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水质硬度常识

 

软化水设备选购中,我们需要了解您要处理的水质硬度情况。经常有用户会问谁硬度是什么?怎么表示的呢?这篇文章希望对您了解这个概念有所帮助。

注:本文部分内容来自胡钰辉先生的《软水器设计与应用技术》

锅炉用水的水质指标有很多,例如硬度,它是表示水中钙、镁离子的含量。
一、摩尔及物质的量
在化学方程式中,元素符号和分子式前面的系数分别表示原子或分子的数目。对于任何一种化学反应,参加的物质是亿万个原子、离子或分子,它们既有质量间的关系,又有数目间的关系。因此相应地就需要一种既与物质的质量有关,又与物质的数量有关的单位,摩尔就是这样一个单位。
1、摩尔
摩尔是一系统的物质的量,该系统中所含的基本单元数与0.012kg碳-12的原子数目相等。在使用摩尔时必须指明基本单元,它可以是分子、原子、电子、离子及其它基本单元,或这些单元的特定组合。
已知1个12C原子的质量1.993×10-26kg,所以1摩尔碳-12所含的碳原子数目是6.022045×1023个,这个数目称为阿佛加德罗常数。即若某物质所含的基本单元数量等于6.022045×1023时,那么该系统中的物质的量即是1摩尔。
例如:1摩尔水就是指6.022045×1023个水分子。
2、摩尔质量
每摩尔物质的质量叫摩尔质量,单位是g/mol,用符号M表示。在数值上等于该物质相应的式量(即分子量、原子量或离子量)。任何元素原子的摩尔质量,单位为g/mol时,数值上都等于其相应原子质量,此结论可推广到分子、离子或其它微粒。
例如:H2O分子的相对分子量为18.0152,其摩尔质量为18.0152g/mol。
3、物质的量
摩尔质量是1摩尔物质所具有的质量,由此可知n摩尔物质所具有的质量就是n×摩尔质量。其中n就是物质的量,其单位是mol,用符号n表示。
物质的量是一个基本量,它有自己独立的量纲。因此不要把物质A的物质的量nA与A的质量mA混同起来,物质的量和质量是两个独立的基本
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量,是对物质的两种不同属性进行度量时引入的两种物理量,是完全不同
的两种概念。
物质的质量(m)、摩尔质量(M)与物质的量(n)之间关系可依下式换算:

 

        n=m/M

4、物质的量浓度

溶液浓度如果用1L溶液中所溶解的溶质的物质的量来表示的,叫做物质的量浓度,用C(A)表示,括号中的“A”为基本单元,单位是摩尔/升,符号为mol/L。

C(A)=nA/V

式中:C(A)--基本单元为A的物质的量浓度,mol/L;
nA --基本单元为A的物质的量,mol;
V --溶液的体积,L。
例如:在200ml溶液内溶解有16g氢氧化钠,求此溶液中氢氧化钠的物质的量浓度?
解:1mol氢氧化钠的摩尔质量为40g,16g氢氧化钠的摩尔数为:
nNaOH=16/40=0.4mol

V=200ml=0.2L

所以,C(NaOH)=nNaOH/V=2mol/L

 

二、硬度

硬度是指水中某些易于形成沉淀的金属离子,它们都是二价或二价以上的离子(如Ca2+Mg2+Fe3+Mn2+等)。在天然水中,形成硬度的物质主要是钙、镁离子,所以通常认为硬度就是指这两种离子的量。钙盐部分包括:重碳酸钙、碳酸钙、硫酸钙、氯化钙;镁盐部分包括:重碳酸镁、碳酸镁、硫酸镁、氯化镁。钙盐部分称为钙硬度,镁盐部分称为镁硬度,总硬度等于二者之和。

1、硬度的分类

硬度可按水中存在阴离子种类分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。

、碳酸盐硬度是指水中钙、镁的重碳酸盐与碳酸盐的含量。天然水

 

 

中碳酸根非常少,所以碳酸盐硬度看作是钙、镁的重碳酸盐硬度,此类盐的硬度在水沸腾时就从溶液中析出而产生沉淀,所以也叫暂时硬度。

、非碳酸盐硬度是指水中钙、镁的硫酸盐、氯化物等的含量。由于这种硬度在水沸腾时不能析出沉淀,也称永久硬度。

当水中HCO3-含量小于水中钙镁总量时,水的硬度有碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度;当水中HCO3-含量大于水中钙镁总量时,水的硬度有碳酸盐硬度和过剩碱度(有时也称负硬度),对这种水质称为负硬水。

2、硬度的表示方法

硬度的表示方法一般用物质的量浓度或者用钙、镁离子换算成CaCO3的含量来表示。

、用物质的量浓度表示(mmol/L

这是一种最常见的表示物质浓度的方法,而且是法定计量单位。硬度、碱度和含盐量等水质指标,均以此表示水中物质浓度的大小,而且是以一价离子作为基本单元。对于二价离子(或分子)则以1/2作为基本单元。这样,用物质的量浓度(mmol/L)表示水中硬度物质浓度的时候,在数值上就与过去习惯用的毫克当量/升(meq/L)表示法完全相同。

水的硬度定义为:

YD(1/2Ca2+、1/2Mg2+ =n(1/2Ca2+)+n(1/2Mg2+)/V

 


式中:YD(1/2Ca2+1/2Mg2+)--水的硬度,(mmol/L);

n(1/2Ca2+)、n(1/2Mg2+)--表示以(1/2Ca2+)、(1/2Mg2+

为基本单元物质的量,mmol/L

V --水样的体积,L

、用钙、镁离子换算成CaCO3的含量来表示

有许多水质分析资料用钙、镁离子换算成CaCO3的含量来表示水的硬度。因为1/2CaCO3的摩尔质量为50g,所以1mmol/L相当于50mg/LCaCO3)或50ppmCaCO3,也可换算成美制单位,则1gra/gal相当于17.1 mg/LCaCO3),即1mmol/L硬度相当于0.342gra/galCaCO3)。

三、硬度与碱度的关系

硬度是表示水中Ca2+Mg2+等金属离子的含量;碱度是表示水中OH-HCO3-CO32+等阴离子的含量。水溶液中硬度与碱度的成分都是以离子状态单独存在的,但出于判断水质及选择水处理工艺的需要,有时将它们组成假想的化合物。

假想化合物的组成次序原则是根据水体在蒸发浓缩时,阴、阳离子形成化合物的溶解度由小到大的次序先后组合的。阳离子按Ca2+Mg2+Na+K+的次序排列;阴离子按HCO3-SO42-Cl-的次序排列。即首先组成假想化合物是Ca2+Mg2+HCO3-组成Ca(HCO3)2Mg(HCO3)2,原因是当水体受热时,它们容易转化成难溶的沉淀物CaCO3Mg(OH)2,然后剩余的依次组合。

 

 

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