Question

11．阅读《RO反渗透膜原理》回答问题．
RO反渗透膜原理
反渗透，英文为Reverse Osmosis，它所描绘的是一个自然界中水分自然渗透过程的反向过程．早在1950年美国科学家DR．S．Sourirajan无意中发现海鸥在海上飞行时从海面啜起一大口海水，隔了几秒后吐出一小口的海水．他由此而产生疑问：陆地上由肺呼吸的动物是绝对无法饮用高盐份的海水，那为什么海鸥就可以饮用海水呢？这位科学家把海鸥带回了实验室，经过解剖发现在海鸥嗉囊位置有一层薄膜，该薄膜构造非常精密．海鸥正是利用了这层薄膜把海水过滤为可饮用的淡水，而含有杂质及高浓缩盐份的海水则被从口中吐出．这就是以后逆渗透法（Reverse Osmosis 简称R．O）的基本理论架构．
对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜，一般将只能透过溶剂而不能透过溶质的薄膜称之为理想半透膜．当把相同体积的稀溶液（例如淡水）和浓溶液（例如盐水）分别置于半透膜的两侧时，稀溶液中的溶剂将自然穿过半透膜而自发地向浓溶液一侧流动，这一现象称为渗透．当渗透达到平衡时，浓溶液一侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一个压差，此压差即为渗透压．渗透压的大小取决于溶液的固有性质，即与浓溶液的种类、浓度和温度有关而与半透膜的性质无关．若在浓溶液一侧施加大于渗透压的压力时，溶剂的流动方向将与原来的渗透方向相反，开始从浓溶液向稀溶液一侧流动，这一过程称为反渗透．反渗透是渗透的一种反向迁移运动，是一种在压力驱动下，借助于半透膜的选择截留作用将溶液中的溶质与溶剂分开的分离方法，它已广泛应用于各种液体的提纯与浓缩，其中最普遍的应用实例便是在水处理工艺中．反渗透膜的孔径非常小，因此能够有效地去除水中比反渗透膜孔径大的溶解盐类、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等．利用反渗透原理进行水提纯系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点．反渗透膜能截留直径大于0.0001微米的物质，是最精细的一种膜分离产品，其能有效截留所有溶解盐份及分子量大于100的有机物，同时允许水分子通过，以获得高质量的纯净水．
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）要将自来水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质阻隔，并使之无法通过反渗透膜，从而使 可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来，反渗透膜的孔径要达到0.0001μm以下．
（2）图甲中容器两侧液面在自然状态下液体的流动方向是从纯水到盐水（选填“从纯水到盐水”或“从盐水到纯水”）．

（3）图乙中两侧液体静止达到液透平衡．如果左右两容器横截面积均为100cm²，要实现反渗透，需要在图甲中盐水（选填“纯水”或“盐水”）液面施加竖直向下的压力至少是多大，请写出计算过程．（g=10N/kg，ρ_盐水=1.03×10³kg/m³）
（4）RO反渗透是当前最先进的净水分离技术，请至少举出一个它在生产生活方面的应用．

Answer 1

分析 （1）根据反渗透膜能截留直径大于0.0001微米的物质即可得知反渗透膜的孔径要达到0.0001微米以下．
（2）由题意可知，稀溶液中的溶剂将自然穿过半透膜而自发地向浓溶液一侧流动，据此可知图甲中液体的流动方向；
（3）由于图乙中两侧液体静止达到液透平衡，则在图甲中盐水液面上施加与h₁深度的盐水产生的压强相等．，利用F=pS即可求出施加的压力；
（4）RO反渗透是当前应用于海水淡化、净水机、制药等．

解答 解：（1）根据反渗透膜能截留直径大于0.0001微米的物质可知，反渗透膜的孔径要达到0.0001微米以下．
（2）由题意可知，稀溶液中的溶剂将自然穿过半透膜而自发地向浓溶液一侧流动，这一现象称为渗透，所以图甲中容器两侧液面在自然状态下液体的流动方向是从纯水到盐水；
（3）由于图乙中两侧液体静止达到液透平衡，且右侧液面比左侧液面高出h₁=10cm；
而在图甲中盛盐水一侧可利用液体的压强太小，所以需要在图甲中盐水液面施加竖直向下的压力，才能使得盐水向纯水流动；
施加的压力：F=p₁S=ρ_盐水gh₁S=1.03×10³kg/m³×10N/kg×0.1m×10^-2m²=10.3N；
（4）RO反渗透是当前最先进的净水分离技术，它在生产生活方面的应用有：海水淡化、净水机、制药等．
故答案为：（1）0.0001微米；（2）从纯水到盐水；（3）盐水；10.3N；（4）海水淡化、净水机、制药等．

点评 本题考查液体压强公式的应用，同时根据材料得知最先进的净水分离技术．