化学在航天领域的应用

1、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

2、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。,B,A.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

3、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+ N2 Si3N4+ 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,3 6 2 6,C,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

4、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/(Lmin)， 则N2消耗速率为v(N2)= mol/(Lmin)。,高温,直通高考,3 6 2 6,N2,Si3N4,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：N2O4,C2H8N2 +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,火箭的燃

5、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

6、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： 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N2O4 反应的热化学方程式 ； (4)肼一空气燃料电池是一种碱

7、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= -873.4kJmol-1,N2H4 - 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

8、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O2 D.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- = CaCl2 B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

9、,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+O2,2Na2O2+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,1 9 8,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。,敬请大家批评指正！,航天飞机一般都用高性能合金材料制造

10、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）：NN为942、O=O为500、N-N为154，则断裂1molN-H键所需的能量（KJ）是（ ） A.194 B.391 C.516 D.658,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

11、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？,总结提升,海水 （Mg2+）,Mg(OH)2 沉

12、淀,MgCl2 溶液,MgCl26H2O,无水MgCl2,Mg,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