第六单元海水中的化学。
第l节海洋化学资源。
1.海洋化学资源。
海洋化学资源是指海水中所蕴含的可供人类利用的各种化学元素。海水的成分非常复杂，全球海洋的含盐量就达5亿亿吨，还含有大量非常稀有的元素，所以海洋是地球上最大的矿产资源库。海洋资源的持续利用是人类生存发展的重要前提，目前，全世界每年从海洋中提取淡水20多亿吨、食盐5000万吨、镁及氧化镁260多万吨、溴20万吨，总产值达6亿多美元。
1)金属镁的提取。
通常将石灰乳加入海水或卤水中，沉淀出氢氧化镁，氢氧化镁再与盐酸反应生成氯化镁，电解熔融状态的氯化镁，就能制得金属镁。可用下述过程表示：
石灰乳盐酸通电。
上述转化过程中发生的化学反应主要有：
mgcl2 +ca(oh)2=mg(0h)2↓+cacl2
mg(oh)2+2hcl=2mgcl2+2h20
mgcl2 通电 mg+cl2↑
2)海底矿物。
①天然气水合物——“可燃冰”的发现天然气水合物是由天然气(主要成分为甲烷)和水在低温、高压的条件下形成的冰状固体。天然气水合物燃烧产生的能量比同等条件下的煤或石油产生的能量多得多，而且燃烧后几乎不产生任何残渣或废气，被科学家誉为“未来能源”、“21世纪能源”。
②锰结核。它含有锰、铁、镍、铜、钻、钛等20多种金属元素，如果能加以合理利用，将是我们人类的一笔宝贵的财富。
2、海水淡化。
水是生命之源，淡水危机甚至比粮食危机、石油危机还要来势汹汹，解决淡水资源问题已提到了人类的议事日程。在这种背景下，把海水、苦咸水等含高盐量的水转化为生产、生活用水的海水淡化技术得到空前迅猛的发展。目前，淡化海水的方法已有十种之多，下面介绍的是其中最为主要的几种。
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。
根据设备可分为蒸馏法、蒸汽压缩蒸馏法、多级闪急蒸馏法等。此外，以上方法的组合也日益受到重视。
多级闪急蒸馏法”就是设计了一套压强一个比一个低的蒸发室，将它们连同在一起，防高温海水从压强较高的蒸发室流入压强较低的蒸发室，就会发生瞬间蒸发，变为水蒸气，水蒸气经冷凝成为淡水。这种蒸发室越多，海水瞬间蒸发的次数就越多，总的蒸发效率也就很高。
2）电渗析法亦称换膜电渗析法该法的技术关键是新型离子交换膜的研制。离子交换膜是0.5～1.
0mn厚度的功能性膜片。按其选择透过性区分为正离子交换膜(阳膜)与负离子交换膜(阴膜)。电渗析法是将具有选择透过性的阳膜与阴膜交替排列，组成多个相互独立的隔室海水被淡化，而相邻隔室海水浓缩，淡水浓缩水得以分离。
电渗析法不仅可以淡化海水，也可以作为水质处理的手段。为污水再利用作出贡献。此外，这种方法也越来越多地应用于化工、医药、食品等行业的浓缩、分离与提纯。
（3）反渗透法：通常又称超过滤法。是2023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。它的能耗仅为电渗析法的1／2，蒸馏法的l／40。
因此，从2023年起，美日等发达国家先后把发展重点转向反渗透法。
3、海洋——蓝色的宝库。
按照自然属性，可将海洋资源分为海底矿产资源、海水化学资源、海洋生物资源、海洋再生能源、海洋空间资源和海洋旅游资源六大类。
海域中蕴藏各种金属与非金属矿床、石油和天然气、甲烷水合物、磷钙土等；在深海大洋底蕴藏着多金属结核、结壳、热液多金属硫化物矿等。仅海洋石油总储量达145亿吨，天然气约45万亿吨，海底的天然水合物资源量约7.6×106立方米，可供人类使用几十万年。
此外，大洋还有多金属结核3万亿吨。
海洋生物多达20万种，生物总量达342亿吨。仅鱼类年生长总量达6亿吨。
海水中溶解有80多种化学元素，人们把它比喻为“液体矿山”。海水中含食盐377亿吨，镁1800亿吨、钾550亿吨、溴95亿吨、碘820亿吨、铀45亿吨、金1500万吨。
潮汐、海流、波浪、海风蕴藏着大量的能源，海水蕴藏着大量的能源，海水温差、盐差则蕴藏着差热能和化学能，它们均可用来发电。全世界波浪能多达45亿千瓦、温差能37亿千瓦，这些都是可再生能源，取之不竭。
4、保护海洋资源。
随着世界人口的急剧增长，以及人类物质生活的提高，各种工业垃圾和生活废物的数量正在成倍地增长，近50年来，人类向海洋倾入的垃圾废物己为初期的20倍，这个增长幅度还在加大。尤其是来往于大洋间的数以10万吨计的超级油轮越来越多，一次触礁或撞船等事故的发生，往往会造成几万至几十万吨以上石油的污染，严重地威胁着海洋鱼类等生物的生存，一些有害有毒物质长期在这些生物聚积，一旦被人体吸入，将会导致大规模病害，影响人体健康；这些油轮即使不出事故，按惯例在卸完油后，在公海用海水清洗油舱后泄入海里的油垢，约为油轮装载量的1％，也就是说一艘油轮装运100次所清洗油舱溢出的石油，等于发生了一次沉船事故泄漏的全船石油，可见这种不易觉察的污染远远超过发生事故造成的污染，这仅仅是污染海洋的一种因素而已。
为保护人类共有的海洋资源，世界各国采取了多种措施，如海洋环境立法、建立海洋自然保护区、加强海洋环境监测、提高消除污染的技术水平等。
第2节海水“晒盐”
1、海水“晒盐”过程。
海水中溶有大量的盐，如果我们把1000g海水加热蒸发，直到把水全部蒸发掉，就能得到约35g的盐。全世界海水中含有盐类总质量约为5亿亿吨，如果把这些盐平铺在陆地上，其厚度可达150m。目前，从海水中提取食盐的方法主要为“盐田法”（也称“太阳能蒸发法”），这是一种古老而至今仍广泛沿用的方法。
使用该法，需要在气候温和、光照充足的地区选择大片平坦的海边滩涂，构筑盐田。
盐田通常分为两部分：蒸发池和结晶池。先将海水(或海边地下卤水)引入蒸发池，经日晒蒸发水分到一定程度时，再导入结晶池，继续日晒，海水成为食盐的饱和溶液，再晒就会逐渐析出食盐来。
这时得到的晶体就是我们常见的“粗盐”。剩余的液体称为母液(也称“苦卤”)，可从中提取多种化工原料。我国海盐年产量达2000多万吨，居世界第一位。
较大的盐场有河北的长芦盐场、山东的莱州湾盐场等粗盐。
母液。2、饱和溶液和不饱和溶液。
(1)定义。
在一定温度下，一定量溶剂中，不能继续溶解某物质的溶液，叫做这种溶质的饱和溶液；还能继续溶解某物质的溶液，叫做该物质的不饱和溶液。
2)要点。要指明一定温度和一定量的溶剂提到饱和溶液和不饱和溶液，必须说明一定温度和一定量的溶剂。如果温度或溶剂量改变了，溶液就可能从饱和变成不饱和或者从不饱和变成饱和。
例如室温下，loo**中溶解31．6g硝酸钾达到饱和，若升高温度或增大溶剂量，原来的饱和溶液就会变成不饱和溶液。
②饱和溶液是针对某物质的饱和溶液，是指不能溶解该物质的溶液，而不是不能溶解任何物质。例如，某温度下，某溶液不能再继续溶解氯化钠，对于氯化钠来说它是饱和的，但它却能继续溶解蔗糖，对于蔗糖来说它是不饱和的。
利用这种方法，人们用将含氯化镁和氯化钙杂质的粗盐反复浸泡到氯化纳的饱和溶液中，利用该溶液不能溶解氯化纳，但可以溶解氯化镁和氯化钙，从而达到精制食盐的目的。
因此在讲饱和溶液与不饱和溶液时，只有指明“一定温度”、“一定量溶剂”和“对某种溶质而言”，饱和溶液才有确定意义。
注意：如果向某温度下的饱和溶液中继续加入溶质，加入的物质的质量不会减少，溶液中的溶质和溶剂的质量也不发生改变。
3)饱和溶液和不饱和溶液的相互转化。
当外界条件改变时，或溶剂的质量发生改变时，饱和溶液和不饱和溶液之间可以相互转化，如下表：
3、结晶。(1)晶体：具有一定规则几何形状的固体叫做晶体。
(2)结晶：溶液中的溶质以晶体的形式从溶液中析出的过程叫做结晶。
(3)结晶的方法。
①冷却热饱和溶液法。
由于饱和溶液是不能继续溶解某溶质的溶液，通常情况下，随着温度的降低，溶解能力也降低，因此将高温下的饱和溶液降温，其中不能溶解的溶质便会从溶液中析出。
②蒸发溶剂法。
蒸发溶剂时，溶液会先从不饱和状态变成饱和状态，当饱和溶液中的水分继续减少时，溶液中不能继续溶解的溶质便会从溶液中结晶析出。
4、固体物质的溶解度。
1)定义：在一定温度下，某固态物质在100g溶剂里达到饱和状态时所溶解的溶质的质量，叫做该物质的溶解度。
2)溶解度四个关键要素。
必须指明“在一定温度下”，因为随着温度的改变，物质的溶解度也在改变。
必须指明“在100g溶剂里”，因为随着溶剂量的增多，物质溶解的量也增多。
必须指出“溶解达到饱和状态”，也就是物质在溶剂中溶解的最大量。
必须指明“溶解的克数”，溶解度是有单位的，单位是“g”。
3）影响固体物质溶解度的因素——温度。
温度对固体物质溶解度的影响大致有如下三种情况：
大多数固体物质溶解度随着温度的升高而增大。例如硝酸钾。
少数物质的溶解度受温度的影响变化很小。例如氯化钠。
极少数的物质的溶解度随着温度的升高而减小。例如熟石灰(氢氧化钙)。
4）溶解度的曲线。
溶解度曲线表明了某物质的溶解度随温度的变化，形象地体现出了物质的溶解度与温度之间的关系。
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