探究水垢的形成

1、探究水垢的形成探究性質(zhì)：通過對日常生活中水垢的產(chǎn)生，轉(zhuǎn)為對物質(zhì)化學反應的研究。探究對象：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：我們當?shù)鼐幼〉沫h(huán)境附近。探究目標：探究水垢的形成，查找去除和避免水垢產(chǎn)生的辦法。摘要：借用課堂所學知識和通過上網(wǎng)專題查詢，發(fā)現(xiàn)我國是水垢污染大國，無論是生產(chǎn)工作中，還是日常生活，水垢對我們都有嚴重的影響，例如生產(chǎn)中，換熱器、輸送管道、泵閥等設備的結垢現(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。通過課堂學習與平時了解，熟悉了水垢的形成機理和存在的化學反應，在此我想通過調(diào)查研究我們當?shù)鼐幼〉纳瞽h(huán)境，來驗證水垢的形成和探究如何有效的避免

2、水垢的出現(xiàn)。1、引言相信很多人都會有這樣的經(jīng)歷，經(jīng)常用來燒開水的水壺在使用一段時間后會出現(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）壁上常結有一層水垢（主要成分是CaCO3）不易清洗，運用所學的化學知識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除過水垢呢下面通過我們課堂所學的知識和實驗探究來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：微細結晶在過飽和溶液中處于溶解-結晶

3、的亞穩(wěn)定狀態(tài)，結晶在器壁聚集黏附并有序長大，結成水垢。水垢是否形成主要取決于鹽類是否過飽和及其結晶的生長過程，與成垢離子、水質(zhì)情況、器壁形態(tài)等密切相關。系統(tǒng)中的成垢離子越飽和、水的硬度越高，結垢傾向越嚴重；粗糙的金屬表面和雜質(zhì)對結晶過程也有催化作用，會促進水垢析出。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 課堂所學知識解釋在課堂學習和平時閱讀中了解，水垢的形成主要有兩個因素。 從物理性質(zhì)來講，在硬水質(zhì)地區(qū)，PH值的變化會引起水垢的形成：PH值越低，水中的酸性越強，所能溶解的礦物

4、質(zhì)成分也就越多；PH值越高，水中的堿性越強，所能溶解的礦物質(zhì)成分也就越少。如對水加熱、水壓降低、在水中添加化學品劑等都會導致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）就會沉淀下來，成了水垢。從化學反應來講，自來水是由河水、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)。當水燒開后，一部分水蒸發(fā)了，原來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，有時也會生成碳酸鎂，就這樣也形成了水垢。具體的反應過程：MgCO 3 + H 2O = = Mg（OH） 2 J+CO 2 T（煮沸）（

5、注：在煮沸的時候氫氧化鎂的溶解度比碳酸鎂?。?.3 所得結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，碳酸氫鈣會分解成碳酸鈣、二氧化碳和水，碳酸氫鎂也會分解成碳酸鎂、二氧化碳和水。但是，長時間煮沸，碳酸鎂會跟水反應，部分或全部轉(zhuǎn)化成氫氧化鎂。這是因為，氫氧化鎂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小的物質(zhì)，會從水中析出，形成沉淀。形成的沉淀通常帶有部分結晶水，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

6、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。2.4 水垢的研究步驟3.1 做出假設根據(jù)自己所學的知識猜想：用高濃度醋、肥皂水、白酒哪種物質(zhì)除水垢較好呢3.2 探究方法實驗：從家中燒水壺取三塊大小大致相同的水垢分別放在三個干凈水杯中，分別加入高濃度醋、肥皂水、白酒觀察現(xiàn)象有何不同，并在下表記錄實驗現(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)生大量氣泡無現(xiàn)象無現(xiàn)象3.4探究結果根據(jù)觀察到的現(xiàn)象，比較生活中用哪種物質(zhì)除水垢較好為什么現(xiàn)象解釋 ： 根據(jù)復分解反應得到： 碳酸鈣與醋酸反應生成溶于水的醋酸鈣、 二氧化碳和水；碳酸鈣與堿不反應；酒精

7、與碳酸鈣不反應。結論 ：用醋酸除水垢較好，因為醋酸能充分與水垢反應注： 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， 并且對水壺不會有很大的腐蝕性。4 分析與討論水垢對人體健康也是有危害的， 其最大組成部分是， 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，這也是當下社會為什么那么多人患結石病的原因、大多也是由水垢引起的，同時水垢更容易吸附一些微量金屬元素，包括鉛、鋅、砷等，長期攝入對健康有不利的影響！那么，如何有效的避免和去除水垢呢在工業(yè)生產(chǎn)上， 水垢通常膠結于容器或管道表面， 使水管道變得阻塞， 造成水流不暢并最終導致必須更換水管道。 從而使這些用水器材的效率減低和運行

8、費用增加， 導致能源費用增加達3 0 %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， 爐膛的火一個勁地把鋼板燒得通紅。 這時候，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)有關資料表明，水垢中含有重金屬污染的潛在危險。通過對水垢的化學分析，所含重金屬有鎘、鉛、鐵、砷等，雖是微量，但是長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

9、功能障礙，不可忽視，應經(jīng)常消除燒水壺和熱水壺內(nèi)的水垢。5 水垢的去除和預防對付水垢， 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。 （但千萬不要用醋精或白醋， 因為醋中含有吸附水堿的物質(zhì)，表面上燒開的水中沒有水堿，但是人在喝水時，會喝進醋中所含的水堿，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 淀除去。 還有用離子交換樹脂、 軟化劑、 機械式軟化裝置、 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

10、中除水垢，要用食品級除垢劑，因為工業(yè)級除垢劑含有雜質(zhì)，甚至有毒，喝了對人體有害；2、水家電除水垢，用強酸除垢，有腐蝕性，對家電對人體都有害。水堿，但是人在喝水時，會喝進醋中所含的水堿，反而增加水堿的危害。）另外飲用水不宜久存，不管是自來水、井水還是開水，都不宜長期儲存，因為久存的水會被細菌污染，產(chǎn)生大量的劇毒 世界上公認的致癌物質(zhì)亞硝酸鹽。亞硝酸鹽在人體內(nèi)與有機胺結合形成亞硝胺，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。在中學時，只是在課本上了解了一些關于水垢的知識，但一直沒有通過實驗驗證過。剛剛聽說有個化學探究活動，瞬時興奮，隨