1、第三单元 海水淡化专题1 多样化的水处理技术 地球是个蓝色的星球，表面积约地球是个蓝色的星球，表面积约3/4被海水被海水所覆盖。海水占地球总水量的所覆盖。海水占地球总水量的97%以上，可是以上，可是它含盐量高，它含盐量高，20度时的密度达到度时的密度达到1.0243g/cm-3，不适合人类饮用，也不适合作为工农业生产用不适合人类饮用，也不适合作为工农业生产用水。水。从从20世纪世纪50年代以来，随着工农业的发展年代以来，随着工农业的发展和城市人口的增长，淡水供应逐渐紧张，造成有些和城市人口的增长，淡水供应逐渐紧张，造成有些城市或地区严重缺水。城市或地区严重缺水。但海水是一种不可忽略的潜但海水是
2、一种不可忽略的潜在水源，在水源，因此海水淡化的技术，成为开发新水源的因此海水淡化的技术，成为开发新水源的重要途径之一。重要途径之一。资料资料 早在早在15世纪，航海部门就曾以简易的蒸世纪，航海部门就曾以简易的蒸馏装馏装置来解决海船在长期航行中的淡水供应问题。第置来解决海船在长期航行中的淡水供应问题。第二次世界大战期间，出于战争的需要，用蒸馏法二次世界大战期间，出于战争的需要，用蒸馏法淡化海水的技术有较大的发展，已用于供应战舰淡化海水的技术有较大的发展，已用于供应战舰和岛屿的淡水。和岛屿的淡水。据据1980年统计，全世界淡化装置年统计，全世界淡化装置的每天总造水量为的每天总造水量为 727.5万
3、立方米，其中万立方米，其中75.9 是是蒸馏法生产的，其余大部分用膜法蒸馏法生产的，其余大部分用膜法（电渗析法和（电渗析法和反渗透法）。反渗透法）。海水淡化方法1、原理：利用液体沸点不同加热液体，使不同组、原理：利用液体沸点不同加热液体，使不同组分在不同温度沸腾汽化，再将蒸汽冷凝收集在容器分在不同温度沸腾汽化，再将蒸汽冷凝收集在容器中。中。2、减压蒸馏的原理：利用压强降低，液体的沸点、减压蒸馏的原理：利用压强降低，液体的沸点也降低也降低3、蒸馏法的优点：设备相对简单、技术比较成熟、蒸馏法的优点：设备相对简单、技术比较成熟 缺点：能耗大缺点：能耗大一、一、蒸馏法蒸馏法1、原理：在外加直流电场的作
4、用下，处于中间位置、原理：在外加直流电场的作用下，处于中间位置海水槽里的阴离子、阳离子分别透过阴离子交换膜、海水槽里的阴离子、阳离子分别透过阴离子交换膜、阳离子交换膜迁移到阳极区、阴极区，中间水槽里的阳离子交换膜迁移到阳极区、阴极区，中间水槽里的水含盐量就降低了。水含盐量就降低了。2、特点：消耗的电能大，但其成本只有蒸馏法的、特点：消耗的电能大，但其成本只有蒸馏法的1/4。3、离子交换膜：用离子交换树脂制成的薄膜，也称、离子交换膜：用离子交换树脂制成的薄膜，也称电渗析膜。有阴、阳离子交换膜之分，阴离子只能通电渗析膜。有阴、阳离子交换膜之分，阴离子只能通过阴离子交换膜，阳离子只能通过阳离子交换膜
5、。过阴离子交换膜，阳离子只能通过阳离子交换膜。海水淡化方法二、电渗析二、电渗析法法海水淡化方法三、三、反渗透法反渗透法1、渗透压：浓度较小的溶液中的水分会通过半透膜、渗透压：浓度较小的溶液中的水分会通过半透膜渗透到浓度较大的溶液中，使原来浓度较大的一侧溶渗透到浓度较大的溶液中，使原来浓度较大的一侧溶液液面升高，当液面升高产生的压力达到一定数值时液液面升高，当液面升高产生的压力达到一定数值时能阻止水的继续渗透，这个压力称为渗透压。能阻止水的继续渗透，这个压力称为渗透压。2、反渗透法的原理：如果在含盐浓度较大的溶液一、反渗透法的原理：如果在含盐浓度较大的溶液一侧施加一定的压力，可以迫使侧施加一定的
6、压力，可以迫使水从浓溶液一侧向稀溶液一侧渗透，使浓溶液浓度增水从浓溶液一侧向稀溶液一侧渗透，使浓溶液浓度增大，得到淡水。大，得到淡水。3、特点：可以大量、快速地生产淡水。、特点：可以大量、快速地生产淡水。海水淡化方法四、四、冷冻法冷冻法1、原理：把冷海水喷入真空室，部分海水蒸发吸、原理：把冷海水喷入真空室，部分海水蒸发吸热使其余海水冷却形成冰晶。固体冰晶中的杂质要热使其余海水冷却形成冰晶。固体冰晶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淋比原溶液中少得多。将得到的冰晶用适量的淡水淋洗、熔化，就得到淡水。洗、熔化，就得到淡水。2、特点：由于水的比热、汽化热大，这种海水淡、特点：由于水
7、的比热、汽化热大，这种海水淡化技术要消耗大量的能量。化技术要消耗大量的能量。课题课题将游离态的氮转化为化合态的氨在工业将游离态的氮转化为化合态的氨在工业上有较大的价值。上有较大的价值。N2NH3医药医药炸药炸药染料染料化肥化肥如果你是一个合成氨工厂的厂长，如果你是一个合成氨工厂的厂长，对工业生产你主要考虑哪些问题？对工业生产你主要考虑哪些问题？主要：主要：经济效益与社会效益经济效益与社会效益基本要求基本要求：a、反应快、反应快 b、原料利用率高、原料利用率高,生成物多生成物多 c、单位时间内产量高、单位时间内产量高二、合成氨适宜的条件二、合成氨适宜的条件（理论分析）（理论分析）讨论：讨论：请同
8、学们写出合成氨的化学请同学们写出合成氨的化学反应方程反应方程 式，并讨论说明这个反应式，并讨论说明这个反应方程式有什么特点？方程式有什么特点？特点：特点：a、可逆反应、可逆反应b、正反应放热、正反应放热c、正反应是气体体积减小的反应。、正反应是气体体积减小的反应。N2+3H2 2NH3 （正反应放热）（正反应放热）分析合成氨适宜的条件分析合成氨适宜的条件（理论分析）（理论分析）增大反应物浓度，升高反应温度，增大压强，增大反应物浓度，升高反应温度，增大压强，使用催化剂使用催化剂有利化学反应速率角度：有利化学反应速率角度：有利化学反应平衡角度：有利化学反应平衡角度：增大反应物浓度，降低反应温度，增
9、大压强增大反应物浓度，降低反应温度，增大压强可见，增大反应物浓度，增大压强，使用可见，增大反应物浓度，增大压强，使用适宜的催化剂对反应有利。适宜的催化剂对反应有利。+N23H2NH32（正反应放热）（正反应放热）高温高温 高压高压催化剂催化剂1.工业上合成氨的适宜条件工业上合成氨的适宜条件（实际应用）（实际应用）压强：压强：21075 107Pa温度：温度：500 左右左右催化剂：铁触媒做催化剂催化剂：铁触媒做催化剂阅读教材（阅读教材（58-59页）页）工业上对合工业上对合成氨的适宜条件是怎样选择的？成氨的适宜条件是怎样选择的？回答下列问题：回答下列问题：1、合成氨生产时，为什么不采用尽可能高
10、的压强？通、合成氨生产时，为什么不采用尽可能高的压强？通常采用常采用21075 107Pa 的压强？的压强？2、实际生产中，为什么温度不能太高而采用适当高温、实际生产中，为什么温度不能太高而采用适当高温（500）？）？3、在高温高压下，为什么还要使用催化剂？、在高温高压下，为什么还要使用催化剂？4、你认为合成氨中，氮气和氢气的体积比为多少、你认为合成氨中，氮气和氢气的体积比为多少最佳最佳，为什么？为什么？选择适宜条件选择适宜条件:(速率较快速率较快,转化率适中催化剂活性最大转化率适中催化剂活性最大)温度温度:500 C0压强压强:210 510 Pa（200500atm）77(有利于氨的合成有
11、利于氨的合成,对动力、材料强度、对动力、材料强度、设备制造要求适中设备制造要求适中)催化剂：铁触媒催化剂：铁触媒(以铁为主体的多成分催化剂以铁为主体的多成分催化剂)使反应物在较低温度下较快的进行反应。使反应物在较低温度下较快的进行反应。浓度：将生成的氨及时从混合气中分离出来，浓度：将生成的氨及时从混合气中分离出来，且向循环气中不断补充且向循环气中不断补充 N2、H2（1:3)。二、合成氨工业简述：二、合成氨工业简述：1、主要流程：、主要流程：原料气制取原料气制取 净化净化 压缩压缩 合成合成 分离分离 液氨液氨2、原料气制取：原料气制取：空气空气压缩压缩碳碳液态空气液态空气 N2(先逸出先逸出
12、)物理方法物理方法蒸发蒸发CO2(+N2)N2 化学方法化学方法 分离出分离出CO2制氮气制氮气:制氢气制氢气:水蒸气水蒸气 CO+H2 CO2+H2 H2 炽热碳炽热碳H2O(气气)分离出分离出CO2 C(S)+H2O(g)CO(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)合成氨的工业流程演示N2、H2混合气N2、H2混合气N2、H2混合气液氨N2、H2、液氨、混合物合成塔氨分离器NH3N2、H2流程演示化学原理课堂练习复习小结：复习小结：工业制硫酸可以用几个工业制硫酸可以用几个“三三”来表来表示示三原料：三原料：三方程：三方程：三设备：三设备：三净化：三净化：三原理：三
13、原理：黄铁矿（硫铁矿）、空气、黄铁矿（硫铁矿）、空气、98.3%的浓硫酸。的浓硫酸。略沸腾炉、接触室、吸收塔。沸腾炉、接触室、吸收塔。洗涤、除尘、干燥。洗涤、除尘、干燥。平衡移动原理平衡移动原理热交换原理热交换原理逆流原理逆流原理硫酸工业生产流程动画 硫酸的工业生产沸沸 腾腾 炉炉接接 触触 室室吸吸 收收 塔塔净净化化冷冷 却却 空空气气尾尾气气沸腾炉照片空气空气 炉气炉气思考：思考：从沸腾炉出从沸腾炉出来的气体来的气体 SO2是否纯是否纯净？如果不净？如果不纯净，如何纯净，如何除杂和净化除杂和净化？矿渣接触室接接 触触 室室照片适宜条件的选择：催化剂：五氧化二矾（V2O5）温度：400至5
14、00摄氏度压强：常压 N2吸收塔吸吸 收收 塔塔思考：思考：为何不用是水或稀硫酸来做吸收剂？净化后的原料气体冷SO2,空气SO2,SO3空气到吸收塔净化后的原料气体热返回返回催化剂催化剂化学最前沿化学最前沿合成氨新法合成氨新法电合成电合成 最新，两位希腊化学家，位于 Thessaloniki 的阿里斯多德大学的 George Marnellos 和 Michael Stoukides，发明了一种合成氨的新方法。在常压下，令氢与用氦稀释的氮分别通入一加热到 570oC 的以锶-铈-钇-钙-钛矿多孔陶瓷（SCY）为固体电解质的电解池中，用覆盖在固体电解质内外表面的多孔 钯多晶薄膜的催化，转化为氨，转化率达到78%；对比：几近一个世纪的哈伯法合成氨工艺通常转化率为10-30%！1918年诺贝尔化学奖授予德国化学家哈伯年诺贝尔化学奖授予德国化学家哈伯 作业：P81-83精练6.3
