化学在航天领域的应用

2013年6月11日17时38分，神舟十号在酒泉卫星发射中心成功发射，再次与天宫一号成功对接,并首次开展航天员太空授课活动。神舟四号发射升空神舟八号发射升空神舟九号发射升空化学在航天领域中的应用授课教师：李妍航天器的制造常用到合金材料，具有什么性质的合金材料适用呢？一、航天器材料问题常用的有：铝合金、镁合金、钛合金等。密度较小（质轻）、熔点高（耐高温）铝合金在航空航天领域有很重要的应用，下列有关铝合金说法错误的是（）A.铝合金具有优良的导电性和导热性B.铝是不活泼金属，所以其合金具有很好的抗腐蚀能力C.铝合金密度小，有较好的可塑性，易于成型D.铝合金广泛用于制造飞机、火箭、人造卫星等B表面形成致密的氧化膜回归教材国防金属—镁工业上从哪里提取金属镁？如何提取？Mg2+为了克服这一问题，下列做法不可取的是（）2013年6月26日“神舟”十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，由于与空气剧烈摩擦，船体表面温度将急剧上升，会对飞船造成损害。BA.使用耐高温的陶瓷材料覆盖船体，防止高温入侵舱内B.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C.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人教版必修一P79(北京海淀)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。它可用石英与焦炭在高温的氮气流中反应制得，SiO2+C+N2Si3N4+CO(1)配平上述化学反应方程式。(2)氮化硅陶瓷的机械强度高，具有耐高温、耐腐蚀的优良性能。以下关于其用途说法不正确的是()A．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C．在电子工业上制成耐高温的电的良导体3626C高温（2007宁夏27）氮化硅（Si3N4）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，通过以下反应制得：SiO2(s)＋C(s)＋N2(g)Si3N4(s)＋CO(g)（2）该反应的氧化剂是，还原产物是；（3）已知上述反应为放热反应,升高温度，其平衡常数；（填“增大”、“减小”或“不变”）（4）若使压强增大，则上述平衡向移动；（5）若已知CO生成速率为v(CO)＝18mol/(L˙min)，则N2消耗速率为v(N2)=mol/(L˙min)。高温直通高考3626N2Si3N4减小逆向6二、航天能源供应问题火箭如何飞上天？回归教材人教版必修一P92燃料：偏二甲肼C2H8N2(H+1价，N-3价）氧化剂：N2O4C2H8N2+2N2O4==2CO2（g）+3N2（g）+4H2O（g）完全燃烧生成无污染的气体点燃知识链接一级火箭二级火箭三级火箭固体燃料燃料煤油液氢肼铝粉氧化剂液氧液氧四氧化二氮高氯酸铵火箭的燃料神舟十号飞船由长征二号F火箭运载，关于火箭的推进剂，下列说法不正确的是（）A.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，符合绿色化学的思想C.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D.偏二甲肼、四氧化二氮有毒，因此开发“绿色化”，效率更高的燃料尤为重要C火箭尾部常有大量红棕色气体NO2(2012山东卷29)偏二甲肼与N2O4是常用的火箭推进剂，二者发生如下化学反应：(CH3)2NNH2(l)+2N2O4（l）==2CO2（g）+3N2（g）+4H2O（g）（I）（1）反应（I）中氧化剂是。（2）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（II）为_______(填“吸热”或“放热”）反应。直通高考N2O4吸热（2012·海南卷13）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：(3)肼N2H4可作为火箭发动机的燃料，与氧化剂N2O4反应生成N2和水蒸气。已知：①N2(g)+2O2(g)=N2O4(1)△H1=-195kJ·mol-1②N2H4(1)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)△H2=-534.2kJ·mol-1写出肼和N2O4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，写出该电池放电时负极的反应式；直通高考2N2H4（l）+N2O4(l)===3N2(g)+4H2O(g)△H1=-873.4kJ·mol-1N2H4--4e-+4OH-===N2+4H2O神舟十号在太空中共运行15天，期间要完成与天宫一号的对接，并进行太空授课，该过程中其工作所需的电能由何而来呢？太阳能电池翼——硅宇宙飞船飞行时，在光照区用太阳能电池发电、供电，那在阴影区如何解决电能供应问题呢？（2010江苏卷11改编）下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法不正确的是（）直通高考A.白天太阳能电池输出的电能可供工作马达运转B.夜间通过装置Y将化学能转化为电能，继续支持工作马达运转C.装置Y中负极参加反应的物质是O2D.太阳能电池输出的电能还能通过装置X电解水生成氢气和氧气C（2013安徽卷10）热激活电池可用作火箭的工作电源。其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为：PbSO4+2LiCl+Ca====CaCl2+Li2SO4+Pb。下列有关说法正确的是（）A．正极反应式：Ca+2Cl--2e-==CaCl2B．放电过程中，Li+向负极移动C．常温时，在正负极间接上电流表，指针不偏转D．每转移0.1mol电子，理论上生成20.7gPb（已知：Pb的相对原子质量为207）直通高考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O2又能吸收宇航员排出的废气CO2。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。2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O22Na2O2+2H2O===4NaOH+O2航天器材料航天环境电能供应火箭燃料氧化还原反应化学平衡热化学方程式过氧化钠供氧剂海水提镁氮化硅陶瓷氧化还原化学平衡太阳能电池化学电源（燃料电池）总结提升198课后活动查阅神舟十号的相关内容，找出其中与化学知识有关的内容，形成一个小报告。航天飞机一般都用高性能合金材料制造机身，关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•B.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性质不同•D.合金的化学性质一般与其各成分金属的化学性质不同(2012·重庆卷12)肼(H2NNH2)是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如题所示，已知断裂1mol化学键所需的能量（kJ）：N≡N为942、O=O为500、N-N为154，则断裂1molN-H键所需的能量（KJ）是（）A.194B.391C.516D.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)△H3△H1=-534KJmol-1.△H2=-2752KJmol-1.↓↑直通高考火箭可用肼（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：N2(g)＋2O2(g)＝2NO2（g）；△H＝+67.7kJ/molN2H4(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)＋2F2(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？总结提升海水（Mg2+）Mg(OH)2沉淀MgCl2溶液MgCl2˙6H2O无水MgCl2Mg贝壳（CaCO3）石灰乳Ca(OH)2蒸发浓缩冷却结晶HCl气流中加热蒸干电解熔融(北京海淀)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。由石英合成氮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NaOH为例，用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___________________(3)SiCl4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。SiCl4水解的化学反应方程式为_________________。•(2011江苏卷19)高氯酸铵（NH4ClO4）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NaClO4(aq)+NHCl(aq)NH4ClO(aq)+NaCl(aq)(1)若NH4Cl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_______________________。(2）反应得到的混合溶液中NH4ClO4和NaCl的质量分数分别为0.30和0.l5（相关物质的溶解度曲线见图9）。从混合溶液中获得较多NH4ClO4晶体的实验操作依次为（填操作名称）__________________________干燥。℃90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①②电能电能