第11单元跨学科10调查我国航天领域中新型材料、能源的应用同步练教师版--2025-2026学年九年级化学人教版下册

该初中化学学案聚焦航天科技中新型材料的性质与应用、新型能源的能量转化，通过我国航天发展历史导入，以任务驱动构建学习支架，从了解宇航产品到材料选择、能源分析，再到设想未来，帮助学生建立物质性质与用途的联系。 以航天科技为真实情境，融合跨学科实践，通过资料查阅、表格分析等任务培养科学探究与实践能力，强化化学观念中物质性质决定用途的认知，激发民族自豪感，提升科学态度与责任，习题联系实际应用，助力知识迁移与创新意识培养。

跨学科实践活动10调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用 【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）形成创新意识，进一步树立民族自豪感。 【活动设计与实施】 任务一 了解我国宇航产品的基本情况 1．查阅资料，了解到我国航天事业的发展历史如下： 任务二 了解宇航产品的材料选择 2．了解运载火箭、载人飞船等的主体结构、外部涂层、功能部件所使用的材料。 宇航产品 主体结构 外部涂层 功能部件 运载火箭 铝合金、碳纤维复合材料 长寿命低比值无机热控涂层 为箱体内部增压的高压气瓶多用钛合金或高强度钢制作 载人飞船 大多是铝合金、镁合金和钛合金 低吸收、低发射型热控涂层（神舟飞船返回舱表层的材料主要由玻璃纤维和树脂构成，涂有烧蚀防热涂层） 载人舱的头部经受的热流高，须采用烧蚀材料 （1）“天问一号”探测器的结构材料大多采用铝合金和镁合金，但高强度的零部件采用钛合金，主要利用钛合金 强度大 的物理性质。 （2）火箭整流罩一般为“蚌壳式”结构，整流罩用到了铝合金、不锈钢、玻璃钢等材料，其中属于复合材料的是 玻璃钢 。在不影响功能的前提下，火箭部件最大化地用铝合金代替玻璃钢，减轻了自身重量，由此可知，铝合金具有的物理性质是 密度小、硬度大 。 （3）下列材料用途的对应性质解释不合理的是　B　。（图1） A.偏二甲肼作火箭燃料——可燃性 B.铝合金作火箭的骨架——密度大 C.碳纤维复合材料作飞船外壳——耐高温 D.特种橡胶制成太空服加压层——弹性好 任务三 了解宇航产品的能源选择 3．了解并分析火箭的推进剂，说明不同推进剂的特点。 推进剂 特点 液体 推进剂 偏二甲肼－四氧化二氮 可在室温下储存，但燃烧效率较低 煤油－液氧 煤油价格较低，可节约成本；煤油与液氧都无毒，燃烧也只生成水和二氧化碳，不产生污染 液氢－液氧 燃烧效率高，但液氢和液氧的沸点都很低，保存需要超低温 甲烷－液氧 无毒环保、高可靠、高性能、低成本、易操作、可重复使用，代表了航天主动力技术的发展方向 固体 推进剂 聚氯乙烯－硝酸铵 高温强度差、 固化温度高 固体推进剂可以在室温下储存，且发动机不需要其他复杂的部件，但固体推进剂的燃烧不易控制 聚丁二烯－硝酸铵－铝粉、 镁粉 能量高、 低温性能好 叠氮－硝酸铵－铝粉、镁粉 能量高、低特征信号 （1）火箭向上的推力来自燃料燃烧　释放　（填“释放”或“吸收”）热量并喷出高温气体产生的反作用力。 （2）偏二甲肼和四氧化二氮反应的化学方程式为C2H8N2＋2N2O4 === 2CO2↑＋3X↑＋4H2O↑，则X的化学式为 N2 。 （3）航天煤油可由优质石油分离而来，这是利用石油中各成分的 沸点 不同进行分离。 （4）氢气液化成液氢，分子间的间隔 减小 ；用液氢和液氧作推进剂，加入液氢和液氧的质量比 为 1∶8 （填最简整数比）时，可使二者恰好完全反应。 （5）液氧甲烷推进剂燃烧效率高，甲烷（CH4）和液氧完全燃烧的化学方程式为　CH4+2O2 CO2+2H2O　。 （6）液体火箭发动机运行简示图如图2所示。液体火箭发动机的优点是可以通过调控发动机内阀门来调控动力。火箭运行过程中，为增大动力，应进行的操作是　增大燃料和氧化剂的流量　。 （7）液氢和液氧反应产生的能量可为返回舱返回提供动力，返回舱返回的动力采用液氢作为能源的优点是　燃烧产物无污染（合理即可）　（写一条即可）。 4．航天器在开展工作时所使用的能源。 人造卫星 宇宙飞船 空间探测器 空间站 太阳能、蓄电池、 燃料燃烧 太阳能、核能、燃料电池、 蓄电池 太阳能、核能、 蓄电池 太阳能、核能、 蓄电池 卫星在日照区时，太阳能电池除给设备供电外，多余的电能可向蓄电池组充电，该过程中能量转化为太阳能―→ 电能―→ 化学 能。 任务四 设想航天科技领域中未来的新型材料和能源 5．通过讨论，该小组同学总结了要想在航天科技领域中寻找新型材料和能源的替代品， （1）需考虑的材料的性质：　 密度小 　、　强度高 　、　耐高温　（任写三条，下同）； （2）需考虑的能源的性质：　能量密度高　、　清洁无污染　、　储存方便　。 学科网（北京）股份有限公司 $