资源简介

(共31张PPT)
烈日炙烤着小船，小科和小明的桨早就停了。指南针在昨天就没了反应，海天交界线模糊成一片晃眼的白。
背包里最后半块饼干被分着塞进嘴里，水壶底只剩层干涸的盐渍。小明突然爬起来，眼神发直地盯着海水，手已经要伸下去。
“别碰！”小科猛地拽住他，喉咙干得发疼，“海水不能喝！”他把小明按回座位，而小明用一脸疑惑的眼神看着他……
海水到底能不能喝？
主要是因为其中含有大量盐分（平均含盐量约3.5%），远高于人体体液的含盐量（约0.9%）。当人饮用海水后，人体细胞外的盐分浓度会急剧升高，为了维持细胞内外的平衡，细胞内的水分会大量渗透到细胞外，导致细胞脱水。这会让身体越喝越渴，反而加重脱水症状，严重时还会损伤肾脏等器官，危及生命。所以在海上缺水时，饮用海水不仅不能解渴，还会加速身体的衰竭。
海水不能喝
聪明的你，如果遇到小科和小明的险情，会如何解决缺水的问题呢？
淡化海水
4.3 海洋的探索
一、海水的淡化
世界上70%以上的人口居住在离海岸线120km以内的区域，尽管海洋中有丰富的水，却不能直接饮用，所以海水淡化一直是人类追求的梦想。
一、海水的淡化
海水淡化是指将海水脱盐取得淡水的过程。截至2021年，全球海水淡化工程规模超过1亿吨/日，惠及100多个国家。在一些中东国家，海水淡化水是国民饮用水的主要来源。海水淡化作为淡水资源的替代与增量技术，越来越受到重视。
你知道海水淡化有哪些方法吗？
目前，全球的海水淡化技术已经日趋成熟，主要包括反渗透法、蒸馏法、冷冻法等几十种方法。中国的海水淡化技术已经取得突破性进展，并在全球占领了一定的市场。
反渗透法
反渗透膜是模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜，是反渗透技术的核心构件。反渗透膜的孔径非常小，能有效截留水中的各种溶质，而水则能从半透膜渗出，从而获得比较纯净的水。反渗透法具有淡化后水的水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点，在海水淡化工程上得到了广泛应用。
探索活动
1.配制0.5%的食盐水100mL（模拟海水）,倒入A水槽。
2.用TDS笔测量A水槽中食盐水的固体溶解物含量,并记录读数。
3.连接反渗透滤芯(内含反渗透膜)、微型增压水泵和水管，组装成如图4.3-1所示的海水模拟淡化装置。
4.启动水泵抽取A水槽中的食盐水，把经过滤芯后的净水导入B水槽，废水导入C水槽(废水开关打开较小角度)。
5.几分钟后，再用清洗过的TDS笔测量B水槽中净水的固体溶解物含量，并记录读数。
TDS是total dissolved sollds的缩写，是指水中溶解的固体总量。
蒸馏法
把水加热到沸腾，产生的水蒸气经冷却形成液态水的方法称为蒸馏法，用这种方法收集到的水就是蒸馏水。蒸馏水中杂质非常少，可以将其看成是单一由水组成的。
这种仅由一种物质组成的物质，叫作纯净物。
由两种或两种以上物质组成的物质，叫作混合物。
蒸馏烧瓶
冷凝管
牛角管
锥形瓶
蒸馏还可以用于分离或提纯液体混合物，原理是根据液体混合物中各组分成分的沸点不同。
冷冻法
知识拓展
冷冻法是海水淡化的一种传统技术，原理是利用海水各成分凝固点不同：纯水凝固点为0℃，而海水因含盐分，凝固点低于0℃。
具体过程是将海水冷却至凝固点以下，使其中的水分先凝结成冰，而盐分等杂质则留在未冻结的浓盐水中。随后将冰块分离出来，熔化后就能得到淡水。
不过，冷冻法能耗较高，且结冰过程中可能有盐分包裹在冰晶中，影响淡水纯度，目前在大规模海水淡化中应用较少，更多用于特殊场景。
一、海水的淡化
海水淡化的原理并不复杂，但如果要大规模地实现海水淡化，就要综合考虑成本、能耗、效率、环保等诸多问题。
现在你有办法解决小科和小明在海上缺水的问题了吗？
美味的菜需要各种佐料调味。
盐是一种重要的调味料。
你知道我们平时吃的食盐是哪里来的吗？
二、 海盐的提取
我们日常一日三餐所吃的食盐，很多来自海盐。中国是世界上最早提取海盐的国家之一。据《管子》记载:“暮春之初，北海之民即煮海为盐。”明代学者宋应星撰著的《天工开物》记载:“其海丰、深州引海水入池晒成者，凝结之时扫食不加人力，与解盐同。”
我国的海盐生产，一般采用日晒法。利用滨海滩涂，筑坝开辟盐田(如图4.3-2)，通过纳潮扬水，日照蒸发而浓缩。当氯化钠溶液达到饱和时，析出氯化钠晶体，即为原盐。像这种固体溶质从它的饱和溶液中以晶体形式析出的过程称为结晶。
日晒法得到的原盐属于粗盐，粗盐成分中不仅有氯化钠，还有氯化镁、氯化钙、泥沙等杂质，所以必须经过进一步的提纯才能成为可食用的精盐。
探究实践
粗盐的提纯
目标
掌握粗盐提纯的基本方法。
器材
烧杯，天平，玻璃棒，漏斗，滤纸，滴管，蒸发皿，铁架台，酒精灯，粗盐。
过程
1.溶解。
称取10g粗盐，放入烧杯中，加入30mL水，用玻璃棒搅拌至充分溶解,形成粗盐悬浊液。
混合物
粗盐的提纯
探究实践
2.过滤。
(1)如图4.3-3所示,把滤纸折成圆锥形放入漏斗中，使之紧贴漏斗内壁，如果滤纸边缘高出漏斗口，要用剪刀剪去部分滤纸，确保滤纸边缘低于漏斗口。
(2)放置好漏斗，使漏斗下端管口紧贴烧杯内壁，以使滤液沿烧杯内壁流下。
（3）用少量水润湿滤纸，用玻璃棒把滤纸紧贴在漏斗壁上，使滤纸与漏斗壁之间没有气泡。
(4)把备好的悬浊液沿玻璃棒慢慢地倒入漏斗，注意液面不能超过滤纸边缘。
粗盐的提纯
探究实践
过滤操作要点：
一贴、二低、三靠。
上
粗盐的提纯
探究实践
若过滤后的滤液仍浑浊，可能原因有哪些？
可能原因：①滤纸破损
②漏斗内的液面高于滤纸边缘
③仪器不干净
找出原因后，重新操作。
粗盐的提纯
探究实践
3.蒸发结晶。
如图4.3-4所示，把滤液倒入蒸发皿,点燃酒精灯加热，并用玻璃棒搅拌。当出现大量食盐晶体后,熄灭酒精灯,利用余热蒸发剩余的水。
4.转移。
冷却后用玻璃棒把蒸发皿中的食盐晶体转移到烧杯中。
探究实践
粗盐的提纯
问题讨论
1.在本实验中,玻璃棒起到了哪些作用
2.本实验最后得到的食盐是否为纯净物 为什么
1.玻璃棒的作用：①溶解时搅拌，加速溶解。
②过滤时引流，防止液体溅出。
③蒸发时搅拌，使液体受热均匀，防止液体因
局部过热飞溅。
④转移时转移固体。
2.本实验最后得到的食盐不是纯净物，因为精盐成分中不仅有氯化钠，还有氯化镁，氯化钙等可溶性杂质。
结晶
（1）蒸发结晶（蒸发溶剂法）
当饱和溶液蒸发溶剂后，溶剂的量减少。溶剂中所能溶解的溶质的量也相应减少，便会析出晶体。
思考与讨论
除了蒸发可以析出结晶外，还可以用什么方法？
探索活动
1.配制一杯70℃左右的硫酸铜饱和溶液。用滴管吸取后滴在有凹穴的玻璃片上，如图4.3-5所示。
2.用放大镜或显微镜观察，玻璃片上的溶液中出现 。
蓝色晶体
实验表明，蒸发溶剂和冷却热饱和溶液都是常见的结晶方法。
结晶
（2）降温结晶（冷却热饱和溶液法）
一般物质随着温度的升高，溶解度增大，所以当把热的饱和溶液降温时，由于溶解度减小，一部分溶质便会结晶析出。
应用
蒸发结晶一般用于溶解度受温度变化影响不大
的固体物质从其水溶液中析出。
降温结晶一般用于溶解度受温度变化影响较大
的固体物质从其水溶液中析出。
思考：硝酸钾和氯化钠中，适用于降温结晶的是 。适用于蒸发结晶的
是 。（不重复选择）
硝酸钾
氯化钠
思考与讨论
为什么冷却硫酸铜热饱和溶液可以得到硫酸铜晶体？
硫酸铜溶液的溶解度随温度降低而逐渐减小,冷却硫酸铜的热饱和溶液可以制得硫酸铜晶体。
探索活动
1.制备硫酸铜小晶体。
(1)准备一杯200mL、温度为70℃左右的硫酸铜饱和溶液，用脱脂棉代替滤纸趁热过滤，得到澄清的饱和溶液。
（2）在烧杯上盖上一张白纸，用棉花把烧杯围起来，静置在一个安静无风的室内空间，第二天可观察到烧杯中析出一些硫酸铜小晶体。
2.制备硫酸铜大晶体。
选择几颗几何形状完整的硫酸铜小晶体。用线把硫酸铜小晶体串起来，悬挂在玻璃棒上，玻璃棒搁置在另一杯新制的、200mL、温度为70℃左右的澄清硫酸铜饱和溶液上，确保硫酸铜小晶体悬空且浸没在溶液中。重复静置结晶，最后生成硫酸铜大晶体。
3.修饰硫酸铜大晶体。
晾干晶体后，去除多余的附着物，并用砂纸、刀片
对某些硫酸铜大晶体表面的不规则部外做适当的清理。
人体吸收硫酸铜后易造
成重金属中毒，要防止
误食。
速度要快，防止饱和溶液迅速冷却析出晶体
晶种的选择是关键，要获得形状完整的小晶体，应使用纯净的硫酸铜，防止灰尘落入溶液中，且饱和溶液要静置，避免振荡。
三、海洋的探索和开发
海洋是世界上食品、石油、天然气以及矿产资源的重要来源地。
海洋不仅孕育了丰富的渔业资源，为全球提供约20%的动物蛋白；其海底沉积层还蕴藏着大量石油和天然气，占世界总储量的30%以上。此外，深海中富含锰结核、钴结壳等矿产，以及盐、镁、溴等化学资源。这些资源在能源、化工、食品等领域至关重要，对人类生存发展意义深远。
图4.3-6所示的是人类对海洋资源的开发和利用情况。
人类通过渔业捕捞、水产养殖、海上油井、海底采矿、海浪发电、海水淡化等方式获取了大量的海洋资源，为人类的生存和发展提供了有力保障。
三、海洋的探索和开发
海上油井
海浪发电
直至今日，海洋仍然有着许多未解之谜。辽阔而深邃的海洋神秘莫测，尤其是深海黑暗、寒冷、缺氧、高压的极端环境让人望而却步。那么，科学家是怎样探索海洋的呢 为了获取更多的海洋信息，科学家发明了很多探索海洋的新技术。近年来，我国的海洋科考取得了巨大进展，尤其是深海探测技术迅速发展，如图4.3-8所示，为我国建设海洋强国提供了重要支撑。
可燃冰
可燃冰，又称为“天然气水合物”或“甲烷水合物”，是水和天然气在高压和低温条件下产生的一种固态物质，外形类似冰或固体酒精，点火即可燃烧，其微观上为笼型结构，如图4.3-9所示。可燃冰储量丰富、分布广阔，且燃烧后仅生成少量的二氧化碳和水，污染极小，因此被国际公认为石油和天然气的最佳替代能源。可燃冰主要分布于深海或陆域冻土中。据探测，海底可燃冰的储量至少够人类使用1000年。
中国的可燃冰主要分布在南海海域、东海海域、青藏高原冻土带以及东北冻土带。2020年，蓝鲸二号海上钻井平台在南海海域试采点火成功，在水深1225米的南海神狐海域，攻克了深海浅软地层水平井钻采核心技术，创造了产气总量和日均产气量两项新的可燃冰开采世界纪录。
当堂练习
1.如图所示，对淡化膜右侧的海水加压，水分子可以透过淡化膜进入左侧淡水池，而海水中的各种离子不能通过淡化膜，从而得到淡水。加压后，右侧海水的溶质质量、溶剂质量、溶液质量、溶质质量分数是否发生变化 如何变化
加压后，右侧海水的溶质质量不变，溶剂质量变小，溶液质量变小，溶质质量分数变大。
2.请用合理的方法分离下列混合物:①水和酒精;②食盐和泥沙。
①水和酒精用蒸馏法分离。
②食盐和泥沙用过滤法分离。
当堂练习
3.粗盐中难溶性杂质的去除过程中，涉及称量、溶解、过滤、蒸发等过程。下列说法不正确的是( )
A.称量时粗盐放在天平左盘的称量纸上
B.粗盐溶解时，要用玻璃棒不断搅拌
C.蒸发时，在滤液恰好蒸干时停止加热
D.过滤时漏斗下端尖嘴紧靠烧杯内壁
C
4.某同学在实验室里过滤一种浑浊液，发现滤出的液体仍很浑浊，他检查实验装置后，发现漏斗外壁没有水，滤纸也未出现破损或小漏洞，则造成实验失败的原因可能是下列错误操作中的（　　）
A.滤纸高出漏斗边缘的部分未剪掉
B.滤纸与漏斗之间有气泡未被排除
C.倾倒液体时液面高于滤纸边缘
D.过滤时玻璃棒靠在单层滤纸一边
C
5.在“粗盐的提纯”实验中，下列仪器用到的次数最多的是（　　）
A．漏斗 B．烧杯 C．玻璃棒 D．酒精灯
C
你还记得玻璃棒在各个步骤中的用途吗？
玻璃棒的作用：①溶解时搅拌，加速溶解。
②过滤时引流，防止液体溅出。
③蒸发时搅拌，使液体受热均匀，防止液体因
局部过热飞溅。
④转移时转移固体。
The end！

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