身边有科学:千变万化的化学
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水壶里怎么有一层厚厚的“盔甲”

在刚才的对话中,赵冉一直在仔细地倾听,她边听边盯着放在桌上的水壶,若有所思。我观察到她刚才的表情,她似乎想到了什么问题要问我,却被德扬抢先而错过了机会,所以这时我特意鼓励她说:“赵冉,你是不是有什么问题?尽管提出来。”

“叔叔,我发现水壶用的时间长了以后,里面的水就会变得很难倒出来。如果打开盖子看,会看到壶壁和壶底结了一层厚厚的‘白盔甲’;家里的热水瓶在使用了一段时间以后,瓶胆原本光洁的表面也会覆盖上一层灰白色的东西。那些究竟是什么东西呢?”

“这是因为我们在烧水时,水里钙和镁的酸式碳酸盐会因为受热而被分解成碳酸钙和碳酸镁。由于碳酸钙和碳酸镁在水中的溶解度比较小,所以一部分会沉积在水壶的内壁上,另外一部分则和开水一起被倒进热水瓶。时间长了以后,沉淀物越积越厚,就会变成水垢。也是这个原因,水壶用的时间长了以后,壶嘴的出水会变细。”

“刚才您说‘暂时硬度’是可以消除的,我有点听不明白了,到底要怎么消除呢?”

“哦,是这样的。在‘硬水’里含有钙、镁的酸式碳酸盐,因此,可以用加热煮沸法来降低水的硬度。”说到这里,我决定启发他们一下,“你们都仔细想想,这里用到了哪一种你们学过的化学反应?”

听了我的问题,赵冉开始一个一个地数了起来:“我们学过的化学反应有化合反应、分解反应、置换反应、氧化还原反应、中和反应、复分解反应……”

德扬则不动声色,侧着头想了一阵,说:“我觉得用到了分解反应!我记得在化学课上学过,碳酸氢钙受热后会分解成碳酸钙而沉淀,碳酸氢钙不就是酸式碳酸钙吗?”

听了这个回答,我点了点头:“对,碳酸氢钙就是酸式碳酸钙,酸式碳酸钙和酸式碳酸镁的分子式分别是Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2。大多数碳酸氢盐都经受不住热的‘考验’,只要受热就会分解成为二氧化碳和碳酸盐,‘硬水’里的碳酸氢钙和碳酸氢镁自然也不例外。它们经过加热煮沸以后,变成了二氧化碳和碳酸钙、碳酸镁。二氧化碳跑到空气里,而碳酸钙和碳酸镁几乎不溶于水,于是就在水里沉淀下来。它们的分解反应方程式分别是:

Ca(HCO3)2CaCO3↓+H2O+CO2↑,

Mg(HCO3)2MgCO3↓+H2O+CO2↑。

你们看,这么一来,我们不就把暂时硬度消除了吗!”

“叔叔,水壶里的水垢也是由这些沉淀物形成的吧?”

“没错。”我拿过水壶给孩子们看,“水垢也叫水锈,它们在壶底会越积越厚,非常难清洗!”

“我家水壶里的水垢比这个还要厚,”德扬说,“我妈妈基本上要一周清除一次水垢。”

“是啊,我家的水壶也得每半月除一次水垢。水垢传导热量的能力极差,因此水垢层越厚,对热量传导的阻碍也就越严重。水壶结了水垢后,如果不清除,用它烧水就会既浪费能源,又浪费时间。”

Ca(HCO3)2CaCO3↓+H2O+CO2

Mg(HCO3)2MgCO3↓+H2O+CO2