高中化学 专题一 多样化的水处理技术 1.3 海水淡化课件 苏教版选修2

第三单元海水淡化1什么是蒸馏？什么是蒸馏？ 提示提示利用液体的沸点不同将两种或多种互溶液体分离的方利用液体的沸点不同将两种或多种互溶液体分离的方法。法。2渗析的含义是什么？渗析的含义是什么？ 提示提示渗析是用于提纯胶体的一种方法，利用胶粒不能通过渗析是用于提纯胶体的一种方法，利用胶粒不能通过半透膜而离子或小分子能透过半透膜而将胶体和离子分开。半透膜而离子或小分子能透过半透膜而将胶体和离子分开。1知道海水是一种重要的资源，海水淡化技术是解决淡水资源 紧缺问题的关键。2了解海水淡化的主要方法。3了解蒸馏法淡化海水的基本原理。 1. 概念：海水是一种不容忽视的潜在水源，海水淡化技术是解 决 紧缺问题的关键。海水淡化又称 ，它是利用 、 、 方法将海水中溶解的盐脱除。2方法：海水淡化的方法有 、 、 、 等，其中 、 是主要方法。淡水资源淡水资源脱盐脱盐物理物理化学化学生物生物蒸馏法蒸馏法膜法膜法冷冻法冷冻法离子交换法离子交换法蒸馏法蒸馏法膜法膜法1.蒸馏法 (1)类型： 与 。 (2)实际应用：蒸馏法淡化的水量约占世界海水总淡化量的。 实际应用中，人们采用降低容器内压强的方法使水在比较 的温度下沸腾，并充分利用 ，使该法得以普及。蒸馏蒸馏减压蒸馏减压蒸馏70%热交换技术热交换技术低低2电渗析法 基本原理：在电渗析槽里，阴、阳离子交换膜把渗析槽分隔成 个区域(如教科书中电渗析原理示意图)，两端的两个区域的电极分别与 的两极相连。装满海水后，在外加 的作用下，处于中间位置 里的 分别透过 迁移到阳极区、阴极区，中间水槽里的水含盐量就 了。三三直流电源直流电源电场电场海水槽海水槽阴、阳离子阴、阳离子阴离子交换膜、阳离子交换膜阴离子交换膜、阳离子交换膜降低降低3反渗透法 (1)渗透压：用一种渗透膜把 的两种水溶液隔开，将发生 现象。浓度 的溶液中的水分会通过半透膜渗透到浓度 的溶液中，使原来 的一侧溶液液面升高，当液面升高产生的压力达到一定的数值时能阻止水的继续 ，这个压力称为 。 (2)基本原理：如果在 的溶液一侧施加一定的压力，可以迫使水从 一侧向 一侧渗透，使 浓度增大。含盐浓度不同含盐浓度不同渗透渗透较小较小较大较大浓度较大浓度较大渗透渗透渗透压渗透压含盐浓度较大含盐浓度较大浓溶液浓溶液稀溶液稀溶液浓溶液浓溶液4冷冻法 基本原理：把 喷入 ，部分海水蒸发吸热使其余海水冷却形成 。 中的杂质要比原溶液中少得多。将得到的冰晶用适量的淡水 、 ，就得到淡水。冷海水冷海水真空室真空室冰晶冰晶固体冰晶固体冰晶淋洗淋洗熔化熔化 电渗析法将海水淡化的原理是什么？怎样形成闭合回路的？提示电解原理。外电路靠电子定向移动，内电路靠阴阳离子分别向两极透过阴阳离子交换膜定向移动形成电流。 要因地制宜地选择海水淡化的方案，需注意哪些问题？提示该地区的地理环境；该地区所需淡水量的多少；经济状况；技术条件。 反渗透法的特点是什么？关键是什么？提示寻找理想的渗透膜。提高海水的淡化效率。【慎思慎思1】【慎思慎思2】【慎思慎思3】海水淡化的方法已有十几种，主要的有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较完善，是目前海水淡化的主要方法。(1)蒸馏法：蒸馏法虽然是一种古老的方法，但由于技术不断地改进与发展，该法至今仍占统治地位。蒸馏淡化过程的实质就是水蒸气的形成过程，其原理如同海水受热蒸发形成云，云在一定条件下遇冷形成雨，而雨是不带咸味的。根据所用能源、设备、流程不同主要可分设备蒸馏法、蒸气压缩蒸馏法、多级闪急蒸馏法等。(2)冷冻法：冷冻法，即冷冻海水使之结冰，在液态淡水变成固态冰的同时盐被分离出去。冷冻法与蒸馏法都有难以克服的弊端，其中蒸馏法会消耗大量的能源并在仪器里产生大量的锅垢，而所得到的淡水却并不多；而冷冻法同样要消耗许多能源，但得到的淡水味道却不佳，难以使用。(3)反渗透法：通常又称超过滤法，是1953年才开始采用的一种膜分离淡化法。该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的。在通常情况下，淡水通过半透膜扩散到海水一侧，从而使海水一侧的液面逐渐升高，直至一定的高度才停止，这个过程为渗透。此时，海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。反渗透法的最大优点是节能。反渗透海水淡化技术发展很快，工程造价和运行成本持续降低，主要发展趋势为降低反渗透膜的操作压力，提高反渗透系统回收率，廉价高效预处理技术，增强系统抗污染能力等。(4)太阳能法：人类早期利用太阳能进行海水淡化，主要是利用太阳能进行蒸馏，所以早期的太阳能海水淡化装置一般都称为太阳能蒸馏器。由于它结构简单、取材方便，至今仍被广泛采用。与传统动力源和热源相比，太阳能具有安全、环保等优点，将太阳能采集与脱盐工艺两个系统结合是一种可持续发展的海水淡化技术。太阳能海水淡化技术由于不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高等优点而逐渐受到人们的重视。 将海水淡化后作生活用水，以解决淡水资源匮乏的问题，下列淡化海水的方法，在原理上完全不可行的是()。A加明矾使海水中的盐分沉淀而淡化B利用太阳能使海水蒸馏淡化C将海水缓慢降温凝固以获取淡化的饮用水D将海水通过离子交换树脂除去所含离子【例例1】解析A项中明矾是KAl(SO4)212H2O，加入到海水中能除去OH或Ba2等，但对Na、Cl、Mg2、Ca2等无影响，起不到淡化海水的作用，另外，加入明矾，对水的质量要求较高的生活用水，会有对人不利的因素，不可行；B项中是海水淡化常用的一种方法；C项中由于降温，物质的溶解性降低，而使水得到淡化；D项中此法普通水都可以纯净化，海水当然可以淡化。答案A海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法、反渗透法、冷冻法、太阳能法。 水资源非常重要，联合国确定2003年为国际淡水年。下列关于水的说法中错误的是()。A蒸馏法是海水淡化的方法之一B淡水的密度小于海水的密度C融化的雪水中矿物质的含量比深井水中的少D在0 以上，温度越高，水的密度越小解析水在4 时，1 gcm3，小于4 时热缩冷胀，高于4 时，热胀冷缩。答案D【体验体验1】海水淡化的目的是去除海水中超标的盐，降低盐的浓度。最简单的方法是利用太阳能蒸发水分，收集蒸馏水。其次可以采用减压蒸馏的方法，降低水的沸点，使水在较低的温度下蒸发，收集蒸馏水。现在大规模淡化海水则采用电渗析法。如下图所示：海水进入电渗析装置后，在电场作用下，钠离子和氯离子都要做定向移动：钠离子向阴极移动，氯离子向阳极移动，但阳离子交换膜只能让钠离子通过，阴离子交换膜只能让氯离子通过，所以，在电渗析装置中就出现了“一格海水被浓缩，另一格海水被淡化”的情况，我们只需要将淡水引出即得淡化水，而浓缩后的卤水则可以作为海水加工的原料得到进一步的利用。海水在电渗析器中部分变成淡水的原理，示意图如图所示电渗析器中由许多对阳、阴膜围成的许多“隔室”的宽度都很窄。脱盐时，各隔室相间流动着“淡水”和“浓水”；在流动着“极水”的以石墨为电极材料的两极发生电解反应。根据需要，可将几台电渗析器串联使用。图中标写的离子符号，提供思考其在电场中的迁移方向。回答下列问题：(1)分别写出海水在电渗析器中脱盐时所得主要阳极产物和主要阴极产物的化学式。用石棉布为隔膜的一般惰性阳极电解槽来电解海水，能用来生产H2吗？为什么？(2)致力于发展电渗析法、反渗透法等海水淡化新技术的直接社会效益是什么？(3)已成功地联合应用海水淡化新技术和一般的离子交换树脂净水法，由海水制得纯水。又知海洋水能源(海洋水能发电)有其巨大的开发前景。你认为应怎样综合开发海洋能源，促成人类进入氢能时代？解析(1)阳极：2Cl2e=Cl2；阴极：2H2e=H2。因为氯气可以和烧碱反应，所以不能用于制氯气，但制氢气没有什么问题。(2)从以上原理看，至少可以得到电解产物氯气、氢气和高浓度的烧碱，同时得到淡水及可用于进一步利用的浓缩海水。答案(1)Cl2、H2；可以；因为阴极发生的反应可以得到H2。(2)制氯气、氢气和高浓度的烧碱，同时得到淡水及高浓度卤水。(3)思路提示：太阳能发电，电渗析电解得氯碱类产品及淡水，卤水的进一步开发利用。海水的淡化的方向是：能耗低效率高选择优质的阴(阳)离子交换膜。 海水约占地球现有总水量的97.5%，海水淡化问题成为科学家的主要研究方向。下列淡化海水的方法不可行的是 ()。A加化学试剂，使海水中的盐分沉淀B利用太阳能，将海水蒸馏而去掉盐分C将海水通过离子交换树脂而除去盐分D利用半透膜，采用反渗透法而除掉盐分解析海水中Na等离子不能通过加化学试剂而沉淀，A项错误；B项为蒸馏法淡化海水，C项为电渗析法淡化海水，D项为反渗透法淡化海水。答案A【体验体验2】