【学霸笔记：同步精讲】第1章 微项目 设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案——化学反应中能量及物质的转化利用 讲义--2026版高中化学鲁科版选必修1

微项目　设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案 ———化学反应中能量及物质的转化利用 通过探究载人航天器用化学电池与氧气再生方案，尝试利用原电池原理及焓变、盖斯定律等知识，分析、评价真实环境下化学反应中的能量转化与物质转化问题，并形成电源选择和氧气再生的基本思路。 通过分析载人航天器上的电源，了解真实化学电池的工作原理与装置结构，并形成分析化学电池的一般思路。 通过本项目的学习，感受化学知识在解决实际问题中的应用价值。 【必备知识】 1．载人航天器中的化学电池的特点：安全、可靠，并且需要单位质量输出的电能较高。 2．载人航天器中常用化学电池的种类：镍镉电池、镍氢电池、氢氧燃料电池等。 3．氢氧燃料电池的优势 (1)具有单位质量输出的电能较高。 (2)反应生成的水可作饮用水。 (3)氧气可作备用氧源供给呼吸等。 尝试设计载人航天器用化学电池 [探究任务1]　载人飞船氢氧燃料电池使用存在的问题及解决思路。 “阿波罗”飞船的主电源是以KOH溶液为离子导体的碱性氢氧燃料电池。 【思考】 1．根据所学电化学知识画出该电池的工作原理示意图。 2．氢氧燃料电池的反应产物对该电池的工作效率有什么影响？ 3．该电池使用的氧气常用空气制备，由于制备工艺问题会使氧气中混有微量CO2，CO2的存在对电池有什么影响？ 4．如果你是电池设计员，针对2、3问出现的问题，你会提出哪些思路或方案来解决？ [探究任务2]　对培根型碱性氢氧燃料电池和质子交换膜氢氧燃料电池解决电池使用中存在的问题的认知。 【思考】 1．培根型碱性燃料电池中“循环泵”的作用是什么？ 2．若在上述两电池中加冷凝水接收装置，应该加在什么位置？ 3．试分析评价两种电池解决电解质溶液稀释和变质问题的方案。 [探究任务3]　有的神舟飞船中的太阳能电池阵－镍镉蓄电池组系统的工作原理。 当飞船进入光照区时，太阳能电池为用电设备供电，同时为镍镉电池充电，电极反应为 负极　Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－ 正极　2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O NiOOH常称氢氧化氧镍或碱式氧化镍，其中Ni为＋3价。 当飞船进入阴影区时，由镍镉电池提供电能，电极反应为 负极　Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2 正极　2NiOOH＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－ 尝试设计载人航天器的氧气再生方案 【思考】 1．研究载人航天器氧气再生方法的原因是什么？ 2．如何从人体代谢的废物(如CO2、H2O)中获取O2 3．萨巴蒂尔反应是放热反应还是吸热反应？应如何控制反应器内的温度？ 已知：①H2(g)＋ O2(g)===H2O(g)　ΔH1＝－241.8 kJ·mol-1；②CH4(g)＋2O2(g)===2H2O(g)＋CO2(g)　ΔH2＝－802.3 kJ·mol-1；③萨巴蒂尔反应为 1．探究载人航天器电源配置与氧气再生的一般思路 2．载人航天器中能量转化形式 3．根据载人航天器的限定条件，物质转化最理想的方式应符合的条件：应符合绿色化学原理，原子利用率达到100%。 1．为了实现空间站的零排放，循环利用人体呼出的CO2来提供O2，我国科学家设计了如图装置。反应后，电解质溶液的pH保持不变。下列说法正确的是(　　) A．图中N型半导体为正极，P型半导体为负极 B．Y电极的反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．图中离子交换膜为阳离子交换膜 D．该装置实现了“太阳能→化学能→电能”的转化 2．载人航天工程对科学研究及太空资源开发具有重要意义，其发展水平是衡量一个国家综合国力的重要指标。 (1)氢氧燃料电池(构造示意图如图)单位质量输出电能较高，反应生成的水可作为航天员的饮用水，氧气可以作为备用氧源供给航天员呼吸。由此判断X极为电池的_____极，OH－向_____(填“正”或“负”)极做定向移动，Y极的电极反应为_____。 (2)神舟飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。 ... ...