Номер 7, страница 197 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

7. Одна из глобальных проблем человечества — нехватка пресной воды. При этом, например, в прибрежных странах Африки солёных вод предостаточно. Какие способы опреснения морской воды вы можете предложить?

Опреснение морской воды — это процесс удаления из неё растворённых солей с целью получения пресной воды, пригодной для питья, бытовых нужд и промышленного использования. Для решения этой задачи, особенно актуальной для засушливых прибрежных регионов, таких как страны Африки, можно предложить несколько основных методов.

Дистилляция (испарение)

Это традиционный метод, основанный на принципе испарения воды с последующей конденсацией пара. Морскую воду нагревают до кипения. Вода превращается в пар, а соли и другие примеси, имеющие гораздо более высокую температуру кипения, остаются в исходном растворе (рассоле). Затем чистый водяной пар собирается в специальной камере (конденсаторе), охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, образуя пресную воду (дистиллят). Этот процесс является, по сути, технологическим аналогом природного круговорота воды.

Для повышения эффективности и снижения энергозатрат в промышленности используются усовершенствованные технологии дистилляции:

• Многостадийная флеш-дистилляция (MSF – Multi-Stage Flash): горячая вода под давлением последовательно подается в камеры с progressively более низким давлением, где она мгновенно вскипает.
• Многокорпусная дистилляция (MED – Multi-Effect Distillation): процесс испарения и конденсации происходит в нескольких последовательных блоках («корпусах»), причем пар, полученный в предыдущем корпусе, используется для нагрева воды в следующем.

Основным недостатком дистилляционных методов является их высокая энергоёмкость. Однако они эффективны для опреснения очень солёной воды и могут использовать сбросное тепло промышленных предприятий или электростанций.

Ответ: Метод дистилляции заключается в выпаривании солёной воды и последующей конденсации чистого водяного пара для получения пресной воды.

Обратный осмос

На сегодняшний день это наиболее распространённый и экономически выгодный метод опреснения. Он основан на использовании полупроницаемых мембран, способных пропускать молекулы воды, но задерживать ионы растворённых солей. В естественных условиях, при явлении осмоса, вода стремится перейти из менее концентрированного раствора в более концентрированный. В процессе обратного осмоса к морской воде прикладывается внешнее давление, превышающее её осмотическое давление (для морской воды это около 25-30 атмосфер). Под действием этого давления молекулы воды "продавливаются" через мембрану в обратном направлении — из солёной воды в пресную, оставляя соли и примеси по другую сторону мембраны. В результате исходный поток разделяется на пресную воду (пермеат) и концентрированный солевой раствор (рассол), который сбрасывается обратно в море.

Метод обратного осмоса требует значительно меньше энергии, чем дистилляция, и установки могут быть более компактными. Ключевыми сложностями являются необходимость тщательной предварительной очистки воды во избежание засорения и повреждения дорогостоящих мембран, а также проблема утилизации высокоминерализованного рассола.

Ответ: Метод обратного осмоса использует высокое давление для продавливания морской воды через полупроницаемую мембрану, которая пропускает молекулы воды, но задерживает ионы солей.

Вымораживание (замораживание)

Этот физический метод основан на том факте, что при замерзании солёной воды образуются кристаллы практически пресного льда, в то время как соли концентрируются в оставшемся жидком рассоле. Процесс заключается в медленном охлаждении морской воды до температуры ниже точки замерзания. Образовавшийся лёд затем механически отделяют от рассола, промывают для удаления остатков соли и растапливают, получая пресную воду.

Энергозатраты на замораживание теоретически ниже, чем на испарение, так как удельная теплота плавления льда ($L \approx 334$ кДж/кг) существенно меньше удельной теплоты парообразования воды ($r \approx 2260$ кДж/кг). Однако на практике этот метод сталкивается с техническими трудностями, связанными с эффективным отделением кристаллов льда от вязкого холодного рассола, что делает его менее распространенным по сравнению с обратным осмосом и дистилляцией.

Ответ: Метод вымораживания позволяет получить пресную воду путём замораживания солёной воды, отделения образовавшихся кристаллов пресного льда и их последующего плавления.

Электродиализ

Электродиализ — это электрохимический мембранный процесс. В его основе лежит свойство ионов (носителей солей) перемещаться в электрическом поле. В аппарат для электродиализа (электродиализатор) помещают специальные ионообменные мембраны: катионообменные, пропускающие только положительно заряженные ионы (катионы, например, $Na^+$), и анионообменные, пропускающие только отрицательно заряженные ионы (анионы, например, $Cl^−$).

Мембраны располагаются поочередно между двумя электродами (анодом и катодом). При подаче электрического тока ионы солей начинают двигаться к соответствующим электродам и проходят через мембраны, скапливаясь в одних камерах (образуя концентрат) и покидая другие (образуя опресненную воду, или дилюат). Энергозатраты этого метода напрямую зависят от количества удаляемых солей, поэтому он наиболее эффективен для опреснения слабо- и среднесолёных (солоноватых) вод, но менее экономичен для морской воды высокой солёности.

Ответ: Метод электродиализа использует электрический ток и систему ионообменных мембран для селективного удаления ионов солей из воды.