航天中的化学知识.ppt

总复习专题： 航天中的化学知识,武钢三中 万长江 2007. 12. 19,嫦娥一号,2007年10月24日，嫦娥一号乘长征三号甲火箭从西昌卫星发射中心成功升空，从此拉开了中国探月活动的序幕，嫦娥一号是中国的第一个空间探測器，是继人造卫星、载人航天之后，中国航天的第三个里程碑，这也标志着我国航天科技取得了惊人的业绩。,问题1航天材料问题 2003年10月16日 “神舟”五号载人飞船在内蒙古成功着陆，返回舱内完好无损。飞船在重返大气层时，由于同空气的剧烈摩擦，船体的表面温度将将急剧上升 ，因此飞船表面必须有良好的防高温措施。下列有关飞船的防高温措施中不可取的是（ ） A、使用陶瓷类的贴面覆盖船体，以防止高温侵入舱内 B、使用在一定条件下能熔化或汽化的表面覆盖材料 C、使用在一定条件下能与大气层中的氧气发生剧烈燃烧的表面覆盖材料 D、使用在一定条件下能发生分解反应的表面覆盖材料,解析：陶瓷类物质熔点高，化学性质稳定，是热的不良导体；在一定条件下能熔化或汽化的材料，熔化或汽化时能在物质表面形成一层气体膜，保护内层物体的温度不易升高；使用能发生分解反应的材料，发生分解反应时需要吸收热量，使表面的温度不易升高；使用能与大气层中氧气发生剧烈燃烧的材料，剧烈燃烧会放出大量的热，使温度进一步升高。因此答案为C,在宇宙飞船中非常有必要设计一种气体循环系统，既能为宇航员提供氧气又能吸收宇航员排出的废气CO2。,问题2航天生存环境问题 在宇宙飞船中为了使宇航员得到一个稳定的、良好的生存环境，一般在飞船内安装盛有Na2O2颗粒的装置，它的用途是再生氧气。如用超氧化钾（KO2）代替过氧化钠能达到同样的目的，反应产物也相似。 （1）写出过氧化钠和CO2、超氧化钾和CO2反应的化学方程式并用单箭头法标出电子转移的方向和数目 。 （2）Na2O2和KO2提供氧气，哪一个更好？ 。,4KO2+2CO2=2K2CO3+3 O2 若产生等质量的O2时，需要KO2的质量约是Na2O2的0.6倍，所以使用KO2要比Na2O2优越。,解析：,问题3航天能源供应问题 现有某空间站的备用电池需要选择金属电极（负极），以下是不同元素的气态原子失去最外层一个电子所需要的能量（设其为E）如右图所示：,原子序数,E,请根据元素在周期表中的位置，分析图中曲线的变化特点，回答下列问题。 （1）同主族内由上到下不同元素的E值变化特点是 ，第一主族中E值都是这样变化的，体现了元素性质的 变化规律。 （2）同周期内，随原子序数增大，E值增大。但个别元素的E值出现反常现象，试预测下列关系中正确的是 。 A、E（砷）E（硒） B、E（砷）E（硒） C、E（溴）E（硒） D、E（溴）E（硒） （3）请你在下列四种金属中为空间站的电池选择金属负极 。 A、Be B、Na C、Al D、Li,原子序数,E,（1）同主族内不同元素的E值由上到下变化特点是逐渐变小，体现了元素性质的周期性变化规律。 （2）同周期内，随原子序数增大，E值增大。但个别元素的E值出现反常现象，试预测下列关系中正确的是 A C。 A、E（砷）E（硒） B、E（砷）E（硒） C、E（溴）E（硒） D、E（溴）E（硒） （3）请你在下列四种金属中为空间站的电池选择金属负极D A、Be B、Na C、Al D、Li,解析：,化学的科学思维观,解决化学问题时首先考虑用途，再由用途联想到性质，由性质寻求结构上的解释，以寻求更好材料，这就是通常我们所说的结构决定性质，性质决定用途的逆向应用，逆向运用是解决问题的方法，正向运用是认识物质的方法，而这种思想就是化学的科学思维观。,问题4航天燃料问题 火箭可用肼（N2H4）作燃料，试解答下列问题 （1）肼作火箭的推进剂，用NO2作氧化剂，两者反应成氮气和水，但NO2喷出时有部分来不及反应而被喷出，所以 我们常看到火箭尾部有一片桔红色的烟雾。 已知：N 2(g)2O2(g)2NO2（g）；H+67.7kJ/mol N2H4(g)O2 (g) N2(g)2H2O(g) ； H 534kJ/mol 据此写出N2H4和NO2反应的热化学方程式： （2）已知：N2H4 (g)2 F2(g) N2 (g) 4HF(g) ； H 1118kJ/mol 有人认为可用F2代替NO2作氧化剂，你认为好吗？长期使用F2 、 NO2等氧化剂有什么问题？从长远来看航天燃料可选用何种燃料？何种氧化剂？,答（1） 2N2H4(g) 2NO2（g） 3N2(g) 4H2O(g) ； H 1135.7kJ/mol （2）从放出的能量看更好，但F2、NO2会造成一系列污染，不宜长期使用，从长远看应选择氢燃料，氧化剂可用液态双氧水或液氧。,化学人文价值观,环保意识是现代意识的体现，我们追求性能、经济、环保的结合，力求使人与自然和谐发展，这便是化学学科必须培养的化学人文价值观。,自主探究 问题5阿波罗11号飞船所携带的天线是一个半球形的直径很大的天线，而飞船空间有限，你能否设想一个方法将此天线带上月球并能伸长开来正常工作？,一根螺旋状高温“记忆”合金，制造时经过高温退火，它的形状处于螺旋状态。在室温下，即使使用很大力气把它强行拉直，但只要把它加热到一定的“变态温度”时，这根合金仿佛记起了什么似的，立即恢复到它原来的螺旋形态。这是怎么回事？难道合金也具有人类那样的记忆力吗？,原来这只是利用某些合金在固态时其晶体结构随温度发生变化的规律而已。例如，镍-钛合金在40以上和40以下的晶体结构是不同的，温度在40上下变化时，合金就会收缩或膨胀，使得它的形态发生变化。这里，40就是镍-钛记忆合金的“变态温度”。,记忆合金最令人鼓舞的应用是在航天技术中。年月日，“阿波罗”号登月舱在月球着陆，实现了人类第一次登月旅行的梦想。宇航员登月后，在月球上放置了一个半球形的直径很大的天线。天线就是用极薄的记忆合金制成的,先把天线在正常情况下按预定要求做好，然后降低温度把它压成一团，装进小小的登月舱带上天去。放到月面上以后，在阳光照射下温度升高，当达到转变温度时，天线又“记”起了自己的本来面貌，变成一个巨大的半球形。,问题6 嫦娥一号在一年的寿命期中，不可避免会遇到月食，此时嫦娥一号太阳能电池翼无法照射到阳光，会停止工作，那么怎么办呢？,嫦娥一号采用太阳能电池翼和燃料电池联合电源，嫦娥一号在月食时，嫦娥一号将转为由燃料电池单独供电，太阳能电池翼停止工作。,事实上很多太空空间站均有一段时间面向太阳，一段时间背着太阳，你能否设计一套循环能量装置用于空间站，要求能持续不断的循环提供能量使用；不会带来新的环境污染 (用方框流程图表示,注意此题涉及光能、化学能、电能等多种能量形式的转换),请回答下列问题： （1）从能量转换方式的角度看，上图过程发生了 ，其基本装置是 ，此时空间站处于 （填“向日面”或“背日面”）。 （2）若燃料电池中的电解质溶液是KOH溶液，则负极的电极反应式为 。 （3）该工作原理有哪些优点？但为什么生活中未广泛使用该系统？,（1）光电直接转换 太阳能电池 向日 （2）H22e-2OH- 2H2O (3)把向日时的太阳能储存起来，留待背日时使用；水可循环使用无污染等。 要使空间站上的水分解能顺利进行，要寻找高效光分解水催化剂,氢储罐中要选择储氢合金来贮存氢气。这些方法目前成本太高。,小结归纳,一、解决化学问题应考虑的因素： 考虑性能指标、经济指标还要考虑环境指标 二、解决化学问题的基本思路：解决化学问题时首先考虑用途，再由用途联想到性质，由性质寻求结构上的解释，以寻求更好材料，这就是通常我们所说的结构决定性质，性质决定用途的逆向应用，逆向运用是解决问题的方法，正向运用是认识物质的方法,三、学习化学应该建立的两大观点：树立正确的化学科学观、化学价值观 四、航天经常涉及的高考知识考点有原电池、元素周期律 、氧化还原反应、化学反应能量等,涉及的高考技能考点有阅读分析图表、使用化学用语及进行化学计算等。,知识 网络,性能,环保,经济,化学价值观,化学科学观,巩固性作业用在重返火箭发动机、航天飞机制动阀的金属要求有良好的热学性能，请根据下表选择出最佳的金属为_,小结性作业：1、解决化学往往要考虑结构性质用途的关系，实际上制法和存在也和性质密切相关，请举例说明。 2、支撑现代社会的三大支柱是什么？能否从更广泛的化学领域的角度谈一谈化学学科和这三者的关系。 拓展性作业：1.我国探月工程的第一步即绕月工程将完成4大科学目标,其中之一是利用微波探测月壤厚度及其分布，估算月球表面氦3的资源量。为什么说月球上氦3作为一种能源意义重大? 请上网收集相