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-2021-2022学年新教材高中化学选择性必修1 化学反应原理【导与练】高中同步全程学习word（鲁科版）山东专用
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
课程目标展示 | 素养目标达成 |
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.变化观念与平衡思想:通过化学变化伴随物质、能量两方面变化学习动态多角度理解化学反应。 2.科学探究与创新意识:通过对航天器用化学电池的认识与理解,培养科学探究与创新意识素养。 3.科学态度与社会责任:通过我国航天科技成就激发学生爱国热情,培养热爱科学的态度。 |
航天电源系统是所有仪器工作的电源,是极其重要的航天子系统。其基本功能是通过物理、化学过程将太阳能、核能、化学能转化为电能,并通过电解过程把电能加以存储或制备新物质。其中常见的电源有五种:①一次性电源:常见有锌银电池、锂/亚硫酰氯电池,主要用于短期供电(6～12个月以内);②核电源:利用放射性同位素温差或核反应堆离子发电器发电,适用于一些特殊航天器;③燃料电池:常见氢氧燃料电池,由于液氢、液氧携带数量有限,一般适用于半年以内供电工作;④太阳能电池:可以做长期供电;⑤太阳能+蓄电池供电系统:把利用太阳能发的电量通过蓄电池系统储存起来,在背光处释放电能供电,常见蓄电池有镉镍电池、高压氢镍电池、金属氢化物镍电池等,适合10～15年长期供电。
项目活动1 尝试设计载人航天器用化学电池
探究1 “阿波罗”飞船采用KOH电解液的氢氧燃料电池做电源的
反应
问题1:已知1 mol H2完全燃烧生成液态水放出285.8 kJ热量,写出H2与O2反应的热化学方程式。
提示:2H2(g)+O2(g)
2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1。
问题2:写出以KOH做电解质溶液的氢氧燃料电池的正负极电极反
应式。
提示:正极:O2+2H2O+4e-4OH-;负极:2H2-4e-4H+。
问题3:请从提高反应速率角度考虑,燃料电池电极采用什么样的材料比较好?
提示:采用多孔电极,大面积薄膜结构,这样可以增大气体接触面积,利于放电。
问题4:如果燃料电池中通入的氧气含有CO2,会发生什么反应?会对燃料电池产生什么影响?
提示:CO2+2KOHK2CO3+H2O,会消耗电解质造成电池寿命缩短,所以要用高纯氧气。
探究2 培根型碱性氢氧燃料电池和质子交换膜
氢氧燃料电池
问题5:根据质子交换膜氢氧燃料电池结构图,判断哪种结构相当于普通原电池的电解质溶液?