎn)生碳酸鈣和氫氧化鎂等難溶物沉淀下來(lái)，有時(shí)也會(huì)生成碳酸鎂，就這樣也形成了水垢。具體的反應(yīng)過程：Ca(HCO) 2= CaCO 3+H 2

5、O + CO2Mg(HCO3 ) 2= MgCO 3 +H 2O + CO2MgCO3+H2O= Mg(OH)2 +CO 2(煮沸）（注：在煮沸的時(shí)候氫氧化鎂的溶解度比碳酸鎂小）2.3 所得結(jié)論飲用水中一般都含有少量的鈣離子和鎂離子，還含有少量碳酸氫根離子。將飲用的水加熱煮沸，由于碳酸氫鈣和碳酸氫鎂熱分解溫度低于100 攝氏度，碳酸氫鈣會(huì)分解成碳酸鈣、二氧化碳和水，碳酸氫鎂也會(huì)分解成碳酸鎂、二氧化碳和水。但是，長(zhǎng)時(shí)間煮沸，碳酸鎂會(huì)跟水反應(yīng)， 部分或全部轉(zhuǎn)化成氫氧化鎂。這是因?yàn)椋瑲溲趸V比碳酸鎂的溶解度更小，不斷加熱，生成更難溶的氫氧化鎂，有利于碳酸鎂的水解。碳酸鈣、碳酸鎂、氫氧化鎂都是溶解度很

6、小的物質(zhì)， 會(huì)從水中析出，形成沉淀。形成的沉淀通常帶有部分結(jié)晶水，還含有少量其他金屬離子。 綜上所述， 水垢的主要成分是碳酸鈣和氫氧化鎂，還可能含有一定量的碳酸氫鎂。既然我們已經(jīng)得出水垢的形成方式，我們可以從此入手，尋找去除水垢的方式。3 去除水垢的研究步驟3.1 做出假設(shè)根據(jù)自己所學(xué)的知識(shí)猜想：用高濃度醋、肥皂水、白酒哪種物質(zhì)除水垢較好呢？3.2 探究方法實(shí)驗(yàn)：從家中燒水壺取三塊大小大致相同的水垢分別放在三個(gè)干凈水杯中，分別加入高濃度醋、肥皂水、白酒觀察現(xiàn)象有何不同，并在下表記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。3.3探究現(xiàn)象高濃度醋肥皂水白酒觀察現(xiàn)象迅速產(chǎn)生大量氣泡無(wú)現(xiàn)象無(wú)現(xiàn)象3.4探究結(jié)果根據(jù)觀察到的現(xiàn)象，比較

7、生活中用哪種物質(zhì)除水垢較好？為什么？現(xiàn)象解釋 ：根據(jù)復(fù)分解反應(yīng)得到：碳酸鈣與醋酸反應(yīng)生成溶于水的醋酸鈣、二氧化碳和水；碳酸鈣與堿不反應(yīng)；酒精與碳酸鈣不反應(yīng)。結(jié)論 ：用醋酸除水垢較好，因?yàn)榇姿崮艹浞峙c水垢反應(yīng)注：食用的醋是一種酸的溶液，也可以與碳酸鈣可以發(fā)生反應(yīng)，并且對(duì)水壺不會(huì)有很大的腐蝕性。4 分析與討論水垢對(duì)人體健康也是有危害的， 其最大組成部分是碳酸鈣， 而我們飲水中如果過多的攝入碳酸鈣就容易在體內(nèi)形成沉淀物， 這也是當(dāng)下社會(huì)為什么那么多人患結(jié)石病的原因牙垢、牙周炎大多也是由水垢引起的，同時(shí)水垢更容易吸附一些微量金屬元素，包括鉛、鋅、砷等重金屬，長(zhǎng)期攝入對(duì)健康有不利的影響！那么，如何有效的

8、避免和去除水垢呢？在工業(yè)生產(chǎn)上， 水垢通常膠結(jié)于容器或管道表面，使水管道變得阻塞，造成水流不暢并最終導(dǎo)致必須更換水管道。 從而使這些用水器材的效率減低和運(yùn)行費(fèi)用增加， 導(dǎo)致能源費(fèi)用增加達(dá)甚至更多。如工廠供暖供汽用的大鍋爐，每天都要燒干數(shù)十噸的水提供水蒸汽。大鍋爐里結(jié)了大量的水垢， 好比鍋爐壁的鋼板和水之間筑起一座隔熱的石墻。 鍋爐鋼鐵挨不著水， 爐膛的火一個(gè)勁地把鋼板燒得通紅。 這時(shí)候，如果水垢出現(xiàn)裂縫，水立即滲漏到高溫的鋼板上，急劇蒸發(fā)，造成鍋爐內(nèi)壓力猛增，就要發(fā)生爆炸。不亞于一顆重磅炸彈！可見水垢的危害，決不能等閑視之。水垢， 以前沒有被人們重視，現(xiàn)有關(guān)資料表明，水垢中含有重金屬污染的潛在

9、危險(xiǎn)。通過對(duì)水垢的化學(xué)分析，所含重金屬有鎘、鉛、鐵、砷等，雖是微量，但是長(zhǎng)期小量地把重金屬攝入體內(nèi)，可以引起神經(jīng)、消化、泌尿和造血系統(tǒng)的病變和功能障礙，不可忽視，應(yīng)經(jīng)常消除燒水壺和熱水壺內(nèi)的水垢。5 水垢的去除和預(yù)防對(duì)付水垢， 人們也想了很多種解決方法。如將蘋果皮、 山楂切開或土豆加水煮沸一兩小時(shí)去垢效果更快。還有用電水壺煮山芋、煮雞蛋、 在壺中放入一塊磁鐵再燒水等多種方法除水垢。（但千萬(wàn)不要用醋精或白醋，因?yàn)榇字泻形剿畨A的物質(zhì)，表面上燒開的水中沒有水堿，但是人在喝水時(shí)，會(huì)喝進(jìn)醋中所含的水堿，反而增加水堿的危害。）而在工廠里，往往在水里加入適量的碳酸鈉（俗名蘇打），使水中的鈣鎂鹽類變成沉淀

10、除去。 還有用離子交換樹脂、軟化劑、 機(jī)械式軟化裝置、過濾裝置、 磁性水處理器等方法，在使用前得到軟水。注意： 1、在家電中除水垢，要用食品級(jí)除垢劑，因?yàn)楣I(yè)級(jí)除垢劑含有雜質(zhì)，甚至有毒，喝了對(duì)人體有害；2、水家電除水垢，用強(qiáng)酸除垢，有腐蝕性，對(duì)家電對(duì)人體都有害。水堿，但是人在喝水時(shí)，會(huì)喝進(jìn)醋中所含的水堿，反而增加水堿的危害。）另外飲用水不宜久存，不管是自來(lái)水、井水還是開水，都不宜長(zhǎng)期儲(chǔ)存，因?yàn)榫么娴乃畷?huì)被細(xì)菌污染，產(chǎn)生大量的劇毒世界上公認(rèn)的致癌物質(zhì)亞硝酸鹽。亞硝酸鹽在人體內(nèi)與有機(jī)胺結(jié)合形成亞硝胺，亞硝胺可促發(fā)癌癥。6 收獲和感觸從平常生活中， 見到水垢是再平常不過的事，只知道水垢呈白色，而且在燒水壺內(nèi)不易除去。在中學(xué)時(shí)，只是在課本上了解了一些關(guān)于水垢的知識(shí)，但一直沒有通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過。剛剛聽說(shuō)有個(gè)化學(xué)探究活