人类的生存离不开水,地球上虽然有大量的水,可惜能为人类所利用的淡水却少得可怜。当人类为缺水感到闲惑时,毫无疑问会将目光投向总量远比淡水多得多的海水。海水中含有3.5%的盐类化合物,如何低成本地把这些化合物从水中除去,一直是化学家孜孜以求的目标。目前,常用的

admin2020-03-28  43

问题      人类的生存离不开水,地球上虽然有大量的水,可惜能为人类所利用的淡水却少得可怜。当人类为缺水感到闲惑时,毫无疑问会将目光投向总量远比淡水多得多的海水。海水中含有3.5%的盐类化合物,如何低成本地把这些化合物从水中除去,一直是化学家孜孜以求的目标。目前,常用的海水淡化方法有以下几种。
     蒸馏法。将海水加热,使其中的水变成蒸汽,再让蒸汽冷凝下来。由于海水中所溶的盐类不会随着蒸汽出来,因此得到的水就是几近纯水的蒸馏水。然而,无论是加热还是冷凝,都需耗费能源。每蒸发1克水就需要2.3千焦的能量。所以这种方法救急可以,却不是一个长久之计。
     离子交换法。溶解在水中的盐分,都以阳离子和阴离子的形式存在。如果有一种东西可以把这些离子移走,那么水也就得到纯化了。离子交换树脂就具有这样的能力。离子交换树脂是一种具有网状结构的不溶于水的高分子材料。它犹如一棵大树,上面有很多树枝,每个树枝上都有一个口袋。当海水通过的时候,阳离子会把阳离子交换树脂“口袋”中的氢离子交换出来,阴离子会把阴离子交换树脂“口袋”里的氢氧根离子交换出来,而氢离子和氢氧根离子相遇就变成了水。不过,离子交换树脂在使用了一段时间后会达到饱和状态,怎样使离子交换树脂可以持续使用呢?由于离子交换是可逆的,因此可以分别用酸和碱进行反交换来更新,这样就能使离子交换树脂反复使用了。但离子交换法处理能力有限,并需要大量的酸和碱来使树脂“再生”,如果大量用于海水淡化,成本太高,因此目前这种技术主要应用在水的进一步纯化方面。
     反渗透法。渗透是大自然中一个非常普遍的自然现象。例如,植物就是靠根部的渗透来吸取水分的,渗透平衡对人的生命活动也极为重要。渗透是依靠一种称为半透膜的材料来实现的。半透膜可以让水自由通过,而水中的其他化学物质是通不过的。如果半透膜的左边是纯水,右边是溶液的话,从纯水这边通过半透膜的水就会比溶液右边通过半透膜的水多得多。这是因为,纯水上方的饱和蒸汽压比溶液上方的饱和蒸汽压大。当纯水和溶液上方均处于1.01帕×105帕(1个标准大气压)的压力下,驱动水分子运动的动力决定于饱和蒸汽压。于是,纯水这边液面下降,溶液那边液面上升,到一定的液位差就达到平衡,这就是渗透现象。植物根部的表皮就是这样一种半透膜。
     如果在溶液上方加压,使溶液上方的总压大于纯水上方的大气压,情况就会发生逆转。此时驱动水分子通过半透膜的动力就决定于两边的压力差。压力差大,溶液中就会有更多的水通过半透膜流向纯水。
     用反渗透法将海水制成淡水的方法又被称为“膜技术”。它的关键在于半透膜。首先这层膜要有一定的强度,因为处理过程是要加压的;其次它必须具有百分之百的选择性,只能让水通过,而任何其他化学物质是不能通过的;最后它还应该有较大的通过量,以加快制备过程。目前半透膜所存在的问题是成本高、寿命短。处理的溶液浓度愈高,膜的寿命愈短。如果这两个问题能解决的话,膜技术将会成为海水淡化最有前途的一种方法。
跟蒸馏法和反渗透法相比,离子交换法最根本上的不同是:

选项 A、利用化学反应,将盐类化合物从水中置换出来
B、使用了离子交换树脂,需要重复“再生”,成本较高
C、能够百分百允许水分子通过,同时会把盐类锁住在交换树脂上
D、该方法的核心材料可以反复使用,使用周期长

答案A

解析 B项“成本较高”、C项“百分百允许水分予通过”也都是反渗透法存在的问题,并非根本不同,排除。D项“可以反复使用,使用周期长”非离子交换法与其他两种方法的根本不同,排除。分析文段可知,离子交换法与其他两种方法的根本区别在于淡化原理不同,即离子交换法利用了化学反应,另外两种则没有。故本题选A。
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