1.5 微项目 设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案-（ppt同步课件）【学而思】2026-2027学年高二上学期化学选择性必修一（鲁科版）

该高中化学课件聚焦化学反应与能量转化，以载人航天器能源与氧气供给为真实情境，衔接化学反应能量变化与物质转化知识，搭建从理论到实际应用的学习支架。 其亮点在于以科学探究与实践为主线，融合科学思维与化学观念，通过氢氧燃料电池电极反应分析、镍镉电池充放电原理探究及萨巴蒂尔反应条件控制等项目任务，采用项目式学习方法。学生能提升问题解决能力与学科应用意识，教师可借此丰富情境化教学资源，落实核心素养。

第1章 化学反应与能量转化 第1讲　描述运动的基本概念 基础过关练 微项目　设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案 第1讲　描述运动的基本概念 1.[2026河南省实验中学月考]回答下列问题。 (1)氢氧燃料电池是短寿命载人航天器电源的一个合适的选择。如图是一种碱性氢氧燃料电池结构示 意图。   ①请写出负极的电极反应式:______________________。 ②电池工作时产生的水会以水蒸气的形式被反应物气体带出,在出口加装冷凝器可以将水回收。冷凝 器应装在出口______(填“c”或“d”)处。 　c     　H2-2e-+2OH-  　2H2O     第1讲　描述运动的基本概念 (2)我国自行研制的“神舟”飞船使用了镍镉蓄电池组,其充放电时发生的反应为Cd+2NiOOH+2H2O   Cd(OH)2+2Ni(OH)2,电池装置如图所示,阴离子交换膜两侧均注入KOH溶液。   第1讲　描述运动的基本概念 ①下列对于该镍镉电池的分析中,正确的是_______。 A.图示中的电池应先充电,再使用 B.充电时,OH-从镍电极区迁移到镉电极区 C.放电时,镍电极为电池的负极,镉电极为电池的正极 D.充电或放电一段时间后,两电极区溶液中KOH的物质的量均未改变 ②镍镉电池在充电时,镉电极上发生的电极反应为_________________________; 当Cd(OH)2和Ni(OH)2耗尽后仍继续充电,则会在电极发生副反应而造成安全隐患,称为电池过充电,此时 镉电极上将生成气体_______(填化学式);镍电极上则会发生反应_______________________(填电极 反应式)而产生O2。 　AD     　Cd(OH)2+2e-  　Cd+2OH-     　4OH--4e-  　O2↑+2H2O     　H2     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)①氢氧燃料电池中通入O2的一极是正极,通入H2的一极是负极,负极电极反应式为H2-2e-+2OH-   2H2O。②在负极区生成H2O,则水从c口回收。(2)①题图中电极材料为Cd(OH)2和Ni(OH)2,所以应 先充电,再使用,A正确。根据电池总反应Cd+2NiOOH+2H2O  Cd(OH)2+2Ni(OH)2知,充电时,镉电极 为阴极,镍电极为阳极,即OH-向Ni电极移动;放电时,镍电极为正极,镉电极为负极,B、C错误。电池总反 应为Cd+2NiOOH+2H2O  Cd(OH)2+2Ni(OH)2,反应前后OH-的总物质的量不变,又因为隔膜为阴离子 交换膜,则充电或放电一段时间后,两电极区溶液中KOH的物质的量均未改变,D正确。②镍镉电池在充 电时,镉电极为阴极,发生还原反应,电极反应式为Cd(OH)2+2e-  Cd+2OH-。电池过充电时,阴极会发 生电极反应为2H2O+2e-  H2↑+2OH-,故镉电极上生成的气体为H2;镍电极为阳极,电池过充电时电极 反应为4OH--4e-  O2↑+2H2O。 第1讲　描述运动的基本概念 2.载人航天器中利用萨巴蒂尔反应再生O2的流程如图所示。   (1)萨巴蒂尔反应是放热反应,控制反应器内的温度非常重要,反应温度过低则会造成____________。 已知此反应在300~400 ℃时转化率较高,所以一般会将进入反应器的气体预热到此温度,同时反应 反应速率下降     第1讲　描述运动的基本概念 器配有_______装置,以便及时将过多的反应热移走。 (2)这种方法再生O2的最大缺点是需要不断补充_______(填化学式)。 (3)载人航天器中CO2的富集与转化是O2再生的核心问题,如图是电化学获得高浓度CO2的方法。 　H2     　冷却     第1讲　描述运动的基本概念 ①离子导体中,K+向多孔碳载镍______(填“A”或“B”)电极移动。 ②负极的电极反应式是__________________________。 ③在多孔碳载镍A电极上消耗1 mol H2,理论上多孔碳载镍B电极转化的CO2在标准状况下的体积是 ________L。 　5.6     　H2-2e-+C   H2O+CO2     　B     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)若反应温度过低,会造成反应速率下降;萨巴蒂尔反应是放热反应,且此反应在300~400 ℃时 转化率较高,为了及时将过多的反应热移走,反应器应该配有冷却装置。(2)根据转化关系图示知萨巴 蒂尔反应为CO2+4H2  CH4+2H2O,而2H2O  2H2↑+O2↑,说明用这种方法再生O2的最大缺点 是需要不断补充H2。(3)①分析题图可知,H2在多孔碳载镍A上失电子,CO2在多孔碳载镍B上得电子生成 CH4,故多孔碳载镍A电极为负极,多孔碳载镍B电极为正极,原电池工作时阳离子向正极移动,则离子导 体中,K+向多孔碳载镍B电极移动。②H2在负极失电子得到H+,生成的H+结合C 生成CO2,负极的电极 反应式为H2-2e-+C   H2O+CO2。③正极的电极反应式为CO2+8e-+6H2O  CH4+8OH-,多孔碳载 镍A电极上消耗1 mol H2,转移2 mol e-,根据电路中电子转移守恒,知理论上多孔碳载镍B电极转化的CO2 为0.25 mol,在标准状况下的体积是5.6 L。 第1讲　描述运动的基本概念 $