跨学科实践活动10 调查我国航天科技领域中新材料、新能源的应用-2024-2025学年九年级化学下册同步资源包（人教版2024）

跨学科实践活动10 调查我国航天领域中新材料、新能源的应用 【活动目标】 1.了解新型材料和新型能源在我国航天科技领域中的应用，加深对物质的性质与应用、能量的转化和转移等的认识。 2.通过新材料和新能源在航大科技领域中的应用，进一步构建“可持续发展”“人与自然和谐共生”等跨学科大概念，强化社会责任。 3.形成创新意识，进一步树立民族自豪感。 【任务导引】 近年来，我国航天重大工程取得了一系列辉煌成就。“神舟”问天、“嫦娥”揽月、“北斗”指路、“祝融”探火、“羲和”逐日、“天和”遨游星辰、“悟空”“慧眼”探素宇宙奥秘…飞天逐梦变为现实，离不开对新型材料和新型能源的不断探索。 【活动设计与实施】 ▶任务一：了解我国宇航产品的基本清况 查阅资料，了解我国宇航产品的发展、种类和主要用途，尝试绘制包含这些信息的示意图。 ●中国宇航产品的发展史： •起步阶段：1970年4月24日，中国成功发射第一颗人造卫星“东方红一号”，标志着中国航天事业的起步。 •载人航天工程阶段：1999年11月20日，中国第一艘无人试验飞船“神舟一号”发射成功；2003年10月15日，“神舟五号”成功实现载人航天。 •深空探测阶段：2007年10月24日，“嫦娥一号”发射成功，开启了中国探月工程；2021年5月15日，“天问一号”成功着陆火星。 •空间站建设阶段：2011年9月29日，“天宫一号”空间实验室发射成功；2024年，中国空间站建设不断推进。 •新技术与新产品研发阶段：近年来中国在低轨卫星互联网、可回收火箭等领域不断取得突破。 ●中国宇航产品的种类及主要用途 种类 主要用途 卫星 通信卫星 （如“天通一号”系列）用于全球通信服务； 气象卫星 （如“风云”系列）用于气象预报和环境监测； 遥感卫星 （如“高分”系列）用于对地观测和资源调查； 导航卫星 （如北斗导航系统）用于定位和导航服务。 运载火箭 “长征”系列运载火箭 用于将卫星、飞船、探测器等送入太空预定轨道 长征二号F 主要用于发射神舟系列载人飞船， 长征五号 主要用于深空探测和空间站建设。 载人航天器 载人飞船 （如“神舟”系列）用于航天员的天地往返运输； 货运飞船 （如“天舟”系列）为空间站提供物资补给； 空间实验室 （如“天宫”系列）和空间站用于开展太空实验和长期驻留任务。 航天探测器 “嫦娥”系列探测器 用于月球探测和科学研究； “天问一号” 用于火星探测，研究火星的环境和地质结构。 ●中国宇航产品的未来发展方向 • 低轨卫星互联网：构建全球覆盖的卫星通信网络，满足全球通信需求。 • 可回收火箭技术：降低航天发射成本，提高发射效率。 • 深空探测拓展：继续开展月球、火星等深空探测任务，探索太阳系的奥秘。 • 航天技术民用化：推动航天技术在民用领域的应用，如智能交通、精准农业、灾害监测等。 中国宇航产品的发展不仅推动了航天技术的进步，还在通信、导航、气象、国防等多个领域发挥了重要作用，为国家的科技进步和经济发展做出了重要贡献。 ▶任务二：了解宇航产品的材料选择 查阅资料，结合金属材料、高分子材料等知识，了解并分析宇航产品的主体吉构、外部涂层、功能部件等所使用的材料及其特点。 1.航天器结构部件 (1)钛合金是广泛应用于航空航天器结构部件的关键材料。钛合金的熔点比纯钛的熔点 。工业上制取金属钛（化学式为T,在高温下极易被氧化）的一种方法的化学方程式 为TiCl4+2Mg Ti+2X,其中X的化学式为 氩气的作用是 。 (2)金属铼是制造火箭喷管的最佳材料之一，其应具有的性能为 (写一条)。 3.舱外航天服 【交流探讨】 （1）舱外航天服的隔热层使用的是聚氨酯梭胶。舒适层是由经过特殊防静电处理的棉布制成的，舱外航天服内要防止静电的原因是 。　 （2）隔热层采用喷涂铝膜的聚酯薄膜制成，铝膜属于 材料，聚酯薄膜属于 材料，棉布属于 材料。 （3）外防护层是由特殊纺织面料制成的，可以防止微陨石的撞击，这层特殊的纺织面料具有哪些特性？ 。 2.航天器中的电气设备 为满足航天器在轨运行时的设备温度控制要求，使用了许多新科技，如：石墨烯导热索技术。该技术利用石墨烯的超强导热性来控制部分特殊设备的温度，该性质属于石墨烯的 (填“物理”或“化学”)性质。 4.中国空间站 (1)空间站的能量主要来自于柔性太阳电池翼，电池翼材料的生产过程中涉及化学反应： As2O3+3C高温2As+3X↑，其中X的化学式为 。 (2) 太空的强辐射严重威胁电池翼的使用寿命，为保护电池翼，延长其使用寿命，你的建议是 ▶任务三：了解宇航产品的能源选择 1.火箭的能源。查阅资料，结合燃烧、能量等知识，了解并分析火箭的推进剂，说明不同推进剂的特点。 2.航天器开展工作的能源。 查阅资料，了解并分析人造卫星、宇宙飞船、空间探测器、空间站等航天器在开展工作时所使 用的能源种类及其特点。 3.了解目前正处于试验阶段的新型材料和新型能源。设想一款未来的宇航产品，绘制出它的外观，并将其用途、所使用的材料、能源等。 【查阅资料】“神舟十六号”飞船发射选用偏二甲肼（C2H8N2）和四氧化二氮（N2O4）组成双元动力推进剂，返回舱返回时的动力来自液氢和液氧。 【小组交流】 （1）偏二甲肼和四氧化二氮反应后除生成氮气外，还有另外两种没有污染的氧化物，请推测另外两种生成物可能是什么。 （2） 返回舱中的氢氧发动机具有二次启动的能力，写出液氢和液氧发生反应的化学方程式。氢气被认为是最理想的清洁燃料，理由是什么？ （3） 燃烧的能量转化是 。 【展示与交流】 1.展示最终形成的示意图，交流并尝试总结宇航产品在材料和能源选择时的一般思路。 2.介绍你设想的未来的宇航产品，说明设计思路，并讨论未来航天科技领域新型材料和能源可能的发展方向。 【练习】（选择题和方程式每个2分，填空每空1分，共19分）得分 1. 2022年11月3日，梦天实验舱顺利完成转位，标志着中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成，向着建成空间站的目标迈出了关键一步。请分析图文信息，解答相关问题。 火箭燃料　　　 太空空调　 　 太空能源　 太空清洁 （1） 火箭燃料。发射梦天实验舱的“长征五号B遥四”运载火箭采用低温液氢液氧环保型推进剂作为动力来源。液氢由 　 　构成，氢气与氧气反应的化学方程式为 ，液氢液氧推进剂被称为“环保型推进剂”的原因是 。 （2）太空空调。为满足航天器在轨运行时的设备温度控制要求，使用了许多新科技，如：石墨烯导热索技术。石墨烯是一种由碳原子堆积成单层结构的新材料，其化学式为 　 　，将石墨烯应用于设备的温度控制，是利用其具有  性。石墨烯与石墨的化学性质相同，其微观原因是  。 （3）太空能源。中国空间站的能量主要来自柔性太阳电池翼，其能量转化是 。 （4）太空清洁。太空垃圾包括航天器碎片、被遗弃的火箭等，对其他在轨运行的航天器构成威胁。太空垃圾无法燃烧的原因是 。科学家们正在研究向太空发射航天器，用大网捕捉垃圾，这一操作相当于化学实验操作中的 ；然后将其推入大气层，使其与大气层摩擦产生热量，进而焚毁，“摩擦”为垃圾燃烧提供的条件是  ，。未完全燃烧的残骸可以设法使其降落到 。 2. 2023年5月10日21时22分，搭载“天舟六号”货运飞船的“长征七号遥七”运载火箭，在我国文昌航天发射场点火发射。约10分钟后，“天舟六号”货运飞船与火箭成功分离并进入预定轨道，之后飞船太阳能帆板顺利展开工作，发射取得圆满成功。 “天舟六号”携带了“神舟十六号” 和“神舟十七号”6名航天员在轨驻留所需的消耗品、推进剂、应用实（试）验装置等物资，消耗品主要包括服装、食品、饮用水等，其中新鲜蔬菜水果的重量约70公斤。 天宫空间站采用了众多先进科技，如以环氧树脂和碳纤维为基体材料与增强材料的防热夹层……在中国天宫空间站的建设与运营中，化学发挥了不可或缺的作用。 阅读材料，回答问题。 （1）“长征七号遥七”运载火箭采用液氧加煤油作为推进剂。保持液氧化学性质的微粒是 ；发动机点火后煤油燃烧，从燃烧条件的角度分析，点火的作用是 　 　；航天煤油是从石油中分离出来的，石油属于 （填“可再生”或“不可再生”）能源。 （2）飞船太阳能帆板工作过程中，将 能转化为  能。 （3）蔬菜、水果为航天员提供的主要营养素是  。 （4）防热夹层材料属于 （填“复合材料”或“无机非金属材料”）。 — 1 — 学科网（北京）股份有限公司 $$ 跨学科实践活动10 调查我国航天领域中新材料、新能源的应用 【活动目标】 1.了解新型材料和新型能源在我国航天科技领域中的应用，加深对物质的性质与应用、能量的转化和转移等的认识。 2.通过新材料和新能源在航大科技领域中的应用，进一步构建“可持续发展”“人与自然和谐共生”等跨学科大概念，强化社会责任。 3.形成创新意识，进一步树立民族自豪感。 【任务导引】 近年来，我国航天重大工程取得了一系列辉煌成就。“神舟”问天、“嫦娥”揽月、“北斗”指路、“祝融”探火、“羲和”逐日、“天和”遨游星辰、“悟空”“慧眼”探素宇宙奥秘…飞天逐梦变为现实，离不开对新型材料和新型能源的不断探索。 【活动设计与实施】 ▶任务一：了解我国宇航产品的基本清况 查阅资料，了解我国宇航产品的发展、种类和主要用途，尝试绘制包含这些信息的示意图。 ●中国宇航产品的发展史： •起步阶段：1970年4月24日，中国成功发射第一颗人造卫星“东方红一号”，标志着中国航天事业的起步。 •载人航天工程阶段：1999年11月20日，中国第一艘无人试验飞船“神舟一号”发射成功；2003年10月15日，“神舟五号”成功实现载人航天。 •深空探测阶段：2007年10月24日，“嫦娥一号”发射成功，开启了中国探月工程；2021年5月15日，“天问一号”成功着陆火星。 •空间站建设阶段：2011年9月29日，“天宫一号”空间实验室发射成功；2024年，中国空间站建设不断推进。 •新技术与新产品研发阶段：近年来中国在低轨卫星互联网、可回收火箭等领域不断取得突破。 ●中国宇航产品的种类及主要用途 种类 主要用途 卫星 通信卫星 （如“天通一号”系列）用于全球通信服务； 气象卫星 （如“风云”系列）用于气象预报和环境监测； 遥感卫星 （如“高分”系列）用于对地观测和资源调查； 导航卫星 （如北斗导航系统）用于定位和导航服务。 运载火箭 “长征”系列运载火箭 用于将卫星、飞船、探测器等送入太空预定轨道 长征二号F 主要用于发射神舟系列载人飞船， 长征五号 主要用于深空探测和空间站建设。 载人航天器 载人飞船 （如“神舟”系列）用于航天员的天地往返运输； 货运飞船 （如“天舟”系列）为空间站提供物资补给； 空间实验室 （如“天宫”系列）和空间站用于开展太空实验和长期驻留任务。 航天探测器 “嫦娥”系列探测器 用于月球探测和科学研究； “天问一号” 用于火星探测，研究火星的环境和地质结构。 ●中国宇航产品的未来发展方向 • 低轨卫星互联网：构建全球覆盖的卫星通信网络，满足全球通信需求。 • 可回收火箭技术：降低航天发射成本，提高发射效率。 • 深空探测拓展：继续开展月球、火星等深空探测任务，探索太阳系的奥秘。 • 航天技术民用化：推动航天技术在民用领域的应用，如智能交通、精准农业、灾害监测等。 中国宇航产品的发展不仅推动了航天技术的进步，还在通信、导航、气象、国防等多个领域发挥了重要作用，为国家的科技进步和经济发展做出了重要贡献。 ▶任务二：了解宇航产品的材料选择 查阅资料，结合金属材料、高分子材料等知识，了解并分析宇航产品的主体吉构、外部涂层、功能部件等所使用的材料及其特点。 1.航天器结构部件 (1)钛合金是广泛应用于航空航天器结构部件的关键材料。钛合金的熔点比纯钛的熔点 低 。工业上制取金属钛（化学式为T,在高温下极易被氧化）的一种方法的化学方程式 为TiCl4+2Mg Ti+2X,其中X的化学式为 MgCl2 氩气的作用是 隔绝空气，防止钛被氧化 (2)金属铼是制造火箭喷管的最佳材料之一，其应具有的性能为 熔点高 (写一条)。 3.舱外航天服 【交流探讨】 （1）舱外航天服的隔热层使用的是聚氨酯梭胶。舒适层是由经过特殊防静电处理的棉布制成的，舱外航天服内要防止静电的原因是 保证航天服内各种设备仪器正常工作（合理即可）。　 （2）隔热层采用喷涂铝膜的聚酯薄膜制成，铝膜属于 金属 材料，聚酯薄膜属于 合成 材料，棉布属于 天然有机高分子 材料。 （3）外防护层是由特殊纺织面料制成的，可以防止微陨石的撞击，这层特殊的纺织面料具有哪些特性？ 强度大、耐撞击、韧性好（合理即可）。 2.航天器中的电气设备 为满足航天器在轨运行时的设备温度控制要求，使用了许多新科技，如：石墨烯导热索技术。该技术利用石墨烯的超强导热性来控制部分特殊设备的温度，该性质属于石墨烯的 物理 (填“物理”或“化学”)性质。 4.中国空间站 (1)空间站的能量主要来自于柔性太阳电池翼，电池翼材料的生产过程中涉及化学反应： As2O3+3C高温2As+3X↑，其中X的化学式为 CO 。 (2) 太空的强辐射严重威胁电池翼的使用寿命，为保护电池翼，延长其使用寿命，你的建议是 使用耐辐射材料或增加辐射屏蔽层 ▶任务三：了解宇航产品的能源选择 1.火箭的能源。查阅资料，结合燃烧、能量等知识，了解并分析火箭的推进剂，说明不同推进剂的特点。 2.航天器开展工作的能源。 查阅资料，了解并分析人造卫星、宇宙飞船、空间探测器、空间站等航天器在开展工作时所使 用的能源种类及其特点。 3.了解目前正处于试验阶段的新型材料和新型能源。设想一款未来的宇航产品，绘制出它的外观，并将其用途、所使用的材料、能源等。 【查阅资料】“神舟十六号”飞船发射选用偏二甲肼（C2H8N2）和四氧化二氮（N2O4）组成双元动力推进剂，返回舱返回时的动力来自液氢和液氧。 【小组交流】 （1）偏二甲肼和四氧化二氮反应后除生成氮气外，还有另外两种没有污染的氧化物，请推测另外两种生成物可能是什么。 CO2、H2O　 （2） 返回舱中的氢氧发动机具有二次启动的能力，写出液氢和液氧发生反应的化学方程式。氢气被认为是最理想的清洁燃料，理由是什么？ 2H2＋O2 = (点燃) 2H2O。氢气燃烧的产物是水，对环境无污染。 （3） 燃烧的能量转化是 化学能转化为热能 。 【展示与交流】 1.展示最终形成的示意图，交流并尝试总结宇航产品在材料和能源选择时的一般思路。 2.介绍你设想的未来的宇航产品，说明设计思路，并讨论未来航天科技领域新型材料和能源可能的发展方向。 【练习】（选择题和方程式每个2分，填空每空1分，共19分）得分 1. 2022年11月3日，梦天实验舱顺利完成转位，标志着中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成，向着建成空间站的目标迈出了关键一步。请分析图文信息，解答相关问题。 火箭燃料　　　 太空空调　 　 太空能源　 太空清洁 （1）火箭燃料。发射梦天实验舱的“长征五号B遥四”运载火箭采用低温液氢液氧环保型推进剂作为动力来源。液氢由 　氢分子　构成，氢气与氧气反应的化学方程式为 　2H2＋O2 = (点燃) 2H2O，液氢液氧推进剂被称为“环保型推进剂”的原因是 　氢气与氧气反应的生成物是水，无污染　⁠。 （2）太空空调。为满足航天器在轨运行时的设备温度控制要求，使用了许多新科技，如：石墨烯导热索技术。石墨烯是一种由碳原子堆积成单层结构的新材料，其化学式为 　C　，将石墨烯应用于设备的温度控制，是利用其具有 　导热　性。石墨烯与石墨的化学性质相同，其微观原因是 　都由碳原子构成　。 （3）太空能源。中国空间站的能量主要来自柔性太阳电池翼，其能量转化是 太阳能转化成电能 。 （4）太空清洁。太空垃圾包括航天器碎片、被遗弃的火箭等，对其他在轨运行的航天器构成威胁。太空垃圾无法燃烧的原因是 　太空中没有氧气　。科学家们正在研究向太空发射航天器，用大网捕捉垃圾，这一操作相当于化学实验操作中的 　过滤　；然后将其推入大气层，使其与大气层摩擦产生热量，进而焚毁，“摩擦”为垃圾燃烧提供的条件是 使 温度达到垃圾的着火点　⁠。未完全燃烧的残骸可以设法使其降落到 　海洋⁠。 2. 2023年5月10日21时22分，搭载“天舟六号”货运飞船的“长征七号遥七”运载火箭，在我国文昌航天发射场点火发射。约10分钟后，“天舟六号”货运飞船与火箭成功分离并进入预定轨道，之后飞船太阳能帆板顺利展开工作，发射取得圆满成功。 “天舟六号”携带了“神舟十六号” 和“神舟十七号”6名航天员在轨驻留所需的消耗品、推进剂、应用实（试）验装置等物资，消耗品主要包括服装、食品、饮用水等，其中新鲜蔬菜水果的重量约70公斤。 天宫空间站采用了众多先进科技，如以环氧树脂和碳纤维为基体材料与增强材料的防热夹层……在中国天宫空间站的建设与运营中，化学发挥了不可或缺的作用。 阅读材料，回答问题。 （1）“长征七号遥七”运载火箭采用液氧加煤油作为推进剂。保持液氧化学性质的微粒是 　氧分子　⁠；发动机点火后煤油燃烧，从燃烧条件的角度分析，点火的作用是 　提供热量使温度达到着火点　；航天煤油是从石油中分离出来的，石油属于 　不可再生　（填“可再生”或“不可再生”）能源。 （2）飞船太阳能帆板工作过程中，将太阳能转化为 电能。 （3）蔬菜、水果为航天员提供的主要营养素是 　维生素　⁠。 （4）防热夹层材料属于 　复合材料　（填“复合材料”或“无机非金属材料”）。 — 1 — 学科网（北京）股份有限公司 $$