4 你了解你喝的水吗？

观察与发现 1

炎炎夏日，小文来到爷爷家看望爷爷奶奶，感觉口渴想喝水，爷爷给他递来一杯白开水，小文喝了以后皱了皱眉，说：“这水有点干涩，感觉怪怪的。”小文低头一看，杯底有少许白色粉末。爷爷说：“这是我上午刚用热水壶烧开的水，在壶里都放凉了，白色的是水碱，没事儿，能喝。”

小文

化博士

外观无色、澄清、透明的自来水有软水和硬水之分，主要是根据水中的可溶性钙镁化合物的多少进行区分：软水是指不含或含较少可溶性钙镁化合物的水；硬水是指含有较多可溶性钙镁化合物的水。

在日常生活中，水壶用久后内壁会有水垢生成（见右图），这也与水的硬度有关。主要是水中所溶解的碳酸氢钙［Ca(HCO ₃ ) ₂ ］和碳酸氢镁［Mg(HCO ₃ ) ₂ ］，在煮沸的过程中会变成难溶于水的碳酸钙（CaCO ₃ ）和氢氧化镁［Mg(OH) ₂ ］，这样就形成了水垢。水垢又称“水碱”。

小文

化博士

对于饮用水而言，硬度会影响水的口感，一般硬度低的水使人感觉柔和，硬度高的水使人感觉清爽、厚重。饮用水的总硬度不能过大，如果不经常饮用硬水的人偶尔饮用硬度较大的水，则会造成腹泻、肠胃功能紊乱，这也是所谓的“水土不服”的原因之一。用硬水烹调鱼肉、蔬菜，易造成蛋白质沉淀、无机盐沉淀和食物不易煮熟，从而降低食物的营养价值；用硬水泡茶会改变茶的色香味从而降低其饮用价值。另外，生活中如果用硬水洗衣服，钙镁离子会和肥皂反应产生沉淀，使衣服晾晒后变得干硬粗糙，影响洗涤效果。许多家庭使用储水式热水器获得热水。储水式热水器内部有加热棒，加热棒就是用来加热水的。在加热的过程中，如果水中可溶性钙镁化合物过多，也就是水质偏硬，就可能出现结垢的情况，如下图。水垢附着在加热棒上或热水器内，会影响加热效果，浪费电能。工业中长期使用硬水烧水，锅炉中容易产生水垢并积累，而水垢导热性差，如果没有及时清理，容易导致锅炉爆炸，造成生命财产损失。

小文

化博士

硬水也不是一无是处。水的软硬取决于可溶性钙镁化合物的含量。世界卫生组织（WHO）以“1 L水中的钙离子和镁离子的质量”为标准，对水的硬度进行了如下分类（见下表）。

专家建议饮用硬度在150~450 mg/L的水，这是有利于人体健康的，因为可以补充人体所需的常量元素：钙元素、镁元素。长期饮用硬度过大的水和过软的水都是不利于健康的。我们的自来水都是经过标准化处理达到饮用标准的硬度适中的水。因此，使用自来水完全不必担心硬水对健康的影响。

小文

化博士

根据软水和硬水中可溶性钙镁化合物的性质，生活中我们可以通过肥皂水区分软水和硬水。具体操作是：取少量水样于烧杯中，加入适量肥皂水，搅拌，若泡沫多、浮渣少则为软水；若泡沫少、浮渣多则为硬水。也可以取一定量水样于蒸发皿中，蒸干，若白色固体残留物多，水样为硬水；反之水样为软水。另外，硬水含有较多的带电离子［钙离子（Ca ²⁺ ），镁离子（Mg ²⁺ ）］，导电能力较强。还可以利用TDS测试仪对水中溶解物质进行测试。TDS是总溶解性固体（Total Dissolved Solid）的英文首字母缩写，是指水中总溶解性物质的浓度，主要反映的是水中钙离子（Ca ²⁺ ）、镁离子（Mg ²⁺ ）、钠离子（Na ⁺ ）、钾离子（K ⁺ ）等离子的浓度，与水的硬度、导电率有较好的对应关系。TDS值越小，对应的水的硬度就越小。

小文

化博士

在生活中，特别是厨房里，我们可以利用煮沸的方式降低水的硬度。在煮沸的过程中，可溶性钙镁化合物会通过化学变化转化为难溶性的钙镁化合物，并沉淀到容器底部或是容器壁，上层的清水就是硬度较小的软水了。实验室可以通过蒸馏的方式（见下图）实现硬水软化：加热硬水，待其达到沸点后，可转化为水蒸气，然后冷凝为液态的水，也就是蒸馏水，它是最软的水了。

观察与发现 2

小文喝完水后，去看爷爷家烧水的水壶，发现里面确实有很多白色固体在壶底。回到自己家，他从水壶倒水喝，并观察了自己家的水壶，发现没有水垢。他问爸爸：“为什么我们家的水烧完以后没有水垢？”爸爸说：“这是因为我们家里安装了净水器，平时我们喝的都是能够直接饮用的净化水。”于是，小文去厨房看了看自家的净水器。

小文

化博士

《城市供水水质标准（CJ/T 206—2005）》对城市供水的水质、水质检验项目及其限值提出了要求。水厂输出的自来水都是符合国家标准的，由于自来水需要经过很多管道才能输送到用户家中，这些管道难免有些不干净的物质或者细菌，会对自来水形成二次污染。一般的加热煮沸能够起到消毒杀菌和降低水硬度的作用。但是随着科学技术的进步和人们对生活品质的追求，净水器开始走进人们的家庭，给人们的生活带来便利，也为人们健康用水提供了保障。目前，净水器的工作原理都是按对水的使用要求对自来水进行深度过滤、净化处理。滤芯是净水装置的核心，一台净水器通常由PP棉、活性炭、超滤膜或者反渗透膜这几种滤芯组成。下图是某种净水器工作原理的简易流程图。

小文

化博士

小文，你很厉害哦，知道将净水器的净水原理和课上学到的内容进行对比。你说得很对，其实净水器就是利用更先进的滤芯材料实现对自来水中物质的分离，除去自来水中的杂质。PP棉、活性炭中的空隙都非常小，只能允许直径小的分子和粒子通过。净水器的反渗透膜的孔径只有0.000 1～0.01微米，溶解在水中的绝大部分无机盐，还有其他的重金属、有机物以及细菌、病毒等无法透过反渗透膜，而水分子在增压作用下可以通过反渗透膜进入净水管，成为净化水。经过净水流程净化后的水就可以直接饮用了。

小文

化博士

小文你说得对，净水器中的滤芯都是有使用期限的，这个跟滤芯的材料有关，PP棉滤芯的更换时间一般是3～6个月；大颗粒活性炭滤芯的更换时间为6～12个月；反渗透膜滤芯的更换时间会长一些，一般是2～3年；超精细（后置）活性炭滤芯的更换时间一般是1～2年。

观察与发现 3

小文在观察家里的净水器时，发现当打开水龙头接直饮水时，放在厨房的一个水桶也会同时有水流出。流出的水从外观看，和自来水、纯净水没有什么区别。爸爸告诉小文流入水桶的水是净水器排出的废水。

小文

化博士

首先，我们需要弄清楚净水器中核心滤芯反渗透膜的工作原理，它不像我们用滤纸过滤杂质。下图是渗透和反渗透的原理图。

一般的渗透都是溶剂中的水分子从低浓度溶液经过反渗透膜流向高浓度溶液。反渗透是通过给高浓度的溶液施压，让高浓度溶液中的水分子在外力作用下流向低浓度溶液，净水器就是利用反渗透得到纯净水。反渗透膜的工作过程实际上是一个液体浓缩的过程：自来水在通过反渗透膜过滤时，水中的含盐量和渗透压不断增加，当渗透压增加到等于增压泵的压力时，水就无法通过反渗透膜，就会产生所谓的“废水”。另外随着水的净化，高浓度溶液中的无机盐离子、重金属等杂质就会增多，甚至会在反渗透膜表面沉积下来堵塞滤芯的空隙，影响净水的效率。为了避免这种情况发生，机器会自动冲洗滤芯，以保证反渗透膜的清洁。这部分水也和废水一起排出。

小文

化博士

不同类型的净水器产生的废水比是不同的。废水比是指产生的纯净水与同时产生的废水的体积的比例，这个比例一般在1∶1到1∶3。之前，因为产生的废水是不能饮用的，确实会造成一定的浪费。但是这部分废水也是经过前面滤芯过滤的，与普通的自来水相比，废水中的有机物、胶体较少，浊度也低得多，只是含盐量增加了。这部分水如果直接随着下水管排掉就太浪费了，可以将这部分水收集起来用于冲洗马桶、拖地。你们家应该就是把这些水回收再利用了。

观察与发现 4

小文自从了解了净水器的相关原理后，对净水器的相关消息就特别关注。小文有一次在新闻中看到一位宋女士为了家人饮水方便，在家里安装了净水器，使用一段时间后，她发现水龙头接出的水中有悬浮物，她找净水器的商家到家查看，发现是连接净水口的管子和废水口的管子安装反了，这段时间宋女士家里饮用的都是净水器里流出的废水。宋女士和家人赶紧去医院检查身体，发现身体并没有什么异样。

化博士

小文，现在是学以致用的时候了，你觉得可以用什么方法来帮助上文中的宋女士检验接出的水的水质情况？

小文

化博士

小文分析得很好，可以根据水中可能存在的杂质的性质对水质进行检验。水是维持我们人类生命的重要物质之一，我们每个人每天都需要补充一定量的水分，有的可以从食物中获取，但更多的是通过饮用水补充。我们国家的淡水资源还是比较贫乏的，另外因为工业污水排放、农业化肥农药的使用和城市污水排放，我们的水资源也面临污染。所以，一方面我们要节约用水，减少污染；另一方面要利用化学知识和科学方法对水质进行检测和净化。

随着生活水平的提高，家庭对于饮用水的选择也越来越多——可以自己安装净水器，也可以直接煮沸饮用，有的还会选择桶装水或者矿泉水，有的社区也提供直饮水。人们可以根据不同的口感偏好和需要选择适合自己的水。对于饮用水要注意用水安全和健康，当感觉到水质有问题时，应进行必要的检测后再决定是否饮用。

我知道了

生活中的水可以根据可溶性钙镁化合物的多少分为硬水和软水。

通过肥皂水可进行简单的软水和硬水的定性鉴别。将肥皂水倒入水中，产生的浮渣多、泡沫少的是硬水。硬水在生活中使用时会有很多的缺点，如洗衣服时，会产生更多的浮渣，衣服会变得干涩粗硬。

生活中可以通过加热煮沸的方式降低水的硬度。实验室一般用蒸馏的方式将硬水转化为软水。

厨房净水器中的PP棉、活性炭、反渗透膜等滤芯主要是根据水中杂质颗粒或微粒的大小利用具有不同空隙的材料对自来水进行深度净化，除去自来水中的铁锈、泥沙、细菌、病毒等杂质，还能降低水的硬度，使生活中饮水更便捷、更健康。

知识链接

常见的净水方法有沉降、过滤、吸附、杀菌消毒、煮沸、蒸馏。含有较多可溶性钙镁化合物的水是硬水，不含或含有较少可溶性钙镁化合物的水是软水。可以用肥皂水区别硬水和软水：往硬水中滴入肥皂水，振荡，泡沫少，浮渣多；往软水中滴入等量的肥皂水，振荡，泡沫多，浮渣少。实验室通过蒸馏的方法将硬水转化为软水，生活中通过煮沸的方式降低水的硬度。

真题实战

1.自来水厂净水过程示意图如下，请回答：

（1）自来水厂净水过程示意图中X和Y处应该依次设置（）。

A.活性炭吸附池和过滤池

B.沉淀池和过滤池

C.活性炭吸附池和沉淀池

D.过滤池和活性炭吸附池

（2）若从取水口中进入的是硬水，经过几步净化之后，到清水池中的水应该是_____（填“硬水”或“软水”），同学们可以加入_____来判断。

（3）若是在实验室里完成过滤操作，下列说法 不正确 的是（）。

A.滤纸应该低于漏斗边缘

B.玻璃棒搅拌能够加快液体的过滤速率

C.滤纸没有紧贴漏斗会影响过滤速率

D.过滤能够除去水中的颜色和气味

E.过滤后仍浑浊，可重新过滤

F.漏斗下端应紧靠烧杯内壁

答案：

（1）D

（2）硬水 肥皂水

（3）BD

解析：

（1）过滤池除去的是难溶性杂质，活性炭吸附池除去的是可溶性色素、异味。难溶性杂质一般是颗粒物，可溶性色素和异味多是有机大分子微粒。净化水时，先除去难溶性杂质，再除去可溶性杂质。根据图示可知X在Y前，所以X处是过滤池，Y处是活性炭吸附池。答案选D。

（2）如果取水口的水是硬水，说明水中含有较多的可溶性钙镁化合物，即含钙离子、镁离子。它们是非常小的微观粒子，可以和水分子一起经过絮凝剂反应沉淀池，再通过过滤池和活性炭吸附池，进入清水池，因此清水池中的水依然是硬水。如果要通过实验方法进行检验和判断，可以从清水池中取水样，加入少量肥皂水，振荡，如果有大量浮渣，泡沫很少，则是硬水。

（3）实验室的过滤操作是初中化学非常重要的基本实验操作。其操作图示如右图，过滤操作的核心要点有“一贴”“二低”“三靠”。“一贴”是指滤纸紧贴漏斗内壁，这样可以排净滤纸和漏斗间的空气，使液体顺畅流下，若滤纸没有紧贴漏斗内壁，则会影响过滤速率，因此C中说法正确。“二低”是指滤纸低于漏斗边缘，防止液体流出，液面低于滤纸边缘，防止液体流入滤纸和漏斗缝隙，影响过滤效果，因此A中说法正确。“三靠”是指上面烧杯紧靠玻璃棒，玻璃棒紧靠三层滤纸处，漏斗下端紧靠下面烧杯的内壁，其中玻璃棒的作用是引流，因此B中说法错、F中说法正确。另外，如果用玻璃棒去搅拌液体，很容易将滤纸戳破，影响过滤效果。过滤是除去水中难溶性杂质，不能除去色素和异味，因此D中说法错。如果过滤后发现滤液仍浑浊，则需要再次过滤，因此E中说法正确。

2.［2021北京中考，38］硬水加热时易产生水垢，很多工业用水需要对硬水进行软化处理。请利用1.5%的肥皂水比较水的硬度。

【查阅资料】硬水含有较多的可溶性钙镁化合物；软水不含或含有较少的可溶性钙镁化合物。

Ⅰ.探究水的硬度、肥皂水的用量与产生泡沫量的关系

【进行实验】向蒸馏水中加入CaCl ₂ 和MgCl ₂ 的混合溶液，配制两种不同硬度的硬水。

用蒸馏水和两种硬水完成三组实验，记录如下：

【解释与结论】

（1）对比②和⑧可知，肥皂水能区分软水和硬水，依据的现象是____。

（2）设计第2组实验时，为控制水的硬度相同，⑤中对应的x应为____。

（3）设计第2组实验的目的是_____。

（4）由上述三组实验得到的结论是_____。

Ⅱ.比较不同水样的硬度

【进行实验】用四种水样完成实验，记录观察到泡沫产生时所需肥皂水的用量。

【解释与结论】

（5）硬度最大的水样是_____。

（6）由上述实验可知，能将自来水硬度降低的方法有_____。

（7）继续实验，发现山泉水的硬度大于自来水的硬度，其实验方案为_____。

答案：

（1）②中产生的泡沫量多，⑧中无泡沫

（2）1

（3）探究水的硬度相同时，肥皂水的用量与产生泡沫量的关系

（4）其他条件相同，当水的硬度相同时，肥皂水量越多，产生的泡沫越多；其他条件相同，当肥皂水用量相同时，水的硬度越小，产生的泡沫越多

（5）湖水

（6）煮沸

（7）取5 mL山泉水置于试管中，滴加1.5%的肥皂水，观察到泡沫产生时所需肥皂水的滴数大于9滴

解析：

（1）分析实验②⑧中的数据可以得出实验②中的水是软水，实验⑧中的水是硬水。题目要求结合实验现象回答，所以答案就是实验②⑧中的具体实验现象，即②中产生泡沫量多，⑧中无泡沫。

（2）根据对比实验唯一变量原则确定数值；为控制水的硬度相同，就需要向5 mL蒸馏水中滴加相同滴数的混合液，所以答案是1。

（3）根据第2组实验中的数据分析，该实验中水的硬度相同，滴入的肥皂水量不同，因此该实验的目的是研究水的硬度相同时，肥皂水的用量与泡沫多少的关系。

（4）该题目问的是以上三组实验的结论。我们首先可以从三组实验的目的分析，三组实验研究的是水的硬度和肥皂水的用量与产生泡沫多少的关系，因此得出的结论中需要包含两个变量与泡沫多少的关系。对比实验①②③或实验④⑤⑥，可以得出当水的硬度相同时，肥皂水量越多，泡沫越多；对比实验①④⑦或实验②⑤⑧或实验③⑥⑨，可以得出当肥皂水滴数相同时，水的硬度越大，产生的泡沫越少。最后在作答时，还需要把实验中其他变量控制住，因此答案是：其他条件相同，当水的硬度相同时，肥皂水量越多，产生的泡沫越多；其他条件相同，当肥皂水用量相同时，水的硬度越小，产生的泡沫越多。

（5）该题需要结合前面的实验结论，分析实验数据，当出现泡沫时，需要的肥皂水滴数越多，说明水的硬度越大。在其他条件相同时，湖水中出现泡沫需要的肥皂水最多，说明湖水的硬度最大。

（6）根据实验信息分析，当其他条件相同时，自来水出现浑浊时所需的肥皂水滴数是9滴，但是煮沸的自来水出现浑浊时所需的肥皂水滴数是6滴，说明煮沸的自来水的硬度小。因此可以通过煮沸的方式降低自来水的硬度。

（7）该题是根据实验结论写实验方案。通过实验结论可以得知山泉水的硬度比自来水大。实验中需要将山泉水的硬度与自来水的硬度进行比较。根据题目已有的实验方案，我们可以将实验中的自来水换成山泉水，保持其他条件不变，进行相同的实验，观察并记录出现泡沫时的肥皂滴数，其滴数应该大于9滴。因此该实验方案需要仿照上面实验进行，需要控制变量，即取5 mL山泉水置于试管中，滴加1.5%的肥皂水，观察到泡沫产生时所需肥皂水的滴数大于9滴。

（张晨晓） SJnG+6rfr5D/dr1GkXz7bpBgnD6bxDLdpWMZ9CL6uO6hUFB6V/Y7ZzuJGwE2WjgZ