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（课件 学案）高中化学 鲁科版（2019）选择性必修 第一册

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 学习目标 1.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。 2.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。 3.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。 1.载人航天器中的化学电池的特点 安全、可靠，并且需要电池　　　　　输出的电能较高。 2.载人航天器中常用化学电池的种类 　　　　、　　　　、　　　　　　等。 3.氢氧燃料电池的优势 （1）单位质量输出电能较高。 （2）反应生成的水可作为航天员的　　　　。 （3）　　可以作为备用氧源供给航天员呼吸等。 4.尝试设计载人航天器的氧气再生方案 （1）计算萨巴蒂尔反应的焓变 已知： ①H2（g）＋O2（g）H2O（g）　ΔH＝－241.8 kJ·mol－1 ②CH4（g）＋2O2（g）CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－802.3 kJ·mol－1 则萨巴蒂尔反应CO2（g）＋4H2（g）CH4（g）＋2H2O（g）的焓变ΔH＝　　　　。 （2）利用萨巴蒂尔反应再生氧气的大体流程 （3）萨巴蒂尔反应的缺陷是有50％的氢元素存在于　　　　　　　　中而没有得到利用。 【探究活动】　 一、尝试设计载人航天器用化学电池 1.“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。该电池的工作原理如图所示： 交流讨论 （1）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？ （2）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？ 2.培根型碱性氢氧燃料电池和质子交换膜氢氧燃料电池的示意图如下。 交流讨论 　（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。 二、尝试设计载人航天器的氧气再生方案 　航天员每人每天大约需要消耗0.84 kg氧气。因载人航天器携带的物品有限，利用高压存储氧气、电解携带的水制备氧气等常规方法都难以满足长时间飞行时航天员对持续供氧的要求。 交流讨论 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.萨巴蒂尔反应如何控制反应器内的温度？ 【归纳总结】　 1.“阿波罗”飞船燃料电池的工作原理 （1）“阿波罗”飞船燃料电池（离子导体为KOH溶液）的电极反应为 负极：2H2＋4OH－－4e－4H2O； 正极：O2＋2H2O＋4e－4OH－。 （2）“阿波罗”登月飞船一代燃料电池（离子导体为H2SO4溶液）的电极反应为 负极：2H2－4e－4H＋； 正极：O2＋4H＋＋4e－2H2O。 2.“神舟”飞船中镍镉碱性蓄电池反应原理 （1）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，镍镉电池的电极反应为 负极：Cd（OH）2＋2e－Cd＋2OH－； 正极：2Ni（OH）2＋2OH－－2e－2NiOOH＋2H2O。 （2）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－。 3.探究载人航天器电源配置与氧气再生的一般思路 4.载人航天器中能量转化形式 5.根据载人航天器的限定条件，物质转化最理想的方式：符合绿色化学原理，原子利用率达到100％。 　　 1.由某研究所研发的液态太阳燃料（CH3OH为代表的液态燃料）的合成全流程工艺装置、整体技术处于国际领先水平。下列说法错误的是（　　） A.图中能量转化形式超过2种 B.开发液态太阳燃料有利于环境保护 C.由天然气直接催化制取的甲 ... ...