跨学科实践活动 调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用（知识清单）化学新教材沪科版五四学制九年级全一册

专题10 化学与人类社会进步 跨学科实践活动 调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用 一、火箭推进剂 1．推进剂的作用：燃烧产生大量 ，产生推力，把航天器送入预定轨道。 2．推进剂的分类 （1）固体推进剂：由 组成的固体混合物，点燃后燃烧过程 。 （2）液体推进剂：由 组成，在燃烧室内混合燃烧，推力 、可多次启动、比冲较大。 3．常见液体推进剂 （1）偏二甲肼/四氧化二氮： ，易储存但 。 （2）煤油/液氧：无毒、常温储存、成本低，但易积碳结焦。 （3）液氢/液氧： ，但氢的储存技术要求高。 4．推进剂应具备的特点：产生的气体体积大、 。 二、航天高性能材料 1．金属材料 （1）铝合金： ，用于航天器主体结构。 （2）钛合金： ，用于功能部件。 2．无机非金属材料： ，用于外壳防热、抗烧蚀。 3．有机高分子材料：用于 等。 4．复合材料： （质轻、高强度、耐热、耐腐蚀）、低密度烧蚀材料（耐高温、耐磨损），用于结构件和涂层。 三、航天极端环境与能源 1．航天器所处的极端环境 （1）接近真空：几乎没有空气 。 （2）向阳面温度接近 ，背阴面低至 。 （3）返回大气层时因摩擦产生 高温。 2．航天器的能源： （高效、环保）、化学能（高可靠）、 （高能量密度、寿命长）。 四、中国航天成就与未来展望 1．中国航天成就： 。 2．未来新型材料 （1）二维材料： （单层碳原子，导电性和机械性能出色）。 （2）超材料：具有 等天然材料不具备的人工设计属性。 （3）生物基材料：以淀粉等天然物质为基础，如生物塑料。 3．未来新型能源 （1）核聚变能：几乎无污染、 ，是太阳和恒星的能量来源。 （2）生物质能：藻类燃料、第二代生物燃料等。 特别提醒：推进剂的特点 1．推进剂通过燃烧产生大量高温高压气体，利用气体喷出的反作用力产生推力。 2．固体推进剂燃烧不可控；液体推进剂推力可控、可多次启动。 3．推进剂要综合性能高、价格低、安全性高、储存方便、环保等因素。 概念辨析：固体与液体推进剂 1．固体推进剂：燃料＋氧化剂＋黏合剂，固体混合物，燃烧不可控。 2．液体推进剂：液体燃料＋液体氧化剂，燃烧室混合，推力可控。 3．液体推进剂比冲较大，可实现多次启动和关机。 数据速查：液体推进剂对比 1．偏二甲肼/四氧化二氮：易储存但剧毒、污染大、比冲低。 2．煤油/液氧：无毒、常温储存、成本低，但易积碳。 3．液氢/液氧：无污染、热值高、比冲高，但储存技术要求高。 归纳总结：航天材料的选择 1．铝合金密度小、耐低温，做主体结构。 2．钛合金高强度、耐热耐腐蚀，做功能部件。 3．碳纤维质轻高强、耐热耐腐蚀，做复合材料。 4．材料选择要高性能轻量化、极端环境稳定、安全可靠。 生活化学：航天极端环境 1．接近真空，几乎没有空气传热散热。 2．向阳面近200℃高温，背阴面低至-100℃以下。 3．返回大气层摩擦产生1600℃高温，需防热材料保护。 拓展视野：中国航天成就 1．1970年第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功。 2．天宫（空间站）、嫦娥（探月）、天问（火星）、羲和（探日）。 3．中国空间站于2022年全面建成。 化学与能源：未来新材料新能源 1．新材料：石墨烯、超材料、生物基材料。 2．新能源：核聚变能（ITER）、生物质能（藻类燃料）。 3．材料与能源选择围绕高性能轻量化、极端环境稳定性、安全可靠。 1. 火箭推进剂通过燃烧产生大量高温高压气体，产生推力。 2. 固体推进剂由燃料、氧化剂和黏合剂组成，点燃后燃烧不可控。 3. 液体推进剂由液体燃料和液体氧化剂组成，推力可控、可多次启动。 4. 偏二甲肼/四氧化二氮推进剂易储存，但剧毒、污染大。 5. 液氢/液氧推进剂无污染、热值高、比冲高，但储存技术要求高。 6. 推进剂应具有性能高、价格低、安全性高、储存方便、环保等特点。 7. 铝合金密度小、耐低温、耐腐蚀，用于航天器主体结构。 8. 钛合金高强度、耐热、耐腐蚀，用于功能部件。 9. 碳纤维质轻、高强度、耐热、耐腐蚀，是重要的复合材料。 10. 航天器向阳面温度近200℃，背阴面低至-100℃以下。 11. 返回大气层时因摩擦产生1600℃高温。 12. 航天器的能源主要有太阳能、化学能和核能。 13. 太阳能高效、环保，是航天器的重要能源。 14. 中国第一颗人造地球卫星是“东方红一号”。 15. 天宫是空间站，嫦娥是探月，天问是火星探测，羲和是探日。 16. 石墨烯是单层碳原子构成的二维材料。 17. 超材料具有负折射率等天然材料不具备的人工设计属性。 18. 核聚变能几乎无污染、燃料丰富，是太阳和恒星的能量来源。 19. 航天材料选择要高性能轻量化、极端环境稳定、安全可靠。 20. 液氧是氧化剂（助燃剂），液氢是燃料，二者组成液氢/液氧推进剂。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题10 化学与人类社会进步 跨学科实践活动 调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用 一、火箭推进剂 1．推进剂的作用：燃烧产生大量高温高压气体，产生推力，把航天器送入预定轨道。 2．推进剂的分类 （1）固体推进剂：由燃料、氧化剂和黏合剂组成的固体混合物，点燃后燃烧过程不可控。 （2）液体推进剂：由液体燃料和液体氧化剂组成，在燃烧室内混合燃烧，推力可控、可多次启动、比冲较大。 3．常见液体推进剂 （1）偏二甲肼/四氧化二氮：C₂H₈N₂＋2N₂O₄ → 2CO₂＋4H₂O＋3N₂，易储存但剧毒、污染大。 （2）煤油/液氧：无毒、常温储存、成本低，但易积碳结焦。 （3）液氢/液氧：无污染、热值高、比冲高，但氢的储存技术要求高。 4．推进剂应具备的特点：产生的气体体积大、性能高、价格低、安全性高、储存方便、环保。 二、航天高性能材料 1．金属材料 （1）铝合金：密度小、耐低温、耐腐蚀，用于航天器主体结构。 （2）钛合金：高强度、耐热、耐腐蚀，用于功能部件。 2．无机非金属材料：特种陶瓷、超高温陶瓷涂层，用于外壳防热、抗烧蚀。 3．有机高分子材料：用于密封、绝缘等。 4．复合材料：碳纤维（质轻、高强度、耐热、耐腐蚀）、低密度烧蚀材料（耐高温、耐磨损），用于结构件和涂层。 三、航天极端环境与能源 1．航天器所处的极端环境 （1）接近真空：几乎没有空气传热和散热。 （2）向阳面温度接近200 ℃，背阴面低至—100 ℃以下。 （3）返回大气层时因摩擦产生1 600 ℃高温。 2．航天器的能源：太阳能（高效、环保）、化学能（高可靠）、核能（高能量密度、寿命长）。 四、中国航天成就与未来展望 1．中国航天成就：东方红一号、神舟系列、嫦娥探月、天问火星、羲和探日、天宫空间站。 2．未来新型材料 （1）二维材料：石墨烯（单层碳原子，导电性和机械性能出色）。 （2）超材料：具有负折射率等天然材料不具备的人工设计属性。 （3）生物基材料：以淀粉等天然物质为基础，如生物塑料。 3．未来新型能源 （1）核聚变能：几乎无污染、燃料丰富，是太阳和恒星的能量来源。 （2）生物质能：藻类燃料、第二代生物燃料等。 特别提醒：推进剂的特点 1．推进剂通过燃烧产生大量高温高压气体，利用气体喷出的反作用力产生推力。 2．固体推进剂燃烧不可控；液体推进剂推力可控、可多次启动。 3．推进剂要综合性能高、价格低、安全性高、储存方便、环保等因素。 概念辨析：固体与液体推进剂 1．固体推进剂：燃料＋氧化剂＋黏合剂，固体混合物，燃烧不可控。 2．液体推进剂：液体燃料＋液体氧化剂，燃烧室混合，推力可控。 3．液体推进剂比冲较大，可实现多次启动和关机。 数据速查：液体推进剂对比 1．偏二甲肼/四氧化二氮：易储存但剧毒、污染大、比冲低。 2．煤油/液氧：无毒、常温储存、成本低，但易积碳。 3．液氢/液氧：无污染、热值高、比冲高，但储存技术要求高。 归纳总结：航天材料的选择 1．铝合金密度小、耐低温，做主体结构。 2．钛合金高强度、耐热耐腐蚀，做功能部件。 3．碳纤维质轻高强、耐热耐腐蚀，做复合材料。 4．材料选择要高性能轻量化、极端环境稳定、安全可靠。 生活化学：航天极端环境 1．接近真空，几乎没有空气传热散热。 2．向阳面近200℃高温，背阴面低至-100℃以下。 3．返回大气层摩擦产生1600℃高温，需防热材料保护。 拓展视野：中国航天成就 1．1970年第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功。 2．天宫（空间站）、嫦娥（探月）、天问（火星）、羲和（探日）。 3．中国空间站于2022年全面建成。 化学与能源：未来新材料新能源 1．新材料：石墨烯、超材料、生物基材料。 2．新能源：核聚变能（ITER）、生物质能（藻类燃料）。 3．材料与能源选择围绕高性能轻量化、极端环境稳定性、安全可靠。 1. 火箭推进剂通过燃烧产生大量高温高压气体，产生推力。 2. 固体推进剂由燃料、氧化剂和黏合剂组成，点燃后燃烧不可控。 3. 液体推进剂由液体燃料和液体氧化剂组成，推力可控、可多次启动。 4. 偏二甲肼/四氧化二氮推进剂易储存，但剧毒、污染大。 5. 液氢/液氧推进剂无污染、热值高、比冲高，但储存技术要求高。 6. 推进剂应具有性能高、价格低、安全性高、储存方便、环保等特点。 7. 铝合金密度小、耐低温、耐腐蚀，用于航天器主体结构。 8. 钛合金高强度、耐热、耐腐蚀，用于功能部件。 9. 碳纤维质轻、高强度、耐热、耐腐蚀，是重要的复合材料。 10. 航天器向阳面温度近200℃，背阴面低至-100℃以下。 11. 返回大气层时因摩擦产生1600℃高温。 12. 航天器的能源主要有太阳能、化学能和核能。 13. 太阳能高效、环保，是航天器的重要能源。 14. 中国第一颗人造地球卫星是“东方红一号”。 15. 天宫是空间站，嫦娥是探月，天问是火星探测，羲和是探日。 16. 石墨烯是单层碳原子构成的二维材料。 17. 超材料具有负折射率等天然材料不具备的人工设计属性。 18. 核聚变能几乎无污染、燃料丰富，是太阳和恒星的能量来源。 19. 航天材料选择要高性能轻量化、极端环境稳定、安全可靠。 20. 液氧是氧化剂（助燃剂），液氢是燃料，二者组成液氢/液氧推进剂。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $