微项目设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案-2021-2022学年新教材高中化学选择性必修第一册【衡中课堂】课时周测月考（鲁科版

第一章 ! 化学反应与能量转化 #' !!! 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 一!核心知识 载人航天器中的化学电源 !! 载人航天器中的化学电池的特点' !!!! * !!! # 并且需要 !!!! 输出的电能较高$ "! 载人航天器中常用化学电池的种类' !!!!! 电池* !!!! 电池* !!!! 电池等$ #! 氢氧燃料电池的优势 ! " "具有单位质量输出电能较高% ! # "运输成本低% ! % "反应生成的水可作饮用水% ! ; "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 !! 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0飞船的主电源是以 ,12 溶液为离子导体 的碱性氢氧燃料电池$ 根据所学电化学知识画出该电池的工作原理示意图$ ! # "氢氧燃料电池的反应产物对该电池的工作效率的 影响根据电池反应' #2 # 31 &&& # #2 # 1 #可知电解质 溶液浓度 !!!! #会使该电池的工作效率也降低$ ! % "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 61 # # 61 # 的存在对电池的影 响是 61 # 能与 ,12 溶液反应#使电解质 !!!! #从 而影响电池的工作效率$ ! ; "电池设计员针对上述问题#解决的思路或方案是' 在设计电池时#可以附设电解质溶液 !!!! 系统#既 为浓缩电解质溶液或补充电解质#也为方便更换被污 染的电解质溶液%也可以更换 !!!! 导体#如使用酸 性电解质溶液作为离子导体#避免电解质与二氧化碳 反应%或采用 !!!!!!!! 导体#避免电解质被生 成的水稀释#同时将生成的水冷凝回收再利用%等等$ "! 对如图所示的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$ ! " "培根型碱性燃料电池中/循环泵0的作用' " 分离反 应产生的 !!!! #浓缩 !!!! 溶液$ # 电解质溶 液变质时更换 !!!! $ ! # "若在上述两电池中加冷凝水接收装置#培根型电池 应加在 !!! 极一侧的气体出口处%质子交换膜电池 应加在 !!! 极一侧的流场板气体出口处$ ! % "通过分析可知#培根型碱性氢氧燃料电池主要通过 外加 !!!! 解决电解质溶液稀释和变质问题#质子 交换膜氢氧燃料电池则通过改变 !!!! 使问题从根 本上得以解决$ #! /神舟0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#电极反应式为 负极' 6F ! 12 " # 3#G &&& * 6F3#12 * 正极' #/T ! 12 " # 3#12 * *#G &&& * #/T1123#2 # 1 ! # "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' 6F3#12 * *#G &&& * 6F ! 12 " # 正极' #/T1123#2 # 13#G &&& * #/T ! 12 " # 3#12 * 尝试设计载人航天器的氧气再生方案 !! 研究载人航天器氧气再生方法的原因是载人航天器携 带的物品有限#利用高压存储氧气*电解携带的水制备 氧气等常规方法来获得氧气都难以满足长时间飞行对 持续供氧的要求$ "! 从人体代谢的废物!如 61 # * 2 # 1 "中获取 1 # ' #2 # 13#/0 # 1 &&& # ;/01231 # / #61 # 3#/0 # 1 &&& # #/0 # 61 % 31 # #2 # 1 &&& 通电 #2 # / 31 # / #! 撒巴蒂尔反应! ;2 # 361 # 催化剂 &&&& 6 #2 # 1362 ; "可以 将二氧化碳转化为甲烷和水#配合水的电解可以实现 氧气的再生$已知' " 2 # ! = " 3 " # 1 # ! = &&& " 2 # 1 ! = " !! % " +*#;"!<4& ( '() *" % # 62 ; ! = " 3#1 # ! = &&& % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % " #( !!! 课时周测月考 ! 化学 ! 选择性必修 " ! ., #2 # 1 ! = " 361 # ! = " !! % # +*<$#!%4& ( '() *" %则撒 巴蒂尔反应的焓变为 !!!! 4& ( '() *" $ $