Question

11．閱讀《RO反滲透膜原理》回答問題．
RO反滲透膜原理
反滲透，英文為Reverse Osmosis，它所描繪的是一個(gè)自然界中水分自然滲透過程的反向過程．早在1950年美國科學(xué)家DR．S．Sourirajan無意中發(fā)現(xiàn)海鷗在海上飛行時(shí)從海面啜起一大口海水，隔了幾秒后吐出一小口的海水．他由此而產(chǎn)生疑問：陸地上由肺呼吸的動(dòng)物是絕對無法飲用高鹽份的海水，那為什么海鷗就可以飲用海水呢？這位科學(xué)家把海鷗帶回了實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過解剖發(fā)現(xiàn)在海鷗嗉囊位置有一層薄膜，該薄膜構(gòu)造非常精密．海鷗正是利用了這層薄膜把海水過濾為可飲用的淡水，而含有雜質(zhì)及高濃縮鹽份的海水則被從口中吐出．這就是以后逆滲透法（Reverse Osmosis 簡稱R．O）的基本理論架構(gòu)．
對透過的物質(zhì)具有選擇性的薄膜稱為半透膜，一般將只能透過溶劑而不能透過溶質(zhì)的薄膜稱之為理想半透膜．當(dāng)把相同體積的稀溶液（例如淡水）和濃溶液（例如鹽水）分別置于半透膜的兩側(cè)時(shí)，稀溶液中的溶劑將自然穿過半透膜而自發(fā)地向濃溶液一側(cè)流動(dòng)，這一現(xiàn)象稱為滲透．當(dāng)滲透達(dá)到平衡時(shí)，濃溶液一側(cè)的液面會(huì)比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一個(gè)壓差，此壓差即為滲透壓．滲透壓的大小取決于溶液的固有性質(zhì)，即與濃溶液的種類、濃度和溫度有關(guān)而與半透膜的性質(zhì)無關(guān)．若在濃溶液一側(cè)施加大于滲透壓的壓力時(shí)，溶劑的流動(dòng)方向?qū)⑴c原來的滲透方向相反，開始從濃溶液向稀溶液一側(cè)流動(dòng)，這一過程稱為反滲透．反滲透是滲透的一種反向遷移運(yùn)動(dòng)，是一種在壓力驅(qū)動(dòng)下，借助于半透膜的選擇截留作用將溶液中的溶質(zhì)與溶劑分開的分離方法，它已廣泛應(yīng)用于各種液體的提純與濃縮，其中最普遍的應(yīng)用實(shí)例便是在水處理工藝中．反滲透膜的孔徑非常小，因此能夠有效地去除水中比反滲透膜孔徑大的溶解鹽類、重金屬離子、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、病毒等．利用反滲透原理進(jìn)行水提純系統(tǒng)具有水質(zhì)好、耗能低、無污染、工藝簡單、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)．反滲透膜能截留直徑大于0.0001微米的物質(zhì)，是最精細(xì)的一種膜分離產(chǎn)品，其能有效截留所有溶解鹽份及分子量大于100的有機(jī)物，同時(shí)允許水分子通過，以獲得高質(zhì)量的純凈水．
請根據(jù)上述材料，回答下列問題：
（1）要將自來水中的無機(jī)鹽、重金屬離子、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、病毒等雜質(zhì)阻隔，并使之無法通過反滲透膜，從而使 可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴(yán)格區(qū)分開來，反滲透膜的孔徑要達(dá)到0.0001μm以下．
（2）圖甲中容器兩側(cè)液面在自然狀態(tài)下液體的流動(dòng)方向是從純水到鹽水（選填“從純水到鹽水”或“從鹽水到純水”）．

（3）圖乙中兩側(cè)液體靜止達(dá)到液透平衡．如果左右兩容器橫截面積均為100cm²，要實(shí)現(xiàn)反滲透，需要在圖甲中鹽水（選填“純水”或“鹽水”）液面施加豎直向下的壓力至少是多大，請寫出計(jì)算過程．（g=10N/kg，ρ_鹽水=1.03×10³kg/m³）
（4）RO反滲透是當(dāng)前最先進(jìn)的凈水分離技術(shù)，請至少舉出一個(gè)它在生產(chǎn)生活方面的應(yīng)用．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反滲透膜能截留直徑大于0.0001微米的物質(zhì)即可得知反滲透膜的孔徑要達(dá)到0.0001微米以下．
（2）由題意可知，稀溶液中的溶劑將自然穿過半透膜而自發(fā)地向濃溶液一側(cè)流動(dòng)，據(jù)此可知圖甲中液體的流動(dòng)方向；
（3）由于圖乙中兩側(cè)液體靜止達(dá)到液透平衡，則在圖甲中鹽水液面上施加與h₁深度的鹽水產(chǎn)生的壓強(qiáng)相等．，利用F=pS即可求出施加的壓力；
（4）RO反滲透是當(dāng)前應(yīng)用于海水淡化、凈水機(jī)、制藥等．

解答 解：（1）根據(jù)反滲透膜能截留直徑大于0.0001微米的物質(zhì)可知，反滲透膜的孔徑要達(dá)到0.0001微米以下．
（2）由題意可知，稀溶液中的溶劑將自然穿過半透膜而自發(fā)地向濃溶液一側(cè)流動(dòng)，這一現(xiàn)象稱為滲透，所以圖甲中容器兩側(cè)液面在自然狀態(tài)下液體的流動(dòng)方向是從純水到鹽水；
（3）由于圖乙中兩側(cè)液體靜止達(dá)到液透平衡，且右側(cè)液面比左側(cè)液面高出h₁=10cm；
而在圖甲中盛鹽水一側(cè)可利用液體的壓強(qiáng)太小，所以需要在圖甲中鹽水液面施加豎直向下的壓力，才能使得鹽水向純水流動(dòng)；
施加的壓力：F=p₁S=ρ_鹽水gh₁S=1.03×10³kg/m³×10N/kg×0.1m×10^-2m²=10.3N；
（4）RO反滲透是當(dāng)前最先進(jìn)的凈水分離技術(shù)，它在生產(chǎn)生活方面的應(yīng)用有：海水淡化、凈水機(jī)、制藥等．
故答案為：（1）0.0001微米；（2）從純水到鹽水；（3）鹽水；10.3N；（4）海水淡化、凈水機(jī)、制藥等．

點(diǎn)評 本題考查液體壓強(qiáng)公式的應(yīng)用，同時(shí)根據(jù)材料得知最先進(jìn)的凈水分離技術(shù)．