高中化学鲁科版（2019）选择性必修一第一章设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案课件（17张ppt）+教案+习题评测

(课件网) 在携带资源有限的载人航天器中，如何充分利用能量和物质？ 设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案 鲁科版选择性必修1 化学反应原理 第1章微项目 学习 目标 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，并形成电池设计和氧气再生的基本思路。 通过本项目的学习，提升模型认知和变化观念素养，感受化学知识在解决实际问题中的应用价值。 电池反应 项目活动一 阿波罗登月飞船上使用的1.5kW电源由3个独立的氢氧燃料电池模块并联构成，通过氢气循环进行排热、排水，每个模块包含31个串联的独立电池单元。 1 2 3 4 单位质量输出电能较高 运输成本低 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 优势 项目活动一 电池装置结构 A氢氧燃料电池 B氢氧燃料电池 项目活动一 电池装置结构 电池结构 离子导体 电极材料 A氢氧燃料电池 KOH溶液 多孔碳载铂 B氢氧燃料电池 KOH溶液 多孔石墨 阿波罗飞船氢氧燃料电池 KOH溶液 多孔碳载镍 项目活动一 离子导体 阅读资料1思考：为什么采用KOH溶液做电解质溶液？ 项目活动一 电极材料 思考角度 铂 镍 催化活性 有催化作用 有催化作用 稳定性 耐强酸强碱 耐强碱 成本 较高 较低 铂、镍对燃料电池反应具有催化作用，对于碱性环境 一般采用碳载镍作为电极材料，酸性环境一般采用碳 载铂作为电极材料，电极材料上留有孔洞，以使氢气、 氧气和溶液接触进行反应。 阅读表格思考：哪种电极材料更合适？ 项目活动一 优化装置结构 小组交流讨论： 1. 为了保持电池工作效率，有效利用电极反应产物，还需要解决哪些问题？ 2. 如何解决上述问题？ 负极反应为: 2H2+4OH--4e- === 4H2O 正极反应为: O2+2H2O+4e- === 4OH- 电池反应为: 2H2+O2 === 2H2O 质子交换膜是一种固体高分子材料，厚度仅有几十至几百微米，内部含有酸性基团，在水等极性溶剂存在时能电离出H+。该膜允许通过H+而不允许OH-通过。 产生问题 解决方法 电极产物水稀释电解质溶液 浓缩、排水 二氧化碳使电解质变质 更换电解质或离子导体材料 项目活动一 分析评价电池设计方案 01 变质的解决思路区别？ 02 排水方案与位置区别？ 03 电极材料的选择区别？ 项目活动一 分析评价电池设计方案 01 变质的解决思路区别？ 02 排水方案与位置区别？ 03 电极材料的选择区别？ 项目活动一 分析评价电池设计方案 01 变质的解决思路区别？ 02 排水方案与位置区别？ 03 电极材料的选择区别？ 项目活动二 设计氧元素转化方案 人体代谢废物 CO2 H2O O2 O2 电解 与Na2O2反应 直接电解 间接转化为水电解 无法长时间使用 技术不成熟 研究热点 废水回收处理 富集 设计CO2转化为H2O方案 项目活动二 根据盖斯定律，设计CO2转化为H2O的热化学方程式。 Bosch反应： Sabatier反应： Bosch反应： Sabatier反应： 分析评价设计方案 项目活动二 氢元素被完全利用 放热多 小组交流讨论：两种方案的优缺点各是什么？ 积碳影响 可联合甲烷裂解等技术使用 分析评价氧气再生方案 项目活动二 课后交流讨论：温度对萨巴蒂尔反应有何影响？ 归纳总结 能量利用 携带资源有限 化学电池原理 化学反应 焓变原理 物质利用 电池优化 氧气再生 谢谢 素娥相望如招手，欲驾神车上月宫。 ———郭印“设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案”教学设计 “设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案”是高中化学选择性必修中模块1“化学反应原理”的内容，是高中二年级选择化学作为高考科目的学生需要学习的微项目，该内容教学可安排一课时。通过本项目的学习，可以感受化学知识在解决实际问 ... ...