化学在航天领域的应用-35页PPT课件.ppt

1、 2013年年6月月11日日17时时38分分，神舟十号神舟十号在在酒泉卫星发射中心成功发射，酒泉卫星发射中心成功发射，再次与再次与天宫一号天宫一号成功对接成功对接,并首次开展航天员并首次开展航天员太空授课活动。太空授课活动。神舟四号发射升空神舟四号发射升空神舟八号发射升空神舟八号发射升空神舟九号发射升空神舟九号发射升空化学在航天领域中的应用化学在航天领域中的应用授课教师：李妍授课教师：李妍 航天器航天器的的制造制造常用到合金材料，具有什么常用到合金材料，具有什么性质的合金材料适用呢？性质的合金材料适用呢？一、航天器材料问题一、航天器材料问题常用的常用的有：铝合金、有：铝合金、镁镁合金、钛合金等

2、。合金、钛合金等。密度较小密度较小（质轻）（质轻）、熔点、熔点高（耐高温）高（耐高温）铝合金铝合金在航空航天领域有很重要的应用，在航空航天领域有很重要的应用，下下列列有有关铝合金说法关铝合金说法错误错误的是的是（）A.铝合金具有优良的导电性和导热性铝合金具有优良的导电性和导热性B.铝是不活泼金属铝是不活泼金属，所以其所以其合金合金具有很好的具有很好的抗腐抗腐蚀能力蚀能力C.铝合金密度小铝合金密度小，有，有较好的可塑性较好的可塑性，易于成型，易于成型D.铝合金铝合金广泛用于制造飞机、火箭、人造卫星广泛用于制造飞机、火箭、人造卫星等等B表面形成致密表面形成致密的氧化膜的氧化膜回归教材回归教材国防金

3、属国防金属 镁镁工业上从哪里提取金属镁？工业上从哪里提取金属镁？如何提取？如何提取？Mg2+为了克服这一问题，下列做法为了克服这一问题，下列做法不可取不可取的是（的是（）2013年年6月月26日日“神舟神舟”十十号载人号载人飞船飞船在在内蒙古内蒙古成成功着陆，返回舱功着陆，返回舱内内完好无损。完好无损。飞船在重返大气层时，由于飞船在重返大气层时，由于与与空气剧烈摩擦，空气剧烈摩擦，船体表面船体表面温度将急剧上升温度将急剧上升，会对飞船造成损害。，会对飞船造成损害。BA.使用使用耐高温的耐高温的陶瓷陶瓷材料材料覆盖船体覆盖船体，防止高温入侵舱内，防止高温入侵舱内B.使用在一定条件下能与大气层中的

4、氧气发生剧烈燃使用在一定条件下能与大气层中的氧气发生剧烈燃 烧的表面覆盖材料烧的表面覆盖材料C.使用在一定条件下能熔化或气化的表面覆盖材料使用在一定条件下能熔化或气化的表面覆盖材料回归教材回归教材人教版必修一人教版必修一 P79(北京海淀北京海淀)氮化硅陶瓷是一种新型陶瓷材料，能氮化硅陶瓷是一种新型陶瓷材料，能承受高温，可用于制造业、航天工业等领域承受高温，可用于制造业、航天工业等领域。它它可用石英与焦炭在高温的氮气流中反应制得可用石英与焦炭在高温的氮气流中反应制得，SiO2+C+N2 Si3N4+CO(1)配平上述化学反应方程式。配平上述化学反应方程式。(2)氮化硅陶瓷的机械强度高氮化硅陶瓷

5、的机械强度高，具有耐高温、耐腐蚀的优，具有耐高温、耐腐蚀的优良性能良性能。以下关于其用途说法以下关于其用途说法不不正确正确的是的是()A可用于火箭发动机的尾管及燃烧室等可用于火箭发动机的尾管及燃烧室等B可用来制造神舟飞船船体表面的耐高温材料可用来制造神舟飞船船体表面的耐高温材料C在电子工业上制成耐高温的电的良导体在电子工业上制成耐高温的电的良导体 3 6 2 6 C高温高温（2019宁夏宁夏27）氮氮化硅（化硅（Si3N4）是一种新型陶瓷材料，）是一种新型陶瓷材料，它可由石英与焦炭在高温的氮气流中，通过以下反应制它可由石英与焦炭在高温的氮气流中，通过以下反应制得：得：SiO2(s)C(s)N2

6、(g)Si3N4(s)CO(g)（2）该反应的氧化剂是）该反应的氧化剂是 ，还原产物是，还原产物是 ；（3）已知已知上述反应为放热反应上述反应为放热反应,升高温度，其平衡常数升高温度，其平衡常数 ；（填（填“增大增大”、“减小减小”或或“不变不变”）（4）若使压强增大，则上述平衡向）若使压强增大，则上述平衡向 移动；移动；（5）若已知）若已知CO生成速率为生成速率为v(CO)18mol/(Lmin)，则则N2消耗速率为消耗速率为v(N2)=mol/(Lmin)。高温高温直通高考直通高考3 6 2 6N2Si3N4减小减小逆向逆向6二、航天能源供应问题二、航天能源供应问题火箭如何飞上天？火箭如何

7、飞上天？回归教材回归教材人教版人教版 必修一必修一 P92燃料：偏二甲肼燃料：偏二甲肼 C2H8N2(H+1价，价，N-3价）价）氧化剂：氧化剂：N2O4C2H8N2+2N2O4=2CO2（g）+3N2（g）+4H2O（g）完全燃烧生成无污染的气完全燃烧生成无污染的气体体点燃点燃知识链接知识链接火箭的燃料火箭的燃料神舟十号飞船由神舟十号飞船由长征二号长征二号F火箭火箭运载，关于运载，关于火箭的火箭的推进剂推进剂，下列说法，下列说法不正确不正确的是（的是（）A.煤油是从石油中提取而来的煤油是从石油中提取而来的B.采用液氢液氧作为火箭的燃料，符合绿色化学的采用液氢液氧作为火箭的燃料，符合绿色化学的

8、思想思想C.火箭常用偏二甲肼、四氧化二氮作燃料，其燃烧火箭常用偏二甲肼、四氧化二氮作燃料，其燃烧过程对环境完全无污染过程对环境完全无污染D.偏二甲肼、四氧化二氮有毒，因此开发偏二甲肼、四氧化二氮有毒，因此开发“绿色绿色化化”，效率更高的燃料尤为重要，效率更高的燃料尤为重要C火箭尾部常有大火箭尾部常有大量红棕色气体量红棕色气体NO2(2019山东山东卷卷29)偏二甲肼与偏二甲肼与N2O4是常用的火箭推进剂，是常用的火箭推进剂，二者发生如下化学二者发生如下化学反应：反应：(CH3)2NNH2(l)+2N2O4（l）=2CO2（g）+3N2（g）+4H2O（g）（I）（1 1）反应（）反应（I I）

9、中氧化剂是）中氧化剂是 。（2 2）火箭残骸中常现红棕色气体，原因为：）火箭残骸中常现红棕色气体，原因为：N2O4(g)2NO2(g)（II）当温度升高时，气体颜色变深，则反应（当温度升高时，气体颜色变深，则反应（II）为）为 _(填填“吸热吸热”或或“放热放热”）反应。）反应。直通高考直通高考N2O4吸热吸热（2019海南卷海南卷13）氮元素的氢化物和氧化物在工业生氮元素的氢化物和氧化物在工业生产和国防建设中都有广泛应用，回答下列问题：产和国防建设中都有广泛应用，回答下列问题：(3)肼肼N2H4 可作为火箭发动机的燃料，与氧化剂可作为火箭发动机的燃料，与氧化剂N2O4反应反应生成生成N2和水

10、蒸气。已知：和水蒸气。已知：N2(g)+2O2(g)=N2O4(1)H1=-195kJmol-1 N2H4(1)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)H2=-534.2kJmol-1 写出肼和写出肼和N2O4 反应的热化学方程式反应的热化学方程式 ；(4)肼一空气燃料电池是一种碱性电池，肼一空气燃料电池是一种碱性电池，写出写出该电池放该电池放 电时负极的电时负极的反应式反应式 ；直通高考直通高考2N2H4（l）+N2O4(l)=3N2(g)+4H2O(g)H1=-873.4kJmol-1N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O 神舟十号在太空中神舟十号在太空中共运行共运行15天，天，期间要

11、完成期间要完成与天宫与天宫一一号的对接，并进行太空授课，该过号的对接，并进行太空授课，该过程中其工作所需的程中其工作所需的电能电能由何而来呢？由何而来呢？太阳能电池翼太阳能电池翼硅硅宇宙飞船飞行时，在宇宙飞船飞行时，在光照区光照区用太用太阳能电池发电、供电，那在阳能电池发电、供电，那在阴影阴影区区如何解决电能供应问题呢？如何解决电能供应问题呢？（2019江苏卷江苏卷11改编）改编）下下图是一种航天器能量储图是一种航天器能量储存系统原理示意图。存系统原理示意图。下列说法下列说法不正确不正确的是（的是（）直通高考直通高考A.白天白天太阳能电池太阳能电池输出的电能可输出的电能可供工作马达运转供工作马

12、达运转B.夜间通过装置夜间通过装置Y将化学能转化将化学能转化为电能，为电能，继续支持工作马达运转继续支持工作马达运转C.装置装置Y中负极参加反应的物质中负极参加反应的物质 是是O2D.太阳能电池输出的电能还能太阳能电池输出的电能还能通通过装置过装置X电解水电解水生成氢气和氧气生成氢气和氧气C（2019安徽卷安徽卷10）热激活电池可热激活电池可用作火箭用作火箭的的工作电源。其中作为电工作电源。其中作为电解质的无水解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应电池总反应为：为：PbSO4+2LiCl+Ca=CaCl2+Li2

13、SO4+Pb。下列有关说法下列有关说法正确正确的是的是（）A正极反应式：正极反应式：Ca+2Cl-2e-=CaCl2B放电过程中，放电过程中，Li+向负极移动向负极移动C常温时，在正负极间接上电流表，指针不偏转常温时，在正负极间接上电流表，指针不偏转D每转移每转移0.1mol电子，理论上生成电子，理论上生成20.7gPb （已知：（已知：Pb的相对原子质量为的相对原子质量为207）直通高考直通高考C 在宇宙飞船中非常有必要设计一种气体在宇宙飞船中非常有必要设计一种气体循环系统，既能为宇航员提供循环系统，既能为宇航员提供O2又能吸又能吸收宇航员排出的废气收宇航员排出的废气CO2。三、航天生存环境

14、问题三、航天生存环境问题Na2O2请写出宇宙飞船中再生氧气的相关方程式。请写出宇宙飞船中再生氧气的相关方程式。2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O22Na2O2+2H2O=4NaOH+O2航天器材航天器材料料 航航天环天环境境 电电能供能供应应 火火箭燃箭燃料料氧化还原反应氧化还原反应化学平衡化学平衡热化学方程式热化学方程式过氧化钠过氧化钠供氧剂供氧剂海水提镁海水提镁氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷氧化还原氧化还原化学平衡化学平衡太阳能电池太阳能电池化学电源化学电源（燃料电池）（燃料电池）总结提升总结提升课后活动课后活动查阅神舟十号的相关内容，找出其查阅神舟十号的相关内容，找出其中与化学知识有关的内

15、容，形成一中与化学知识有关的内容，形成一个小报告。个小报告。航天飞机一般都用高性能合金材料制造机身，航天飞机一般都用高性能合金材料制造机身，关关于合金下列叙述正确的是于合金下列叙述正确的是 （）（）A.合金的硬度一般比其各成分金属的硬度高合金的硬度一般比其各成分金属的硬度高 B.合金的熔点一般比其各成分金属的熔点低合金的熔点一般比其各成分金属的熔点低 C.合金的物理性质一般与其各成分金属的物理合金的物理性质一般与其各成分金属的物理性质不同性质不同 D.合金的化学性质一般与其各成分金属的化学合金的化学性质一般与其各成分金属的化学性质不同性质不同 (2019重庆卷重庆卷12)肼肼(H2NNH2)是

16、一是一种高能燃料，有关化学反应的能种高能燃料，有关化学反应的能量变化如题所示，已知断裂量变化如题所示，已知断裂1mol化学键所需的能量（化学键所需的能量（kJ）：）：NN为为942、O=O为为500、N-N为为154，则断裂则断裂1molN-H键所需的能量键所需的能量（KJ）是）是（）A.194 B.391 C.516 D.658假想中间物的总能量能量反应物的总能量生成物的总能量2N(g)+4H(g)+2O(g)N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)H3H1=-534KJ mol-1.H2=-2752KJ mol-1.直通高考直通高考火箭可用肼（火箭可用肼（N2H4）作燃料，试解

17、答下列问题）作燃料，试解答下列问题（1）肼作火箭的推进剂，用）肼作火箭的推进剂，用NO2作氧化剂，两者反应成作氧化剂，两者反应成氮气和水，但氮气和水，但NO2喷出时有部分来不及反应而被喷出，所喷出时有部分来不及反应而被喷出，所以以我们常看到火箭尾部有一片桔红色的烟雾。我们常看到火箭尾部有一片桔红色的烟雾。已知：已知：N 2(g)2O2(g)2NO2（g）；H+67.7kJ/molN2H4(g)O2(g)N2(g)2H2O(g)；H 534kJ/mol据此写出据此写出N2H4和和NO2反应的热化学方程式：反应的热化学方程式：（2）已知：）已知：N2H4(g)2 F2(g)N2(g)4HF(g)；

18、H 1118kJ/mol 有人认为可用有人认为可用F2代替代替NO2作氧化剂，你认为好吗？长期使作氧化剂，你认为好吗？长期使用用F2、NO2等氧化剂有什么问题？从长远来看航天燃料可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？选用何种燃料？何种氧化剂？总结提升海水海水（Mg2+）Mg(OH)2沉淀沉淀MgCl2溶液溶液MgCl26H2O无水无水MgCl2Mg贝壳贝壳（CaCO3）石灰乳石灰乳Ca(OH)2蒸发浓缩蒸发浓缩冷却结晶冷却结晶HCl气流中气流中加热蒸干加热蒸干电解电解熔融熔融(北京海淀北京海淀)氮化硅陶瓷是一种新型陶瓷材料，能承受高氮化硅陶瓷是一种新型陶瓷材料，能

19、承受高温，可用于制造业、航天工业等领域温，可用于制造业、航天工业等领域。由石英合成氮由石英合成氮化硅粉末的路线图如下所示。化硅粉末的路线图如下所示。(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用为例，用化学反应方程式表示其原因：化学反应方程式表示其原因：_ (2)试写出制取粗硅的化学方程式试写出制取粗硅的化学方程式_ (3)SiCl4在潮湿空气中剧烈水解，产生白雾，军事工业在潮湿空气中剧烈水解，产生白雾，军事工业中用于制造烟雾剂。中用于制造烟雾剂。SiCl4水解的化学反应方程式为水解的化学反应方程式为_。(2019江苏卷江苏卷19)高氯酸铵（高氯酸铵（N

20、H4ClO4）是复合火箭推进剂）是复合火箭推进剂的重要成分，实验室可通过下列反应制取的重要成分，实验室可通过下列反应制取 NaClO4(aq)+NHCl(aq)NH4ClO(aq)+NaCl(aq)(1)若若NH4Cl用氨气和浓盐酸代替，上述反应不需要外界供热用氨气和浓盐酸代替，上述反应不需要外界供热就能进行，其原因是就能进行，其原因是 _ 。(2）反应得到的混合溶液中）反应得到的混合溶液中NH4ClO4和和NaCl的质量分数分别的质量分数分别为为0.30和和0.l5（相关物质的溶解度曲线见图（相关物质的溶解度曲线见图9）。从混合溶）。从混合溶液中获得较多液中获得较多NH4ClO4晶体的实验操作依次为晶体的实验操作依次为（填操作（填操作名称）名称）_ 干燥。干燥。90直通高考直通高考光能水分解系统氢氧储罐燃料电池储水罐空间站电能电能