化學(xué)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用(課堂PPT)

1、1,2013年6月11日17時(shí)38分，神舟十號在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，,再次與天宮一號成功對接,并首次開展航天員太空授課活動。,2,神舟四號發(fā)射升空,神舟八號發(fā)射升空,神舟九號發(fā)射升空,3,化學(xué)在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用,授課教師：李妍,4,航天器的制造常用到合金材料，具有什么性質(zhì)的合金材料適用呢？,一、航天器材料問題,常用的有：鋁合金、鎂合金、鈦合金等。,密度較小（質(zhì)輕）、熔點(diǎn)高（耐高溫）,5,鋁合金在航空航天領(lǐng)域有很重要的應(yīng)用，下 列有關(guān)鋁合金說法錯(cuò)誤的是 （ ） A.鋁合金具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性 B.鋁是不活潑金屬，所以其合金具有很好的抗腐蝕能力 C.鋁合金密度小，有較好的可塑性，易于成型

2、 D.鋁合金廣泛用于制造飛機(jī)、火箭、人造衛(wèi)星等,B,表面形成致密 的氧化膜,6,回歸教材,國防金屬 鎂,7,工業(yè)上從哪里提取金屬鎂？ 如何提??？,Mg2+,8,為了克服這一問題，下列做法不可取的是（ ）,2013年6月26日 “神舟”十號載人飛船在內(nèi)蒙古成功著陸，返回艙內(nèi)完好無損。 飛船在重返大氣層時(shí)，由于與空氣劇烈摩擦，船體表面溫度將急劇上升，會對飛船造成損害。,B,A.使用耐高溫的陶瓷材料覆蓋船體，防止高溫入侵艙內(nèi) B.使用在一定條件下能與大氣層中的氧氣發(fā)生劇烈燃 燒的表面覆蓋材料 C.使用在一定條件下能熔化或氣化的表面覆蓋材料,9,回歸教材,人教版必修一 P79,10,(北京海淀)氮化硅

3、陶瓷是一種新型陶瓷材料，能承受高溫，可用于制造業(yè)、航天工業(yè)等領(lǐng)域。它可用石英與焦炭在高溫的氮?dú)饬髦蟹磻?yīng)制得， SiO2+ C+ N2 Si3N4+ CO (1)配平上述化學(xué)反應(yīng)方程式。 (2)氮化硅陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度高，具有耐高溫、耐腐蝕的優(yōu)良性能。以下關(guān)于其用途說法不正確的是 ( ) A可用于火箭發(fā)動機(jī)的尾管及燃燒室等 B可用來制造神舟飛船船體表面的耐高溫材料 C在電子工業(yè)上制成耐高溫的電的良導(dǎo)體,3 6 2 6,C,高溫,11,（2007寧夏27）氮化硅（Si3N4）是一種新型陶瓷材料，它可由石英與焦炭在高溫的氮?dú)饬髦?，通過以下反應(yīng)制得： SiO2 (s) C(s) N2(g) Si3N4(s

4、) CO(g) （2）該反應(yīng)的氧化劑是 ，還原產(chǎn)物是 ； （3）已知上述反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度，其平衡常數(shù) ；（填“增大”、“減小”或“不變”） （4）若使壓強(qiáng)增大，則上述平衡向 移動； （5）若已知CO生成速率為v(CO)18mol/(Lmin)， 則N2消耗速率為v(N2)= mol/(Lmin)。,高溫,直通高考,3 6 2 6,N2,Si3N4,減小,逆向,6,12,二、航天能源供應(yīng)問題,火箭如何飛上天？,13,回歸教材,人教版 必修一 P92,燃料：偏二甲肼 C2H8N2 (H +1價(jià)，N -3價(jià)）,氧化劑：N2O4,C2H8N2 +2N2O4=2CO2（g）+3N2（g）+4H2

5、O（g）,完全燃燒生成無污染的氣體,點(diǎn)燃,14,知識鏈接,火箭的燃料,15,神舟十號飛船由長征二號F火箭運(yùn)載，關(guān)于 火箭的推進(jìn)劑，下列說法不正確的是（ ） A.煤油是從石油中提取而來的 B.采用液氫液氧作為火箭的燃料，符合綠色化學(xué)的思想 C.火箭常用偏二甲肼、四氧化二氮作燃料，其燃燒過程對環(huán)境完全無污染 D.偏二甲肼、四氧化二氮有毒，因此開發(fā)“綠色化”，效率更高的燃料尤為重要,C,火箭尾部常有大 量紅棕色氣體,NO2,16,(2012山東卷29)偏二甲肼與N2O4是常用的火箭推進(jìn)劑， 二者發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)： (CH3)2NNH2 (l)+2N2O4（l）= 2CO2（g）+3N2（g）+4H2

6、O（g） （I） （1）反應(yīng)（I）中氧化劑是 。 （2）火箭殘骸中?，F(xiàn)紅棕色氣體，原因?yàn)椋?N2O4(g) 2NO2(g) （II） 當(dāng)溫度升高時(shí)，氣體顏色變深，則反應(yīng)（II）為 _(填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)。,直通高考,N2O4,吸熱,17,（2012海南卷13）氮元素的氫化物和氧化物在工業(yè)生 產(chǎn)和國防建設(shè)中都有廣泛應(yīng)用，回答下列問題： (3)肼N2H4 可作為火箭發(fā)動機(jī)的燃料，與氧化劑N2O4反應(yīng)生成N2和水蒸氣。已知： N2(g)+2O2(g)= N2O4 (1) H1= -195kJmol-1 N2H4(1) + O2(g)= N2(g) + 2H2O(g) H2= -534.2kJ

7、mol-1 寫出肼和N2O4 反應(yīng)的熱化學(xué)方程式 ； (4)肼一空氣燃料電池是一種堿性電池，寫出該電池放 電時(shí)負(fù)極的反應(yīng)式 ；,直通高考,2N2H4（l）+N2O4 (l)=3N2(g)+4H2O(g) H1= -873.4kJmol-1,N2H4 - 4e- +4OH-=N2+4H2O,18,神舟十號在太空中共運(yùn)行15天，期間要完成與天宮一號的對接，并進(jìn)行太空授課，該過程中其工作所需的電能由何而來呢？,太陽能電池翼硅,19,宇宙飛船飛行時(shí)，在光照區(qū)用太陽能電池發(fā)電、供電，那在陰影區(qū)如何解決電能供應(yīng)問題呢？,20,（2010江蘇卷11改編）下圖是一種航天器能量儲存系統(tǒng)原理示意圖。下列說法不正確

8、的是（ ）,直通高考,A.白天太陽能電池輸出的電能可供工作馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn) B.夜間通過裝置Y將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，繼續(xù)支持工作馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn) C.裝置Y中負(fù)極參加反應(yīng)的物質(zhì) 是O2 D.太陽能電池輸出的電能還能通過裝置X電解水生成氫氣和氧氣,C,21,（2013安徽卷10）熱激活電池可用作火箭的工作電源。其中作為電解質(zhì)的無水LiCl-KCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應(yīng)為：PbSO4+2LiCl+Ca=CaCl2+Li2SO4+Pb。,下列有關(guān)說法正確的是（ ） A正極反應(yīng)式：Ca+2Cl- - 2e- = CaCl2 B放電過程中，Li+向負(fù)極移動 C常溫時(shí)，在正負(fù)極間接上電流表，指

9、針不偏轉(zhuǎn) D每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，理論上生成20.7gPb （已知：Pb的相對原子質(zhì)量為207）,直通高考,C,22,在宇宙飛船中非常有必要設(shè)計(jì)一種氣體循環(huán)系統(tǒng)，既能為宇航員提供O2又能吸收宇航員排出的廢氣CO2。,三、航天生存環(huán)境問題,Na2O2,請寫出宇宙飛船中再生氧氣的相關(guān)方程式。,2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2,2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2,23,航天器材料,航天環(huán)境,電能供應(yīng),火箭燃料,氧化還原反應(yīng) 化學(xué)平衡 熱化學(xué)方程式,過氧化鈉 供氧劑,海水提鎂 氮化硅陶瓷 氧化還原 化學(xué)平衡,太陽能電池 化學(xué)電源 （燃料電池）,總結(jié)提升,24,1 9 8,25,課后

10、活動,查閱神舟十號的相關(guān)內(nèi)容，找出其中與化學(xué)知識有關(guān)的內(nèi)容，形成一個(gè)小報(bào)告。,26,敬請大家批評指正！,27,28,29,航天飛機(jī)一般都用高性能合金材料制造機(jī)身，關(guān) 于合金下列敘述正確的是 （） A.合金的硬度一般比其各成分金屬的硬度高 B. 合金的熔點(diǎn)一般比其各成分金屬的熔點(diǎn)低 C. 合金的物理性質(zhì)一般與其各成分金屬的物理性質(zhì)不同 D.合金的化學(xué)性質(zhì)一般與其各成分金屬的化學(xué)性質(zhì)不同,30,(2012重慶卷12)肼(H2NNH2)是一種高能燃料，有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的能量變化如題所示，已知斷裂1mol化學(xué)鍵所需的能量（kJ）：NN為942、O=O為500、N-N為154，則斷裂1molN-H鍵所需的能

11、量（KJ）是（ ） A.194 B.391 C.516 D.658,直通高考,31,火箭可用肼（N2H4）作燃料，試解答下列問題 （1）肼作火箭的推進(jìn)劑，用NO2作氧化劑，兩者反應(yīng)成氮?dú)夂退?，但NO2噴出時(shí)有部分來不及反應(yīng)而被噴出，所以 我們?？吹交鸺膊坑幸黄奂t色的煙霧。 已知：N 2(g)2O2(g)2NO2（g）；H+67.7kJ/mol N2H4(g)O2 (g) N2(g)2H2O(g) ； H 534kJ/mol 據(jù)此寫出N2H4和NO2反應(yīng)的熱化學(xué)方程式： （2）已知：N2H4 (g)2 F2(g) N2 (g) 4HF(g) ； H 1118kJ/mol 有人認(rèn)為可用F2代替

12、NO2作氧化劑，你認(rèn)為好嗎？長期使用F2 、 NO2等氧化劑有什么問題？從長遠(yuǎn)來看航天燃料可選用何種燃料？何種氧化劑？,總結(jié)提升,32,海水 （Mg2+）,Mg(OH)2 沉淀,MgCl2 溶液,MgCl26H2O,無水MgCl2,Mg,貝殼 （CaCO3）,石灰乳 Ca(OH)2,蒸發(fā)濃縮 冷卻結(jié)晶,HCl氣流中 加熱蒸干,電解 熔融,33,(北京海淀)氮化硅陶瓷是一種新型陶瓷材料，能承受高溫，可用于制造業(yè)、航天工業(yè)等領(lǐng)域。由石英合成氮化硅粉末的路線圖如下所示。 (1)石英砂不能與堿性物質(zhì)共同存放，以NaOH為例，用化學(xué)反應(yīng)方程式表示其原因：_ (2)試寫出制取粗硅的化學(xué)方程式_ (3)SiCl4在潮濕空氣中劇烈水解，產(chǎn)生白霧，軍事工業(yè)中用于制造煙霧劑。SiCl4水解的化學(xué)反應(yīng)方程式為_。,34,(2011江蘇卷19)高氯酸銨（NH4ClO4）是復(fù)合火箭推進(jìn)劑的重要成分，實(shí)驗(yàn)室可通過下列反應(yīng)制取 NaClO4(aq)+NHCl(aq) NH4ClO(aq)+NaCl(aq) (1)若NH4Cl用氨氣和濃鹽酸代替，上述反應(yīng)不需要外界供熱就能進(jìn)行，其原因是 _ 。 (2）反應(yīng)得到的混合溶液中NH4ClO4和NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.30和0.l5（相關(guān)物質(zhì)的溶解度曲線見圖