中学综合学科资源库-海洋

中学综合学科网 第26页共26页 中学综合学科资源库——海洋华东师范大学化学系胡波华东师范大学生物系张映辉海洋占地球表面积的70.8%，已成为人类获取所需蛋白质、工业原料、能源等各种自然资源的宝库。海洋不仅能调节大陆气候，促进全球水的循环，而且还是人类交往的航运通道。浩瀚无边的海洋，它汇集了97%的水量，海水占地球总水量的94%。海中不仅有取之不尽、用之不竭的水，还蕴藏着人类生活必不可少的食盐及其他物质。随着陆地资源的不断消耗而逐渐减少，人类赖以生存与发展的能源，将越来越依赖于海洋。中国大陆的海岸线长达1.8万千米，海域面积470多万平方千米，海洋能资源非常丰富。1．海水化学资源是指海水中所含有具有经济价值的化学物质。作为地球上最大的连续矿体的海洋水体，其中已发现80余种化学元素。在这些元素中，有的其含量虽然甚微，但由于海洋水体积巨大（约为13.7亿立方千米），所以它们在海水中的总量非常丰富。例如铀，1吨海水只含0.00033克，而海洋中总铀量却有45亿吨。在海水化学资源的开发中，以盐类的提取量最大，世界年产量超过0.5亿吨；其中，中国的食盐产量居世界首位，1983年产量为1194万吨。盐类在海水中的总重量为5亿吨，如果把这些盐平铺在陆地上，其厚度可达150米。目前，人们已能直接从海水中提取稀有元素、化合物和核能物质(如从海水中提取镁、溴、碘、钾、铀和重水等)，其中有的资源已进入工业化生产，有的正在研究之中。①．碘是一种略带金属光泽的紫黑色晶体，有特殊的气味，它是人体不可缺少的营养元素之一。碘的好处很多，它不仅大量用于医药工业中作分析试剂，而且照相、橡胶、染料等工业部门也都要用到碘。在农业上，碘化银也可以用于人工降雨。飞机把碘化银粉末撒布在云层里，云层中的水汽会马上以碘化银为核心凝聚起来，成为水滴降落，这就是人工降雨。海洋中虽然含碘的浓度相当小，每升海水中平均含碘0.06mg，但海洋里碘的总储量仍很惊人——达9.3×1010吨，比陆地上要多得多。怎样把碘从海水中提取出来呢？我们常请海洋生物来帮忙。我国沿海的一些工厂，就是用海带作原料，采用离子交换树脂吸附法，将碘提取出来。一般在泡制海带流出的水中，含碘0.05%～0.12%，在晒盐剩下的苦卤里，碘的含量也很高，这些都是提取碘的好原料。由于海水中碘的浓度很低，直接从海水中提取代价很高。因此，目前世界产的80%的碘是从陆地上井盐矿和卤水中提取的。随着科学技术的不断发展，直接向海水要碘的新工艺、新技术，一定会被人类所发现并掌握。【练习】1．①碘是人体中激素的重要成分。如果缺碘，人体就会得病。日常生活中，我们除了从海带等藻类中获得碘以外，还主要从得到碘。②一般海带里含碘0.3%～0.5%，有的可高达1％，比海水中碘的浓度高出十几万倍！这种海带细胞富集碘的方式为。有人试验，如果在海带细胞中含有一定的氰化物，则海带富集碘的能力大大下降，原因就是氰化物阻断了海带细胞的作用。③假如借助于显微镜，我们可以看到与海带细胞富集碘有关的细胞菌主要是下列哪个图？答：ABC【参考答案】①甲状腺甲状腺机能低下（或大脖子病）食盐②主动运输呼吸作用③电子A图因为海带细胞富集碘是主动运输。与主动运输相适应，海带细胞内不仅线粒体数目多，而且线粒体内膜的峭多。2．海带中含有丰富的碘，一般以I－存在，可用离子交换法来提取海带中的碘，其步骤如下：①用水浸泡海带，浸出液中含I－和褐藻糖胶。②用溶液调节浸出液的pH至12左右，使褐藻糖胶转化为褐藻糖酸钠而呈絮状沉淀析出，静置澄清，用倾析法倾出清液。③用溶液调节清液的pH至1.5~2，滴入NaClO，此时清液变成棕褐色（此时应控制NaClO的用量，只使部分I－氧化为I2，故无沉淀生成）。

a写出NaClO与I－反应离子方程式

此时碘元素主要存在的形式为

b在实际操作中，为什么不能加入过量NaClO而I－使完全氧化（结合以下各步操作考虑这个问题）？④将棕褐色的溶液通过氯型强碱性阴离子交换树脂（以R+—Cl－表示）柱。待溶液全部通过后，树脂呈黑红色，流出液无色，写出上述交换反应方程式：⑤从柱的下端加入适当浓度的NaOH溶液，浸没树脂，静置一段时间以后，树脂恢复为原来的颜色，放出柱中无色液（称A液）于烧杯中，此时A液中所含的离子有；树脂上的离子有所发生反应的离子方程式为：⑥将NaCl溶液加入柱中，浸没树脂，静置一段时间以后，慢慢放出无色溶液（称B液）于另一烧杯中，此时B溶液含有的离子有；树脂上存在的离子有⑦往A液中滴加H2SO4溶液并不断搅拌，直到棕黑色沉淀不再继续形成为止，静置澄清，上述反应的离子方程式是⑧B液用H2SO4酸化后，滴加NaNO2至棕黑色沉淀不再继续形成为止（反应产物中有N2），静置澄清。上述反应的离子方程式是：⑨合并7、8两步所得到的沉淀及少量清液，进行离心分离，得到粗碘，置于放有浓H2SO4的干燥器中进行干燥。粗碘不宜在烘箱中干燥，其原因是【参考答案】③a．2I－＋ClO－＋2H＋==I2＋Cl－＋H2OI3－b．保留一部分使I2与形成I3－，这样既可通过离子交换树脂进行富集，又可增加离子交换树脂的交换容量压力（此时一个I3－所占的位置也只相当于一个I－的位置）。如果I－全都氧化为I2，则无法在阴离子交换树脂上进行阴离子交换。④R—Cl＋I3－→R—I3＋Cl－R—Cl＋I－→R—I＋Cl－所得棕褐色的溶液中含的主要阴离子是I3－、I－，通过氯型强碱性阴离交换树脂时，阴离子与Cl－交换。柱上有R－I3呈黑红色，流出液含Cl－呈无色。⑤IO3－、I－（还有Na＋、OH－）I－、OH－（还有IO3－）

3I2＋6OH－==5I－＋IO3－＋3H2O由于I－多，交换机率大，所以树脂上离子有I－、OH－。⑥I－、Na＋、OH－（还有IO3－、Cl－）Cl－⑦5I－＋IO3－＋6H＋==3I2＋3H2O⑧6I－＋2NO2－＋8H＋==3I2＋N2＋4H2O（2分）根据产物颜色（棕黑色↓）可以判断有I2产生。⑨碘易升华除去粗碘中的水份可用浓H2SO4吸水，不宜在烘箱中干燥。②．海水的味道又咸又苦，一罐海水晒干了，罐底全留下一层白花花的粉末，这就是溶解在海水里的盐类。海水中的盐类多种多样，其中食盐含量最高，占70%，食盐不仅是食用必需品，而且在化学工业生产上有很多用途，被称为“化学工业之母”。盐酸、烧碱和纯碱这三种化学工业的基本原料都来自食盐。可以说，化学工业中凡是用到钠和氯的产品，绝大部分取之于食盐。食盐经过电解，可以取得氯气和金属钠。氯气是浅黄绿色的有毒气体，但可用于生产漂白粉、六六六、滴滴涕农药。金属钠是一种银白色的金属，非常软，“生性”十分活泼，容易起化学反应。钠可以作为还原剂来提炼某些稀有金属。若将金属钠放在一种特制的真空玻璃管内，两边装上电极，通电后，金属钠受电子激发会发出强烈的黄色光，这就是钠光灯，这种灯的黄色光射程很远，发光效率高，甚至能穿透迷雾，所以铁道上的信号灯用的就是钠光灯。【练习】1．海水是取之不尽的化工原料资源，从海水中可提取各种化工原料。下图是工业上对海水的几项综合利用的示意图：试回答下列问题：①粗盐中含有Ca2+、Mg2+、SO42－等杂质，精制时所用试剂为：A盐酸；BBaCl2溶液；CNaOH溶液；DNa2CO3溶液。加入试剂的顺序是②电解饱和食盐水时，与电源正极相连的电极上发生的反应为

与电源负极线连的电极附近溶液pH（变大、不变、变小）。若1mol电子的电量为96500C，则用电流强度为100A的稳恒电流持续电解3分13秒，则在两极上共可收集到气体mL（S.T.P）。若保证电解后饱和食盐水的浓度不变，则可采取的方法是③由MgCl2·6H2O晶体脱水制无水MgCl2时，MgCl2·6H2O晶体在气氛中加热脱水，该气体的作用是④电解无水MgCl2所得的镁蒸气可以在下列气体中冷却。AH2BN2CCO2DO2【参考答案】①BCDA或CBDA该小题属离子除杂题。除杂原则是在除去Ca2+、Mg2+、SO42－时，不能带入杂质离子。所以，解此题的关键是把握好加入离子的顺序：①Ba2+必须在CO32－之前加入；②CO32－、OH－必须在H+之前加入，所以B、C不分先后，而D、A本身既分前后，又必须放在B、C之后才能满足条件。②2Cl－－2e→Cl2变大4480措施是向电解液中通入一定量的HCl气体电解饱和食盐水时，与正极相连的阳极发生的反应是2Cl－－2e→Cl2，与负极相连的阴极发生的反应是：2H+＋2e→H2。H+不断消耗，使得溶液中[OH－]增大，pH变大。电解中外溢的是Cl2、H2，所以要确保原溶液浓度不变，只能向体系中通入一定量的HCl气体以补足损失的H、Cl原子。易错处是加入盐酸，使溶液浓度变小。③HCl抑制水解平衡MgCl2＋H2OMg(OH)Cl＋HCl正向进行④A2．从海水中提取金属镁的反应为Ca(OH)2+Mg2+==Mg(OH)2↓+Ca2+，Mg(OH)2+2HCl==MgCl2+2H2O；MgCl2经干燥后电解：MgCl2==Mg+Cl2↑，生产Mg的工厂的主要原料取自海边的物质及购入一些天然气等。回答下列问题：①怎样得到Ca(OH)2，够用吗？②怎得到HCl，够用吗？③怎样得到干燥MgCl2？【参考答案】①CaCO3==CaO＋CO2↑，够用②由电解MgCl2得Cl2，再由Cl2、O2、CH4反应得HCl，由于反应损耗需补充Cl2③在HCl气氛中脱水，抑其水解。本题从金属制取的工业生产之一为基础，考查了海边制取镁的工业流程中的有关原料提取和其它重要原理。③海水中还含有丰富的铀和氘，在海水中氘的总蕴藏量约有2×1013吨，实在是人类取之不尽、用之不竭的能源，即使全世界的能源消耗再增加100倍，也可以保证供应几亿年。【练习】已知两个氘核可结合成1个氦核并放出一个中子，且mn＝1.0087u，mD＝2.0136u，mHe＝3.0150u。①写出核聚变的方程并算出释放的核能。（已知1u＝931.5MeV）②若每升海水中含氘量为0.03g，让其全部发生核聚变释放的能量和完全燃烧多少kg汽油放出的热量相当（汽油的燃烧值q＝4.6×107J/kg）【参考答案】①5.22×10－13J②51.3kg2．海洋矿产资源勘探开发技术，特别是深海矿产资源勘探开发技术，是一项高技术密集型产业，涉及到地质、海洋、气象、机械、电子、航海、采矿、运输、冶金、化工、海洋工程等许多学科和工业部门。众所周知，随着世界工业和经济的高速发展，矿产资源消耗量急剧增加，陆地矿产资源在全球范围内日趋短缺、枯竭。据估计，陆上的矿产资源危机，人类唯有把占地球表面积71%的海洋，作为未来的矿产来源，而海洋矿产资源勘探开发技术的发展，则使这种可能变为现实。目前，在海洋矿主资源开发中，最有经济意义、最具发展前景和高技术含量最多的，是海洋油气资源与大洋锰结核矿物资源的开发。①．海洋石油天然气的勘探与开采——海洋石油、天然气，是指蕴藏在海底地层中的石油与天然气。海底油气的勘探阶段，要经过地质调查、地球物理勘探、钻探三个步骤。地质调查是指在沿岸地质构造调查分析的基础上，用回声测探仪或航空拍照的资料来研究海底地质、地形的特点。完成地质调查后，就要对可能形成储油构造的海区进行地球物理勘探。这是寻找海底石油最基本的方法，主要包括重力、磁力、人工地震等勘探方式。地球物理勘探的结果只能是理论上说明海底储油构造的存在与否，至于海底是否有石油，还要取决于最后一步——钻探。分析钻探取得的岩芯，就可以得出油层的变化规律、性质以及分布情况，从而完成勘探阶段的使命而进入开采阶段。开采阶段又分钻井和采油两道工序。在钻井工序中，最早进行海上钻探所使用的钻井在都设在岸上，倾斜着向海底钻探。但这种方法只适合浅近海区。后来，人们又建造出类似码头样的但井平台，从而使得作业范围扩大到几十米甚至几百米的探海领域。钻井平台又分为固定式与活动式两种，适应不同需要。采油是海底油气开采的最后一道工序，也是最终目的。为实现该目的，世界各国主要使用的采油装置有四种：固定式生产平台、浮式生产系统、人工岛屿和海底采油装置。其中，以固定式生产平台使用最广。②．大洋锰结核的调查与开采——大洋锰结核又称大洋多金属结核，呈结核状，成分以锰为主，且富含多种其它有色金属，如镍、铜、钴等，总组成元素多达近80种，预计21世纪，大洋锰结核将成为世界重要的有色金属来源。为了能够找到锰结核比较富集、金属品位比较高且便于开采的海区，首先要有性能优良的远洋调查船。调查船吨位一般在1000吨以上，配有先进的卫星导航定位系统、深海用绞车、起吊设备以及海底地形、深度的测量仪器等。其次要采用现代化的调查技术。根据调查方式的不同，调查技术可分为直接调查技术与间接调查技术。直接调查技术包括利用各种取样工具、海底电视、遥感水下摄影等采集或观测海底沉积物；间接调查技术包括将水声、浅地层地震技术、旁侧声纳技术等用于海洋锰结核的调查。大洋锰结核的开采技术，目前比较成熟、可行的有水力提升式采矿技术与空气提升式采矿技术两种。水力提升式采矿技术是通过由采矿管、浮筒、高压水泵和集矿装置四部分组成的系统实现的。这种技术在80年代中期就已达到日产500吨的采矿能力。空气提升式采矿技术与水力提升式采矿技术大体相同，区别仅在于船上装有大功率高压气泵代替水泵。这种技术的优势是能在水深超过5000米的海区作业，目前已具有日采300吨锰结核的采矿能力。值得重视的是，自从70年代试验结核开采成功以来，锰结核开采规模日益扩大，已由过去各国单独开采，发展到现在多国联合大规模合作开采。特别是随着在“联合国海洋公约”上签字和批准公约的国家越来越多，锰结核开发管理体系已日趋完善。到本世纪末，世界大洋锰结核可进入商品化生产阶段。③．海底可燃冰的发现——近日，从中国科学院广州能源研究所获悉，经初步判定，南海海底有巨大的“可燃冰”带，能源总量估计相当于全国石油总量的一半。据能源所海洋能专家樊栓狮研究员介绍，透明无色的“可燃冰”外形似冰，能够燃，学名叫“天然气水合物”，是天然气（甲烷类）被包进水分子中，在海底低温与压力下形成的透明结晶。美国和日本最早在各自海域发现了它，中国近年才开始研究。与石油、天然气相比，“可燃冰”的优点更为突出。1立方米的“可燃冰”释放出的能量相当于164立方米的天然气。目前公认全球的“可燃冰”总能量是所有煤、石油、天然气总和的两到三倍。一直以来，有人认为亚热带地区的南海海域不可能存在“可燃冰”，因为这里没有冻土带。然而不久前，广州市海洋地质调查局利用地震波探测海底地表反射，发现了南海区域有“可燃冰”存在。除了南海外，我国东海也发现了“可燃冰”的踪迹。据悉，国家已经开始组织力量就全国“可燃冰”资源进行勘察。而樊栓狮的实验室却做起了更超前的事——开始研究怎么开采和运输“可燃冰”（中国科学院院长特别项目）。樊先生说，和石油、天然气相比，“可燃冰”不易开采和运输，世界上至今都还没有完美的开采方案。【练习】1．在海洋的底部存在大量的可燃冰，其中含有相当数量的可燃气体。现已查明海底可燃冰所蕴藏的能量是地球上煤、石油的几百倍。那么多的可燃气体从那里来的呢？可燃冰的形成迄今还是个谜。有的科学家认为，由于海底水温较低，压力很大，海洋中生物和微生物死后，尸沉海底，通过细菌分解，生成甲烷、乙烷等可燃气体，然后钻入海底疏松的沉积岩，并与水结合成可燃冰。如此年复一年，就形成了绵延数万里的可燃冰矿藏了。你同意这种看法吗？2．已经探明，我国南海跟世界上许多海域一样，海底有极其丰富的甲烷资源。其总量超过已知蕴藏在我国陆地下的天然气总量的一半。据报导，这些蕴藏在海底的甲烷是高压下形成的固体，是外观像冰的甲烷水合物。①试设想，若把它从海底取出，拿到地面上，它将有什么变化？为什么？它的晶体是分子晶体、离子晶体还是原子晶体？你作出判断的根据是什么？②已知每1立方米这种晶体能释放出164立方米的甲烷气体，试估算晶体中水与甲烷的分子比（不足的数据由自己假设，只要假设得合理均按正确论）。【参考答案】①从海底取出的甲烷水合物将融化并放出甲烷气体。因为该晶体是分子晶体，甲烷分子和水分子都是由有限数目的原子以共价键结合的小分子，水分子和甲烷分子之间范德华力，而水分子之间是范德华力和氢键。②假设甲烷气体体积是折合成标准状况下的数据,则1m3水合物中有甲烷164m3/22.4m3/kmol＝7.32kmol；假设甲烷水合物固体中的水的密度为1g/cm3，则其中有水1m3×1000kg/m3/18kg/mol＝55.56kmol；因此有：CH4:H2O＝7.32kmol:55.6kmol＝1:7.6。说明：甲烷水合物的组成可能是6CH4·46H2O；以上是最简单的参考答案，设密度为1g/cm3也可包含甲烷,只要答案为CH4·6～9H2O，均可按满分计。但设密度为0.9g/cm3又包含甲烷则不能认为是合理的（岂不会漂到海面上来?另外，必须给出解题时的假设，否则不能得满分。）3．海洋能主要包括潮汐能、波浪能、海水温差能、洋流能和盐度差能等，它是一种可再生的巨大能源。据权威统计，全世界海洋能的理论可再生量超过760亿千瓦。其中，海水温差能约400亿千瓦，盐度差能约300亿千瓦，潮汐能大于30亿千瓦，波浪能约30亿千瓦。科学家曾作过计算，沿岸各国尚未被利用的潮汐能要比目前世界全部的水力发电量大一倍。目前，世界各国正竞相探索海洋能开发利用技术。①．潮汐能由于天体的引力作用，形成了海水周期性升降成涨落的潮汐。潮汐导致海水平面周期性地升降，因海水涨落及潮水流动所产生的能量，称为潮汐能。利用潮汐流动的能量可以推动水磨、水车做功，也可以粉碎石块、锯木，还可以发电。现代潮汐能的利用，主要是潮汐发电。潮汐发电是利用海湾、河口等有利地形，建筑水堤，形成水库，以便于大量蓄积海水，并在坝中或坝旁建造水力发电厂房，通过水轮发电机组进行发电。潮汐发电是利用涨落潮的水位差来工作的，潮差越大，海水流量越大，发电功率也越大。潮汐发电与普通水力发电原理类似，差别在于海水与河水不同，蓄积的海水落差不大，但流量较大，并且呈间歇性，从而潮汐发电的水轮机的结构要适合低水头、大流量的特点。由于潮水的流动与河水的流动不同，它是不断变换方向的，因此就使得潮汐发电出现了不同的型式，例如：单库单向型，只能在落潮时发电；单库双向型：在涨、落潮时都能发电；双库双向型：可以连续发电，但经济上不合算，未见实际应用。潮汐发电的实际应用应首推1912年在德国的胡苏姆兴建的一座小型潮汐电站，由此开始把潮汐发电的理想变为现实。世界上第一座具有经济价值，而且也是目前世界上最大的潮汐发电站，是1966年在法国西部沿海建造的朗斯洛潮汐电站，它使潮汐电站进入了实用阶段，其装机容量为24千瓦，年均发电量为5.44亿度。1968年原苏联巴伦支海建成的基斯洛潮汐电站，其总装机容量为800千瓦，年发电量为230万度。我国的潮汐能量也相当可观，蕴藏量为1.1亿千瓦，可开发利用量约2100万千瓦，每年可发电580亿度。潮汐发电站一般建造在潮差比较大的海湾和河口。选好建站址后就要开始修建水库，因为海洋里的水是相连一体的。为了要利用它发电，首先要将海水蓄存起来，这样便可以利用海水出现的落差产生的能量来带动发电机进行发电。浙江、福建两省岸线曲折，潮差较大，那里的潮汐能占全国沿海的80%。浙江省的潮汐能蕴藏量尤其丰富，约有1000万千瓦，钱塘江口潮差达8.9米，是建设潮汐电站最理想的河口。我国潮汐能的可供开发的总装机量为3.6×107kW。50年代后期，我国曾出现过利用潮汐能办电站高潮，沿海诸省市兴建了42个小型潮汐电站，总装机容量500千瓦。70年代初再度出现潮汐办电热潮，至今仍在使用的潮汐电站共有8座，总装机容量7245千瓦。其中较大的3座为浙江江厦电站、山东半岛白沙口电站和广东甘竹滩洪电站。1980年8月，在浙江江厦建成第一座潮汐电站，装机量为3×103kW，年均发电量为1.07×106kW·h，其规模居世界第二位。【练习】1．地球上的潮汐现象与月球位置有关。①大潮时人们看到的月相是A新月B上弦月C下弦月D满月②引起潮汐的原因A地球的自转B地球的公转C地球对月球的吸引力D太阳、月球对地球的吸引力③利用潮汐可以发电，某海湾围海面积S，涨潮与落潮水位差为h，海水密度为ρ，每次潮汐可以发电的海水势能为Aρsh2Bρsh2/2Cρsh2gDρsh2g/2【参考答案】①A、D②D③D2．下图是海洋潮汐成因的示意图。已知太阳质量为2×1030kg，月球质量为7.35×1022kg。太阳到地球的距离为1.5×1011m，月球到地球的距离为3.84×108m，试计算月球和太阳对地球引力之比，并说明潮汐的成因。上弦下弦【参考答案】F月/F日＝5.6×10－3如图所示，当太阳、月亮和地球相对位置改变及地球自转的影响，在一昼夜中地表各处受日、月引力的合力不断改变，从而引起潮汐的形成。3．左下图是单库双向潮汐电站示意图，只有当海水从A室流向电站时才能发电，试用图中规定的符号画出涨潮和落潮时海水流动的路径。涨潮时海水流向落潮时海水流向【参考答案】涨潮和落潮时海水的流动路径如右上图所示4．①试根据上文中给出的数据，计算我国建造的江夏潮汐电站平均每天满负荷工作几小时？②设江夏潮汐电站涨潮和落潮时的平均潮差为6m，计算每次涨潮时流量是多大？（设潮汐电站的总能量转换效率为50%）【参考答案】①江厦潮汐电站功率为3×103kW，年发电量为1.07×107kW·h，由公式W＝pt可算出每天满负荷工作的时间为t＝9.8h。②由文中给出数据及每天涨、落潮的次数可知，平均每次的发电量为E＝2.64×1010J。所以每次涨潮的平均流量为V＝E/ρghη＝8.7×105m3/次。5．潮汐主要是月球对海水的引力造成的。我国古代有“昼涨为潮，夜涨为汐”的说法，“潮者，据朝来也；汐者，言夕至也”（葛洪《抱朴子·外佚文》）。这就是说，潮汐现象的特点是每昼夜有两次高潮。在理想情况下，潮汐总出现在地球离月球最近和最远的地方。在任何时刻，围绕地球的海平面总体上总有两个突起的“潮”和“汐”，如右图所示。中央电视台现场直播了2000年9月14日浙江海宁形如万马奔腾的钱塘江大潮。“由于热带风暴‘桑美’作怪，原本预报大潮到来的时间是11时50分，但大潮提前了半个多小时，使一些‘按时’来观潮的游人只能望洋兴叹。试讨论，潮汐的能量能不能利用？试设计一种利用潮汐能的方案。【参考答案】潮汐能利用的方案之一是“潮汐发电”。一般在海湾或河口筑堤坝，形成水库，随着涨潮或落潮的过程，将潮水通过水轮机推动发电机发电。右图是法国郎斯潮汐电站示意。②．波浪能波浪是由于风和水的重力作用形成的起伏运动，它具有一定的动能和势能。波浪能利用的关键是波浪能转换装置。通常波浪能要经过三级转换：第一级为受波体，它将大海的波浪能吸收进来；第二级为中间转换装置，它优化第一级转换，产生出足够稳定的能量；第三级为发电装置，与其他发电装置类似。1985年，英国在苏格兰的艾莱岛建造了一座75千瓦的振荡水柱波力电站，1991年建成且并入当地电网。1995年8月，英国建造了第一座商业性波浪能发电站，输出功率为2兆瓦，可满足2000户家庭的用电要求。日本已有数座波浪能发电站投入运行，其中兆瓦级的“海明号”波浪能发电船，是世界上最著名的波浪能发电装置。值得一提的是，若在海岸边排列几艘大型的波浪能发电装置，不仅可利用波浪发电，而且还可将它们当作防波堤，起消波作用。波浪发电主要集中研究小型气动式装置，应用在海上做导航标灯。【练习】右图是一种飘浮在海面上的自动航标灯。它由A灯泡，B海浪动力式压缩泵，C发电机，D贮气容器，E小汽轮发电机，F蓄电池等组成。请你用能量转换的原理，将海浪使灯泡持续发光的工作顺序写在下面横线上。（只要列出字母编号）【参考答案】B、D、E、F．A③．海水温差能海水温差能是因深部海水与表面海水的温度差而产生能量。首次提出利用海水温差发电设想的，是法国物理学家阿松瓦尔。1926年，阿松瓦尔的学生克劳德试验成功海水温差发电。1930年，克劳德在古巴海滨建造了世界上第一座海水温差发电站，获得了10千瓦的功率。1979年，美国在夏威夷的一艘海军驳船上安装了一座海水温差发电试验台，发电功率53.6千瓦。1981年，日本在南太平洋的瑙鲁岛建成了一座100千瓦的海水温差发电装置，1990年又在鹿儿岛建起了一座兆瓦级的同类电站。海水温差发电涉及耐压、绝热、防腐材料、热能利用效率等诸多问题，目前各国仍在积极探索中。④．洋流能海水不是固定的，它受天体运动和潮水涨落，以及海水温度变化等多种因素的影响，总是在流动着。川流不息的洋流，就像江河的水流一样，携带着巨大的能量。洋流的动能非常大，如佛罗里达洋流所具有的动能，约为全球所有河流具有的总能量的50倍。目前洋流发电技术仍处于研究试验阶段，欧、美、日等发达国家和地区居领先水平。⑤．盐度差能海水中含有大量的矿物盐，海水含盐浓度大于江河水，形成了盐度差。当两种不同浓度的溶液混合在一起时，淡的溶液就会向浓的方向渗透，直至浓度平衡为止，这种渗透就带有压差。研究人员提出了用化学渗透膜隔开浓、淡水，构成盐度差能电站的设想，预计21世纪将取得实质性的突破。【练习】仿生学是生命科学和工程技术科学相互渗透，彼此结合产生的一门新兴的边缘学科。仿生材料是仿生学的组成部分，它是在研究一些动物和植物活体的基础上，掌握生物所具有的特异功能，再设法把这些研究成果用于实践，设计和制备出来的一类新材料。1．研究细胞膜的功能特性，发现细胞膜既能保证细胞吸收所需物质，又能阻止有害物质进入。这种功能特性称为A一定流动性B保护性C选择透过性D透过性人们用有机高分子材料制成了一种人工半透膜，使之具有与细胞膜类似的功能，并利用这种仿生膜来实现渗透现象。2．下列哪些事例属于渗透现象？A新鲜蔬菜上撒盐后，会产生菜卤汁B胆固醇进入小肠绒毛上皮组织C用渗析法提纯含有NaCl的淀粉胶体D用薄膜技术脱水浓缩葡萄汁3．海洋中有一种可以利用的能源叫海水盐度差能，利用这种能量发电称为盐度差发电，装置示意如右图。其原理是：在海水与淡水之间——例如江河入海口处用半透膜隔开，由于渗透作用，使水通过半透膜流向水，使膜的水一侧水位升高，大约可达25m，然后让水冲击水轮发电机组发电。我国陆地河川入海的径流量每年约2×1012～3×1012m3。试估算我国盐度差能蕴藏量约为kw。4．建造海水盐度差发电站的最佳选址是A长江三峡B黄河河套C黑龙江入海口D珠江入海口【参考答案】1．C2．A、B、C3．淡海海1.6×1074．D4．水是生命之源。不久以前，人类还沉迷于淡水是自然界取之不尽的无偿赐品的神话，然而，工业化的蓬勃发展与人口的急剧增加无情地粉碎了这个神话。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。【练习】地球上海水资源丰富，但淡水资源紧缺。据专家们估计，地球表面积的71％是海洋，地球上淡水只占总水量的2.5％，而淡水中很大一部分又被南极洲、格陵兰和北极的冰山或冰川以冰的形式封存起来，剩下来的大部分为地下水。所有的湖泊、溪流、江河和雨水则仅占淡水总量的0.1％还不足。1．已知海洋的平均深度为3.8km，地球的平均半径为6371km，海水的平均密度为l.03×103kg/m3。你能估算地球上海水的总体积和海水的总质量吗？（用3位有效数字表示）2．你能估算地球上所有的湖泊、溪流、江河中淡水总质量吗？（用3位有效数字表示）3．地球上海水资源丰富，但淡水资源紧缺。你知道可用哪些物理方法淡化海水？【参考答案】1．在估算地球表面厚度为h的一薄层（相对于地球而言）海水体积时，由于地球的半径R远大于海洋的平均深度h，所以在计算时，可以忽略h的影响。海水的体积：1.38×1018m3海水的总质量为：1.42×102lkg2．地球上的海水占总水量M的97.5％，淡水只占总水量2.5％，而所有的湖泊、溪流、江河中淡水m淡水不足淡水总质量的0.1％，因此，m淡水＜3.64×1016kg3．蒸发（利用热能、电能、原子能等为能源）、电离、吸附（离子交换树脂）等。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，其原旦如同海水受热蒸发形成云，云在一定条件下遇冷形成雨，而雨是不带的咸味的。根据设备蒸馏法、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。②．电渗析法——亦换膜电渗析法。该法的技术关键是新型离子交换膜的研制。离子交换膜是0.5～1.0mm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，淡水与浓缩水得以分离。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1953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逐升高，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1/40。因此，从1974年起，美日等发达国家先后把发展重转向反渗透法。【练习】阳离子交换膜能在直流电场的作用下选择性地透过电解液中的阳离子使向阴极迁移，阴离子交换膜则能在直流电场的作用下选择性地透过电解液中的阴离子使向阳极迁移。同时在电解槽（称为“电渗析器”）中使用合适型号的这两种膜（简称“阳膜”和“阴膜”），可以在直流电场的作用下进行海水的电渗析脱盐而使海水淡化。海水中主要离子的含量平均值如下：Cl－18980mg/L，Na+10560mg/L，SO42－2560mg/L，Mg2+1272mg/L，Ca2+400mg/L，K+380mg/L，HCO3－142mg/L海水在电渗析器中部分变成淡水的原理，可示意如右图：电渗析器中由许多对阳、阴膜围成的许多“隔室”的宽度都很窄。脱盐时，各隔室相间流动着“淡水”和“浓水”；在流动着“极水”的以石墨为电极材料的两极发生电解反应。根据需要，可将几台电渗析器串联使用。图中标写的离子符号，提供思考其在电场中的迁移方向。系列问题：l．在电渗析器原理图中的离子符号旁，画上箭头，表明各离子在电场中的迁移方向和脱盐原理。如果只用一台电渗析器脱盐，你将怎样设计海水（淡水和浓水）在其中的流动方式？（请在图中加画其流动路线）2．分别写出海水在电渗析器中脱盐时所得主要阳极产物和主要阴极产物的化学式。用以石棉布为隔膜的一般的惰性阳极电解槽来电解海水，能用以生产H2吗？为什么？3．致力于发展电渗析法、反渗透法等海水淡化新技术的直接社会效益是什么？4．已成功地联合应用海水淡化新技术和一般的离子交换树脂净水法，由海水制得纯水。又知海洋水能源（海洋水能发电）有其巨大的开发前景。你认为应怎样综合开发海洋能源，促成人类进入氢能时代？海洋有着其神秘的力量，许多问题令科学家们百思不得其解。“百慕大魔鬼三角”名称的由来，是1945年12月5日美国19飞行队在训练时突然失踪，当时预定的飞行计划是一个三角形，于是人们后来把美国东南沿海的西太平洋上，北起百慕大，延伸到佛罗里达州南部的迈阿密，然后通过巴哈马群岛，穿过波多黎各，到西经40线附近的圣胡安，再折回百慕大，形成一个三角地区，从此被称为百慕大三角区或“魔鬼三角”。在这个地区，已有数以百计的船只和飞机失事，数以千计的人在此丧生。从1880到1976年间，约有158次失踪事件，其中大多是发生在1949年以来的30年间，曾发生失踪97次，至少有2000人在此丧生或失踪。这些厅怪神秘的失踪事件，主要是在西大西洋的一片叫“马尾藻海”地区，为北纬20°～40°、西经35°～75°之间的宽广水域。这儿是世界著名的墨西哥暖流以每昼夜120～190千米，且多施涡、台风和龙卷风。不仅如此，这儿海深达4000～5000米，有波多黎各海沟，深7000米以上，最深达9218米。到目前为止，对“百慕大魔鬼三角”的解释可归纳为如下几类：一类认为，这些失踪是由于超自然的原因造成的，联想到是否是外星人的飞碟在作怪。第二类则认为是自然原因造成的，如地磁异常、洋底空洞、甚至还有人提出泡沫说、晴空湍流说、水桥说、黑洞说等等，用一些奇异自然现象来解释“百慕在魔鬼三角”。最近，英国地质学家，利兹大学的克雷奈尔教授提出了新观点，他认为：造成百慕大海域经常出现沉船或坠机事件的元凶是海底产生的巨大沼气泡。在百慕大海底地层下面发现了一种由冰冻的水和沼气混合而成的结晶体。当海底发生猛烈的地震活动时被埋在地下的块状晶体被翻了出来，因外界压力减轻，便会迅速气化。大量的气泡上升到水面，使海水密度降低，失去原来所具有浮力。恰逢此时经过这里的船只，就会像石头一样沉入海底。如果此时正好有飞机经过，当沼气遇到灼热的飞机发动机，无疑会立即燃烧爆炸，荡然无存。与此相反，有些人认为这些奇特的失踪现象彼此间并无联系，因而也就否定百慕在魔鬼三角的存在。百慕大这层神秘的面纱是否已经揭开，沿待后人的研究验证。【练习】关于百慕大三角区之谜目前猜想是水合天然气引起的，在海底，由于温度低、压力大，动植物遗体腐烂变成的天然气与水结合，形成了固态的水合天然气。当这些水合天然气稳定的条件一旦受破坏，它们就可分解出气态天然气，以气泡上升。上升的气泡流导致海底压力变小，更多的固态水合天然气汽化，这样导致大量天然气溢出洋面。大量天然气气泡使海水密度变小，浮力下降，当船舶驶入这个区域时。海水浮力支撑不住船舶重力，而使船舰沉入洋底。飞机飞入这个地带，则可引燃天然气，而被烧毁坠入海中。一艘水上排水量为990t、水下排水量为1200t、最大潜水深度为250m的潜艇在百慕大地区海面下10m处巡航，突遇海水密度骤降（假如潜艇所在处及它下面的海水密度从1.03×103kg/m3骤变为0.9×103kg/m3），5s后潜艇发现此情况并立即采取措施，以最快速度排泄艇内贮水舱中的水。当它刚止住自己的加速下坠时已在水面下200m处，不计阻力，问：1．把动植物遗体变成天然气的生物是生态系统中的什么成分？2．潜艇舱内各空气过滤口放了盛有Na2O2颗粒的装置，请说出该装置的用途并说明原理，写出化学反应方程式。有时潜艇也用KO2代替Na2O2，这有什么好处？试通过简单分析说明。3．潜艇在采取措施前的5s钟内下坠了多少位移？5s末的速度多大？4．假如潜艇一直保持排水速度不变，它做什么运动？加速度大小如何变化？能否摆脱葬身海底的厄运？【参考答案】1．分解者2．吸收艇内CO2，同时放出O2，相同质量的KO2比Na2O2放出的O2多。3．a＝1.58m/s，s＝19.75m，v＝7.9m/s。4．先做a减小的加速运动，再做a增大的减速运动。将葬身海底。在人类所面临的诸多自然灾害中，那些源于海洋的灾害称为海洋灾害。海洋灾害主要有风暴潮、灾害海浪、海冰、赤潮和海啸五种。它们主要威胁海上及海岸带，有些还危及自岸向陆广大纵深地区的城乡经济及人民生命财产的安全。1．风暴潮是由台风、温带气旋、冷锋的强风作用和气压骤变等强烈的天气系统引起的海面异常升降现象，又称风暴增水或气象海啸。风暴潮是一种重力长波，周期从数小时至数天不等，介于地震海啸和低频的海洋潮汐之间，振幅（即风暴潮的潮高）一般数米，最大可达二三千米。它是沿海地区的一种自然灾害，它与相伴的狂风巨浪可酿成更大灾害。通常把风暴潮分为温带气旋引起的温带风暴潮（如中国北方海区）和热带风暴（台风）引起的热带暴潮（如中国东南沿海）两类。2．灾害性海浪是海洋中由风产生的具有灾害性破坏的波浪，其作用力每平方米可达30～40吨。3．海冰指海洋上一切的冰，包括咸水冰、河冰和冰山等。在冰情严重的区域或异常严寒的冬季往往出现严重的冰封现象，使沿海港口和航道封冻，给沿海经济及人民生命财产安全造成危害。大陆冰川或陆架洋滑入海中后断裂而成的巨大冰块中，露出海面的高度在5米以上者称为冰山。1912年4月14日午夜“泰坦尼克”号轮即是在北大西洋首航中撞上这种冰山而沉没的。4．赤潮是海洋中某些浮游生物在一定环境条件下暴发性增殖或聚集引起水色变化的一种生态异常现象。赤潮生物多为浮游植物（藻类），在我国海域约分布有130种。赤潮大多数发生在内海、河口、港湾或有升流的水域，尤其是暖流内湾水域。赤潮的颜色是由形成赤潮的优势和不浮游生物种类的色素决定的。如夜光藻形成的赤潮呈红色，而绿色鞭毛藻大量繁殖时却呈绿色，硅藻往往呈褐色。赤潮实际上是各种色潮的统称。赤潮灾害可通过产生毒素、对动物鳃组织的物理性刺激或降低水体中溶解氧引起海洋动物的大量死亡，同时藻类毒素通过在鱼类和贝类体内富集，最终对摄食它们的其他动物包括人类产生毒害作用。营养盐是赤潮藻赖以生存的物质基础，光、温度、盐度、微量元素（铁等）、维生素（B1等）、海流等是赤潮藻能否旺发的辅助条件，浮游动物的摄食压力和赤潮藻自身的死亡则抑制赤潮藻的旺发。由此可见，海水富营养化是赤潮发生的必要条件，在此基础上，在其他若干辅助因素共同作用下，导致赤潮藻的旺发，即发生赤潮。赤潮在近年来频繁发生的最主要原因是由于经济的发展和人口的快速增长，近岸水域开发利用增加，生活污水、工业废水和养殖污水向海洋过量排放，致使海域越来越富营养化，为赤潮的发生提供了必要条件。日益发达的世界性交通运输也使某些有害藻类特别是其孢囊得以广泛传播。厄尔尼诺及其南方涛动现象等异常气候也促进了赤潮的发生。开展赤潮预警与实时监测是防治赤潮灾害的基础，我国目前应该建立赤潮监视监测与预报预警业务化体系，达到对全国近岸海域的立体监测和重点海域的实时监测。并提出应急响应方案，建立赤潮预警、预防的技术和方法，研究开发治理赤潮实用的物理、化学和生物技术产品。当然，最重要的是我们应该保护和改善日益恶化的海洋生态环境，这是彻底消除赤潮发生的根本措施。5．海啸是由水下地震、火山爆发或水下塌陷和滑坡所激起的巨浪。破坏性地震海啸发生的条件是：在地震构造运动中出现垂直运动；震源深度小于20～50千米；里氏震级要大于6.5而没有海底变形的地震冲击或海底弹性震动，可引起较弱的海啸。水下核爆炸也能产生人造海啸。海啸对沿海地区的人、畜、树木房屋建筑、港湾主要发生在日本太平洋沿岸，太平洋的西部、南部和西南部，夏威夷群岛和阿留申群岛沿岸。尽管海啸的危害巨大，但它形成的频次有限，尤其在人们可以对它进行预以来，其所造成的危害已大为减低。海洋位于地球环境的最低层，条条江河归大海，人类活动所产生的各种废物、废水、废气等最终要汇集到海洋，造成近海污染。海洋污染主要有以下几方面：l．工业污染未经处理或处理不充分的工业废渣、废料、废水及有毒的化学品不断被倒入海洋，沉积于海洋。放射性废物、砷化物等危险性垃圾被密封于容器后也深置于海洋中。工业废弃物污染极大地威胁着海洋环境。世界最大的一次废弃物污染海洋事件，发生在1986年8月至1988年11月间，桑·安东尼奥号从美国费城开往新加坡的途中，把所载的1.4×1010吨有毒废弃物焚烧灰倾倒在海洋里，对海洋造成严重的污染。最近，我国青岛海域面发生过一起人为造成海水污染、导致大量养殖鱼群全部死亡的恶性事件。事故发生在青岛海域唐家湾内。由于周围几家鱼粉加工厂将本厂红色污水不经任何处理直接排入大海，举目一望，一片红色海洋，水中散发的腥臭味呛得人不敢喘气。几天时间，50个网箱内养殖的3万尾鲈鱼、黑头鱼全部死亡，造成直接经济损失近100万元。在工业废料、废水中，重金属Hg、Cd、Pb等对海洋的污染极其严重。海洋生物往往对重金属富集。例如，海洋生物能浓集镉，其体内浓度可比水体含镉量高4500倍左右。有人甚至报告，海产贝类的浓集系数可高达105～2×106。这样的海产品，会对人的身体健康构成威胁。如1959年，日本食物中毒委员经过研究认为，水俣病与重金属中毒有关，尤其是汞中毒可能性最大。后经熊本大学调查，揭开了这个水俣病的秘密：原来是日本氮肥公司在生产氯乙烯和醋酸乙烯时，采取了成本低的汞催化剂工艺，把大量含甲基汞的毒水废渣排入水俣湾海域，使鱼有毒，人和猫、狗吃了毒鱼生病而死。它成为世界闻名的八大公害之一。另外，塑料垃圾也影响海洋生物生存。一些船舶每年向海洋倾倒和放置成千上万吨塑料垃圾，造成严重的海洋污染，大量海洋生物深受其害。塑料是不易降解和消化的物质，对海洋生物危害极大。例如，在夏威夷附近的一个小岛上，原来曾栖息着l400万只海鸟，但后来发现所剩无几。在分析原因时人们惊愕地发现，原来许多海鸟倒毙在塑料垃圾堆里。一些鱼也由于吞食了塑料而引起死亡。2．石油污染全世界每年由于航运而排入海洋的石油污染物达1.6×106吨～2×106吨，其中l/3左右是油轮在海上发生事故导致泄漏造成的。石油流入海洋。通常1L石油完全氧化达到无害的程度，大约需要4×105L海水。溢油事故对海洋的浮游生物、鱼类以及其他海洋生物的光合作用、呼吸、繁殖等都具有破坏作用，使鱼、虾、贝海藻变味，无法食用。【练习】1．读下列材料，完成下列要求：有一艘万吨级油轮在台湾岛东北部的海洋上与一大货轮相撞，油轮船体破裂，大量原油泄漏，海面上油膜覆盖，导致大量鱼类死亡。（l）鱼类死亡的直接原因是A泄油区海水严重污染，油膜使水温升高，鱼热死B泄油区海水污染，使鱼类中毒死亡C泄油区油膜覆盖，水中缺氧，鱼类窒息死亡D泄油区过度营养化，鱼因为缺氧而死亡（2）台湾暖流对上述海洋污染的影响是，从生态环境保护角度讲，海洋环境的保护需要。（3）假使该万吨级油轮的排水量为5万吨，油轮自身重500吨，则该油轮最大可载货物量是。【参考答案】1．（1）B、C（2）加快了净化的速度，随之扩大了石油污染的范围国际合作（3）49500吨本题是一道生物、地理、物理综合题，三学科相互渗透，考查学生综合运用知识和分析的能力。2．1967年，托雷一坎永号油轮在英吉利亚海峡触礁使大约八万吨原油溢出，污染了英国一百多公里海岸线，使二万五千只海鸟死亡。石油流入海中，危害极大。根据所学知识回答下列问题：（1）为什么说海洋石油污染会影响海洋生物的光合作用？（2）为什么海洋石油污染会影响海洋鱼类的呼吸作用？（3）清除石油对海洋的污染，除用化学方法外，还可以用物理方法。如用抽吸机吸油，用水栅和撇沐器刮油，用油缆阻挡石油扩散。英国一位叫肯·弗罗克布鲁克的农场主发明了用大麦秸秆组成禾草排防治石油污染的方法，能吸收比自身质量多15倍的石油，试说明这一方法的物理原理。（4）在海洋中泄漏1t原油可覆盖12km2的海面，试计算油层的厚度是分子直径的多少倍？设原油的密度为0.91×10kg/m3。【参考答案】（1）石油进入海洋，油膜覆盖海面，油膜能吸收80％的阳光辐射并阻挡阳光进入海水，因而植物不能进行光合作用；（2）油膜将大气与海水隔开，水中缺氧，鱼在油膜下窒息死亡；（3）大麦秸秆是中空的草本植物茎，茎体结构较疏松，有较多孔隙，原油较粘稠，原油分子和茎杆纤维间有较强的吸附作用。于是原油分子穿过孔隙进入禾秆中空部分，直至完全填满为止。因此大麦秸杆能吸附较多的原油。（4）h＝m/ρS＝9.2×10－8m分子直径约为10－10m，油膜的厚度约为分子直径的9000倍，将海水与空气隔开，使海水中严重缺氧。3．城市废水污染城市废水的直接排入是造成海洋污染的祸首之一。例如，我国近海海域海水中N、P含量普遍超标。富营养化十分严重，数量巨大的N、P营养物、生活污水及含有化肥的农田雨水排入近海海域。海水中的N、P的高含量是“赤潮”发生的关键因素。它使浮游生物大量繁殖，形成赤潮。赤潮可使海水中溶解氧减少，影响鱼类、贝类的繁殖和生长，导致鱼、虾、蟹等海洋生物大量死亡。赤潮对海洋生物资源、渔业资源以及海洋生态平衡的危害是毁灭性的。目前，全球许多海域频繁发生赤潮。例如，近年来，由于渤海沿岸陆源污染物大量排入海中，渤海富营养化极其严重，赤潮频发。今年夏季渤海海域出现大规模的赤潮，而且持续时间较长，是我国有史以来最严重的一次。它充分反映了渤海海洋的污染已十分严重。又一次给渤海的海洋环境亮起了红灯。21世纪将是海洋的时代，丰富的海洋资源是人类赖以生存和发展的重要物质基础。如果人们忽视海洋环境保护，其后果是不堪设想的。【综合练习】一．1．海洋是一个巨大的系统。它的成分是、、、

。海洋中数量最多的生物是，它们在水深不超过200m的水层中分布最多，原因是2．在水深超过200m的深海，光线极少，能见度极低。有一种电鳗具有特殊的适应性，能通过自身发出生物电，获取食物，威胁敌害，保护自己。若该电鳗的头尾相当于两个电极，它在海水中产生的电场强度达到104N/C，可击昏敌害。①身长50cm的电鳗，在放电时产生的瞬间电压可达A50VB500VC5000VD50000V②决定电鳗这种性状的出现是由于A适应性B应激性C遗传性D变异性3．①马利亚纳海沟是世界上最深的海沟，深11km，科学家进行考察时发现海沟深处有鱼虾，却没有绿色植物，其原因是那里A没有阳光B温度太低C压强太大D缺少CO2和O2②那里的鱼虾体内压强可达（标准大气压为p）A1.lpmB11pC110pD1100p【参考答案】1．生态非生物的物质和能量生产者消费者分解者浮游植物阳光能够到达极限为海面以下200m，植物要利用光能进行光合作用2．①C②A本题考查电学中U＝E·d，适应性，应激性，遗传性，变异性。可以把电鳗的头尾视为平行板电容器的两极，其中的电场为匀强电场。在匀强电场中U＝E·d，所以电鳗放电时的瞬间电压为：U＝5000V虽然不是平行板电容器，电场也不是匀强电场，但这样等效处理后，很直观地求出大致的电压范围约有5000V高压，能体现动物自我保护的本能。适应是生物与环境表现相适合的表象。除上述例子外，动物的保护色和拟态等，也是生物对环境适应的表象。适应是自然选择的结果。3．①A②D二．2000年8月12日，俄罗斯“库尔斯克”号多功能核动力潜艇在巴伦支海域遇难，艇上118名官兵全部葬身海底，消息传出后全世界为之震惊。该潜艇水上排水量14000t，水下排水量16000t，长150米，最大潜水深度为300m，属于949级（“奥斯卡级”），是对付航队航母的主要舰艇，是世界上最大的核潜艇之一。1．①该潜艇的动力来源为A放射性元不衰变释放的能量B人工放射性同位素放出的能量C重核裂变释放的能量D轻核聚变释放的能量②下式为核动力反应堆中的一个反应式，请完成该反应方程式：（为反中微号，质量数和电子数均为0）③上式反应产生的中子可保持核反应堆中的反应一直进行下去，这种反应称为A分解反应B化合反应C链式反应D裂解反应④核反应在热量传递循环系统中应用了钠钾合金作为热传介质，试根据钠钾合金的性质说明这一应用的两点理由。2．海水中含有的NaCl等电解质会对潜艇的金属材料造成腐蚀。为有效地保护潜艇，下列防护方法中最佳的是A采用纯净的钢铁制造B在潜艇表面复盖保护层C改变金属内部组织结构D采用电化学保护法3．潜艇舱内各空气过滤口放了盛有Na2O2（过氧化钠）的颗粒，叙述该装置的作用和原理。有的潜艇用的是KO2（超氧化钾）试说明用哪种物质更好。4．在浅水中航行的潜艇为观察水面情况，常使用潜望镜。潜望镜由镜筒和两个全反射棱镜组成（如右图所示），通过潜望镜观察水面的物体AB时，成什么像？成像于何处？作光路图说明。潜望镜为什么不用平面镜作反射面？5．潜艇探测水中目标常用的是声纳，声纳向水中目标发射超声波，超声波被目标反射后又被潜艇的声纳系统所接收。测出发送到接收经过的时间就可知潜艇和目标之间的距离。①在空中探测目标常用电磁波，为什么潜艇要用超声波？②声纳发出的超声波频率为4×104Hz，发出一个脉冲时间0.015，超声波在水中的波速为1450m/s，从声波发出到接收到目标的回波经历时间0.6s，则：该超声波波长多少米？一列声波有多少个波？潜艇到目标距离多少？③探测专家也可利用声纳装置探测到潜艇的确切位置，在潜艇正上方海面向下发出一个声波脉冲经过0.146s反射声波可到达接收装置，该潜艇的实际深度为m。④海洋中利用超声系统定位、探寻食物、规避敌害的海洋生物是A海豚B鲸C水母D鲨鱼6．潜艇有双层壳体，两层壳体之间是贮水舱，打开底阀向贮水舱注水，潜艇浮力减小，潜艇下沉；向贮水舱中注入压缩空气，排出贮水舱中的水，浮力加大，潜艇上浮。当潜艇在水面航行时，艇内外气体压强均为一个大气压，当潜艇潜深到水下300m的最大深度时，艇内为了保障艇员的正常生活，仍旧保持一个大气压，而艇身却受到水的巨大压力。潜艇为了上浮，用高压空气贮罐中的高压空气排出贮水舱中的水。一个体积10m3，压强50大气压的贮罐中的高压气体最多能排出水m3。7．核潜艇能到达水下300m探处，在这样的深海中能够进行光合作用的植物和植食性动物都不能生存，但还有不少肉食性动物栖息，这些动物眼睛退化，有的依靠身体前端很长的触须来探寻食物，有的有特殊的发光器官，用以发现食物和敌害。核潜艇有钢铁的身躯，而这些深海鱼并无特殊坚硬的骨胳和非常强健的肌肉，在海水巨大的压力下，为什么不被压扁呢？8．有一次该潜艇在进行深水作业时，由于作业区的海底深度不同，想要测量潜水艇到达的深度，某船员试用这样的方法来测量：用一个长为20cm的有刻度的平底试管，试管内在不同的高度帖上小纸片（小纸片相互隔开），小纸片浸有二氯化钴并进行脱水处理（呈蓝色），现将试管开口向下，缓慢地将试管竖直地放入海中，系在潜水艇的体外，潜水艇在海底作业完成之后浮出水面，再将试管提起来，测量得到，从管口开始直到距试管口12cm这部分的小纸片都变成了粉红色。问：①颜色变化的原因②潜水艇到达多深9．如右图所示是一种悬球式加速度计，它可以用来测定潜艇的加速度。m是一小金属球，它系在轻金属丝的下端，金属丝的上端悬挂在O点。AB是一根长为L的均匀电阻丝，其中阻值为R，金属丝与电阻丝接触良好且光滑无摩擦，电阻丝的中点C焊接一根导线，从O点也引出一根导线，两线之间接入一个电压表，金属丝和导线电阻不计，图中虚线OC与AB相垂直，且OC＝h，电阻丝AB接在电压为U的直流稳压电源上，整个装置固定在潜艇中。使AB沿着潜艇前进的方向，从电压表的读数变化可以测出加速度的大小。①当潜艇向右作匀加速直线运动时，试写出加速度a和电压表的读数的对应关系。②这个装置能测出的最大加速度？③说明C点设置在AB中点的原因？10．参加“库尔斯克”号潜艇求援的专家对潜艇外部探测的结果表明，潜艇前半部可能遭到撞击，从而造成鱼雷舱沉没，继而发生了爆炸。若该潜艇以时速18km/h与某一物体相碰，碰撞时间为0.1秒，则艇体受到的拍击力约为N。11．据法新社报导，“库尔斯克”号沉没之前有3枚或4枚鱼雷发生了爆炸，产生了1吨至2吨TNT的爆炸力，把潜艇炸出大洞，导致潜艇沉没。①鱼雷防爆必须注意A避免碰撞B避开高温C防止返潮D严禁明火②TNT烈性炸药的主要成分是A丙三醇B硝化甘油C硝化纤维D三硝基甲苯③鱼雷爆炸时可产生明40个大气压和5000℃高温。把潜艇炸出大洞的因素为A炸药的化学腐蚀作用B产生的高温高压气流C艇体强烈震动D海水巨大压力12．①计算库尔斯克号沉船位置的深水压强（g=9.80g/s2,设海水密度1g/cm3，保留三位有效数字）；②将海平面上装有1.0L（101Kpa，10℃）的氢气球（设总重5g），设法送到沉船所处的位置，则此时气球受到的合外力为多大（不计球皮对球的作用力）？③若库尔斯克号沉没时有30000t水灌入舱内,则需要多少个这样的气球才能把沉船拉上来?④如果这么多氢气由电解水产生的氢气提供，那么要用电流为100A的100台直流电动机连续工作多长时间？⑤利用已学过的知识，请为打捞库尔斯克号设计一个方案。【参考答案】1．①C②Zr③C④钠钾合金熔点低，常温下为液态，可在管内流动；钠钾合金是热的良导体。2．C3．吸收艇内CO2，同时放出O2，相同质量的KO2比Na2O2放出的O2多。4．光路如右图所示，成正立等大虚像于眼正前方。潜望镜如用平面镜作反射面，由于平面镜的玻璃表面和镀银的反射面都能反射光，会造成重影，影响成像的清晰；海上潮湿，盐度大，银层易氧化发黑，因而不宜用镀银平面镜。5．①因为电磁波在水中很容易衰减，传播距离不远，而超声波在水中可传播很远。②0.3625m600435m③106m④A6．V＝6.1m37．深海鱼和潜艇不同，潜艇内必须保持1大气压，使人能在其中生存和工作，艇内外压力差就很大，潜艇壳体承受着巨大的压力；深海鱼体内有水，可以保持体内外压力平衡。8．用白纸浸入二氯化钴，然后把白纸晾干，留在纸上的化合物是CoCl2·6H2O，所以纸片是粉红色的。把纸片进行脱水处理，CoCl2·6H2O就脱水变成了CoCl2，纸片就变成蓝色。当把这个试管开口向下缓慢地放入水中，试管中的空气被压缩，水进入试管中，浸湿了部分的小纸片，这部分小纸片上的CoCl2又变成了CoCl2·6H2O，所以又变成了粉红色。这道小题的回答，不要求写出具体的分子式，只要求讲出脱水的二氯化钴是蓝色的，不脱水的二氯化钴是粉红色的。根据玻意耳定律，一定质量的理想气体，在温度不变的情况下，压强与体积的乘积保持不变，则p2＝2.5atm，减去大气的压强1atm，则由海水产生的压强是1.5atm，可得试管所在的深度是水面以下15.5m。9．①a＝gLU’/Uh②a＝gL/2h③设计球悬垂时金属丝和电阻中点接触的原因是这种加速度计既要测潜艇加速时的加速度，也要测量潜艇减速时的加速度。10．7×108N11．①ABD②D③B12．①p=ρgh+p0=1.14×106Pa②p0V0/To=pV/T(深水温度T=277K)V=0.0866Lf=ρgV－mg=0.800N③3.7×108（水下排水量16000t意味着此时该潜艇处于悬浮状态，气球提供的浮力相当于灌入水的重力）④2nFp0V0/RT0=It×100t=3.1×108s(=9.8年)⑤将两根电缆通入深海，电缆终端裸露的导线可作电解海水的电极，用直流发电机产生的电力作为电解海水的电源，电解时阴极发生还原反应：2H+(aq)＋2e→H2(g)，将上述生成的H2导入浮标。一艘核潜艇就是一座设施完善、现代技术密集的水下流动小城，就是一个小武器库，一个实验室，有许多物理、化学、生物等问题让我们学习研究。本题以“库尔斯克”号潜艇沉入海底这一重大事件设立情景，符合综合试题联系社会实际的命题要求，试题真实全面地模拟现实，要求学生对事物的整体结构和发展变化进行多角度、多层次的分析，所涉及的知识以多样性、复杂性和综合性呈现出来，考查学生运用多学科知识综合分析的能力和解决实际问题的能力。三．1．在下面这个通电流线圈的磁场示意图中，P是指南针的位置。①在P处圆圈中画一箭头，表示指针的方向。②可以采用什么方法，使图中线圈产生的磁场强度增加。请说出两种方法。2．右上图所示表示扬声器的结构①利用如图所示说明扬声器如何把微小变化的电流变成声波。②描述声波是如何产生电流的。3．右图所示表示海面上水波的波形。①在上图所示的A点开始，画出另一个振幅为所示波振幅二倍的波形。②声波与水波有什么不同？4．某工厂用电解海水来生产有用气体。①说出在电解时，阳极和阴极各产生什么气体，并指明这种气体的用途。把答案填入下表。电极气体用途阳极（＋）阴极（－）②说出在电解海水过程中还有什么副产品。5．渔民们对这个工厂很关心，因为它对当地鱼资源有影响。①叙述科学家是如何估计鱼资源的多少的。②说出四种会对一种动物资源产生影响的因素。6．有这样一条包括鱼在内的食物链。绿色植物→水蚤→虾→鱼