化学在航天领域的应用.ppt

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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.铝合金广泛用于制造飞机、火箭

2、、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,可用于制造业、航天工业等领域。它可

3、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

4、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

5、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”

6、)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-

7、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O2D.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

8、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-=CaCl2B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,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=

9、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,(

10、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/molN2H4(g)O2(g)N2(g)2H2O(g);H 534kJ

11、/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。(

12、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取 NaClO4(aq)+NHCl(aq)NH4ClO(aq)+NaCl(aq)(1)若NH4Cl用氨气和浓盐酸代替,上述反应不需要外界供热就能进行,其原因是 _。(2)反应得到的混合溶液中NH4ClO4和NaCl的质量分数分别为0.30和0.l5(相关物质的溶解度曲线见图9)。从混合溶液中获得较多NH4ClO4晶体的实验操作依次为(填操作名称)_ 干燥。,直通高考,谢 谢!,放映结束 感谢各位的批评指导!,让我们共同进步,母 爱母爱是伞,为你遮风挡雨。母爱是衣,为你送去温暖。母爱是灯,为你送去光明。母爱是光,照亮你的心灵。在寒冷的年代里,母爱是温暖。在温暖的年代里,母爱是关怀。在文明的年代里,母爱是道德。在欢乐的年代里,母爱是幸福。,

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