實驗 4 硬水的檢測及軟化法
實驗影片 硬水的檢測及軟化法
想一想
• 在臺灣，哪些地方出現 硬水的比例最高？ • 喝硬水好？還是軟水好？
參考資料：/healthqa/sick_print.asp?id=581
想一想
• 台灣目前的供水 – 宜、花、東地區，受特殊地質環境的影響，屬於永久 性硬水區域； – 北台灣地區屬於中度硬水區，鈣、鎂離子在 80～160 mg/L 之間； – 中部地區鈣、鎂離子介於160～300 mg/L 之間， – 愈往南走水質的硬度愈是明顯增高，南台灣的高雄水 質過去曾高達600 ～700mg/L 的硬度。
2NaZ(s) ＋ Ca2＋(aq) → CaZ2 ＋ 2Na＋(aq) 2RSO3Na(s) ＋ Ca2＋(aq) → (RSO3)2Ca(s) ＋ 2Na＋(aq)
實驗器材
名稱 每組
電子天平
鐵架(含鐵夾)
共用
1組 1組 1支
名稱 大試管 (30*150mm) 試管 (13*100mm) 試管夾 試管架
實驗流程
【二】 暫時硬水的製備 1. 架設二氧化碳發生器裝 置，並在分液漏斗中加 入稀鹽酸。 2. 打開活栓滴入數滴稀鹽 酸後關閉，使產生的氣 體通入澄清石灰水中， 觀察變化；重複開關活 栓滴加稀鹽酸，直到溶 液再次澄清。 實驗步驟 2
實驗步驟
【二】 暫時硬水的製備
3. 將試管中的澄清液過 濾出來，即為含有碳 酸氫鈣的暫時硬水。 4. 取一試管裝入暫時硬 水，滴加數滴肥皂水， 搖動試管觀察有無泡 沫產生。
實驗原理
3. 缺點
− 受熱會形成鍋垢（CaSO4、CaCO3、MgCO3沉 澱），使鍋爐導熱不良，甚至有爆炸危險。 − 會與肥皂生成脂肪酸鈣((RCOO)2Ca)、脂肪酸 鎂((RCOO)2Mg)的沉澱，使肥皂的洗滌效果降 低。
4. 檢測：加入適量肥皂水後，輕晃試管。若為 軟水，會有持久性的泡沫生成；若為硬水， 會生成沉澱，所生成之泡沫量少也不持久。
1支
2支
標籤紙
攜帶型本生燈
共用
1個
實驗試藥
名稱 硫酸鈣溶液 (0.5 M) 硫酸鎂溶液 (0.5 M) 飽和碳酸鈉溶液 陽離子交換樹脂 （如安柏銳IR-120，50～100 篩目） 每組 30 mL 30 mL 100 mL 20 g
實驗試藥
名稱 大理石碎塊 稀鹽酸 (1 M) 澄清石灰水 蒸餾水 肥皂水（以蒸餾水配製） 每 組
20 g
80 mL 20 mL 200 mL
10 mL
實驗步驟
【一】 軟水與硬水之檢測
1. 檢測軟水 於裝有蒸餾水的試管 中加入數滴肥皂水， 搖動試管觀察有無泡 沫產生。
實驗步驟 1
實驗步驟
【一】 軟水與硬水之檢測
2. 檢測硬水 於裝有MgSO4(aq)的試 管中加入數滴肥皂水， 搖動試管觀察有無泡 沫產生。
• 健康好水的硬度最好在 50～100mg/L 間比較合適，最高 不得超過 450 mg/L，最低不得低於30 mg/L。
參考資料：/nature/0607-water.htm
想一想
硬水會造成那些影響？
• 降低肥皂(RCOONa)的洗滌效果。 • 鍋爐反應中易產生鍋垢，減低熱傳導，甚 至妨礙水在水管中之流動。 • 硬水的飲用也會對人體健康與日常生活造 成一定的影響。
實驗目的
• 能利用肥皂水的起泡情形，分辨硬水與軟 水。 • 能利用加熱法軟化暫時硬水。 • 能利用陽離子交換法軟化硬水。
實驗目的&原理
實驗原理
硬水 1. 定義：含有鈣離子和鎂離子的水，稱為硬水。 2. 分類 − 暫時硬水：含Ca2＋、Mg2＋與HCO3－的硬 水。可藉由煮沸法軟化。 − 永久硬水：含Ca2＋、Mg2＋與Cl－或SO42－ 的硬水。無法藉由煮沸法軟化。
實驗原理
3. 蘇打法：在硬水中加入碳酸鈉，會生成碳酸鈣 與碳酸鎂沉澱，過濾後，可得軟水。此法暫時 硬水與永久硬水均適用。
Ca2＋(aq) ＋ CO32－(aq) → CaCO3(s) ↓ Mg2＋(aq) ＋ CO32－(aq) → MgCO3(s) ↓
實驗原理
4. 陽離子交換法：將硬水通過陽離子交換樹脂， 如天然泡沸石(NaZ) 或磺酸化聚苯乙烯鈉鹽樹 脂(RSO3Na)，可得軟水。此法暫時硬水與永久 硬水均適用。
實驗原理
硬水軟化 1. 定義：移除硬水中的鈣離子與鎂離子的過程， 稱為硬水軟化。 2. 煮沸法：暫時硬水加熱會生成碳酸鈣與碳酸 鎂沉澱，過濾後，可得軟水。
Ca2＋(aq) ＋ 2HCO3－(aq) CaCO3(s) ↓＋ CO2(g) ＋ H2O(l) Mg2＋(aq) ＋ 2HCO3－(aq) MgCO3(s) ↓＋ CO2(g) ＋ H2O(l)
實驗步驟
【四】永久硬水的軟化 3. 加入飽和碳酸鈉溶液 取另一試管裝入MgSO4(aq)， 滴加飽和碳酸鈉溶液直到 沉澱不再產生。 4. 過濾檢測 將溶液過濾至燒杯中，滴 加數滴肥皂水，搖動燒杯 觀察有無泡沫產生。
實驗步驟
【五】製備陽離子交換層析管 1. 填充樹脂並沉澱 將陽離子交換樹脂倒 入層析管中，以蒸餾 水將樹脂洗下，靜置 等待完全沉澱。
實驗步驟
【三】 暫時硬水的軟化 1. 加熱沉澱 取一試管裝入暫時硬 水，以本生燈加熱至 沸騰產生沉澱後靜置。
實驗步驟 3
實驗步驟
【三】 暫時硬水的軟化 2. 過濾檢測 回溫後將溶液過濾至燒 杯中，以試管取 5 mL滴 加數滴肥皂水，搖動試 管觀察有無泡沫產生。
實驗步驟
【四】永久硬水的軟化 1. 加熱沉澱 取一試管裝入 MgSO4(aq)，以本生燈 加熱至沸騰產生沉澱 後靜置。 2. 過濾檢測 回溫後滴加數滴肥皂 水，搖動試管觀察有 無泡沫產生。 實驗步驟 4每組ຫໍສະໝຸດ 1支8支 1支 1個
二氧化碳發生器 (含抽濾瓶、分液 漏斗、橡皮塞) 支管
實驗器材&試藥
實驗器材
名稱 橡皮管(200mm) 量筒(10 mL) 燒杯(50 mL) 漏斗 每組 1條 1支 2個 3個 名稱 濾紙 塑膠滴管 玻璃棉 稱量紙 每組 6張 5支 共用 共用
玻璃棒 層析管 (10*100 mm)