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探秘空间站中的水气循环系统——氧气、二氧化碳和水的循环
2023年5月30日,神州十六号顺利进驻空间站组合体。神州十六号计划于今年11月返回,宇航员会在空间站工作生活半年左右。通过右侧的视频,让我们一起观察宇航员在天宫一号是如何生活的。在进入探寻空间站中水气循环系统之间,我们先来做个小热身活动——相关反应构建以二氧化碳和水为主体的网络体系。
构建网络H2O2CCOCO2H2OO2H2CO3CaCO3如何用所学的反应把这些物质关联起来呢?O2
成果检验箭头指出:性质→用途箭头指入:物质制备H2O2CCOCO2H2OO2H2CO3CaCO3O2O2O2H2H2OH2加热
自然界中的气体循环
人类维持正常的生命活动需要呼吸,进食及饮水。资料卡片兵马未到粮草先行,天舟二号载着鱼香肉丝、宫保鸡丁等120多种美食,早早就在空间站等着3位航天员入住。食物问题已得到解决,那宇航员呼吸所需的氧气和日常饮水要怎么办呢?我国天宫空间站能支持3名宇航员长期驻留,乘组轮换期间可支持6人驻留。在天宫空间站这样的孤立系统中,宇航员如何维持自身的生命活动呢?思考1.宇航员呼吸所需的氧气从何而来?2.宇航员呼出的二氧化碳如何处理?3.宇航员维持生命生活所需的水如何获取?
任务1:宇航员呼吸所需的氧气从哪里来的?复习回顾实验室怎么获取氧气呢?1.加热高锰酸钾(KMnO4)制取氧气2.分解过氧化氢(H2O2)溶液制取氧气2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑2H2O22H2O+O2↑2KClO32KCl+3O2↑3.加热氯酸钾(KClO3)制取氧气宇航员可以在太空使用这些制取氧气的方式吗?
资料卡片空间站中的氧气来源主要有三种方式:①加压氧气罐:纯氧压缩之后,再通过货运飞船送上去。②电解法:电解水,得到氢气和氧气。2H2O2H2↑+O2↑电解2L多的水,就可以满足三名宇航员一天的消耗。③固体分解法:氧气的备用系统高氯酸锂(LiClO4)在加热条件下分解生成氯化锂(LiCl)和氧气(O2)。你能写出高氯酸锂分解的化学方程式吗?LiClO4LiCl+2O2↑从什么角度评价获取氧气的途径呢?安全性、原料、能量的来源、携带运输成本思考空间站为什么使用高氯酸锂作为氧气的备用系统的原料呢?,可以使用别的固体药品替换吗?
任务2:宇航员呼出的二氧化碳是如何处理的?复习回顾根据已有知识,怎样能吸收二氧化碳呢?1.用水吸收:CO2能溶于水,且与水反应2.用碱吸收:CO2与澄清石灰水反应CO2+H2O===H2CO3思考空间站能使用水吸收二氧化碳吗?CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O碳酸不稳定,易分解:H2CO3===CO2↑+H2O空间站会使用哪种碱来吸收二氧化碳呢?
资料卡片国际空间站使用固体氢氧化锂(LiOH)吸收呼出的二氧化碳,生成碳酸锂(Li2CO3)和水。氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)也可以吸收二氧化碳。且在相同条件下,氢氧化锂(LiOH)吸收二氧化碳的质量最大。思考你能写出固体氢氧化锂、氢氧化钾与二氧化碳反应的化学方程式吗?CO2+2LiOH===Li2CO3+H2O,CO2+2KOH===K2CO3+H2O评价角度有:吸收效果,质量效率、产物的应用价值等。怎样评价二氧化碳吸收时使用哪种方式更好呢?二氧化碳与氢氧化钠反应:CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O
你现在知道为什么要用高氯酸锂作为氧气备用系统的原料了吗?LiClO4LiCl+2O2↑高氯酸锂(LiClO4)在加热条件下分解生成氯化锂(LiCl)国际空间站使用固体氢氧化锂(LiOH)吸收呼出的二氧化碳,生成碳酸锂(LiCO3)和水。CO2+2LiOH===Li2CO3+H2O碳酸锂溶于高氯酸中,可以得到高氯酸锂。实现了锂元素的循环利用。想一想你能想到其他的物质也可以实现这样的循环吗?
任务3:宇航员日常饮用的水怎么获取呢?复习回顾你知道哪些可以获得水的途径呢?氢气的燃烧2H2+O22H2O过氧化氢的分解碳酸的分解碳酸盐与酸酸碱中和反应废水的回收利用2H2O22H2O+O2↑H2CO3===H2O+CO2↑CaCO3+2HCl===CaCl2+2H2O+CO2↑NaOH+HCl===NaCl+H2O沉淀、过滤、吸附、蒸馏哪种途径更适合宇航员获取呢?
资料卡片空间站中的水资源来源也不同,最简单的一种就是通过地面携带和货运飞船补给而来的水,并且大部分的水资源都是取自地球。当然空间站的水资源也可以通过
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