2024年新教材高中化学第1章化学反应与能量转化微项目设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案__化学反应中能量及物质的转化利用学案鲁科版选择性必修第一册.docxVIP

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微项目设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案——化学反应中能量及物质的转化利用

课标解读

课标要求

素养要求

1.通过探究载人航天器用化学电池与氧气再生方案,尝试利用原电池原理及焓变、盖斯定律等学问,分析、评价真实环境下化学反应中的能量转化与物质转化问题,并形成电源选择和氧气再生的基本思路。

2.通过分析载人航天器上的电源,了解真实化学电池的工作原理与装置结构,并形成分析化学电池的一般思路。

3.通过本项目的学习,感受化学学问在解决实际问题中的应用价值。

1.科学探究与创新意识:通过探究载人航天器用化学电池与氧气再生方案,尝试利用焓变、盖斯定律和原电池原理等学问,分析评价真实环境下化学反应中能量与物质的转化,形成电源选择和氧气再生的基本思路。

2.证据推理与模型认知:通过载人航天器的电源,了解真实化学电池的原理和装置,形成分析化学电池的一般方法。

3.科学看法与社会责任:通过本项目的学习,感受化学学问在解决实际问题中的应用价值。有理论联系实际的观念,有将化学成果应用于生产、生活的意识。

项目活动·学科探究

项目活动1尝试设计载人航天器用化学电池

微学问

1.载人航天器中的化学电池的特点：平安、牢靠,并且须要电池①单位质量输出的电能较高。

2.载人航天器中常用化学电池的种类：②镍镉电池、③镍氢电池、④氢氧燃料电池等。

3.氢氧燃料电池的优势

（1）单位质量输出电能较高;

（2）反应生成的水可作为航天员的⑤饮用水;

（3）⑥氧气可作备用氧源供应航天员呼吸等。

微探究

1.“阿波罗”飞船的主电源是以KOH溶液为离子导体的碱性氢氧燃料电池。该电池的工作原理如图所示：

（1）氢氧燃料电池的反应产物对该电池的工作效率有什么影响？

（2）该电池运用的氧气常用空气制备,由于制备工艺问题会使氧气中混有微量CO

答案：（1）依据电池反应：2?H

（2）CO2会与

2.培根型碱性氢氧燃料电池和质子交换膜氢氧燃料电池的示意图如下。

（1）培根型碱性燃料电池中“循环泵”的作用是什么？

（2）若在上述两电池中加冷凝水接收装置,应当加在什么位置？

（3）试分析评价两种电池解决电解质溶液稀释和变质问题的方案。

答案：（1）①分别反应产生的H2O,浓缩KOH溶液;②电解质溶液变质时

（2）培根型电池应加在负极(H2)

（3）通过分析可知,培根型碱性氢氧燃料电池主要通过外加循环设备解决电解质溶液稀释和变质问题,质子交换膜氢氧燃料电池则通过变更离子导体使问题从根本上得以解决。

微点拨

1.“阿波罗”飞船燃料电池的工作原理

（1）“阿波罗”飞船燃料电池（离子导体为KOH溶液）的电极反应为：

负极:2?

正极:O2

（2）“阿波罗”登月飞船一代燃料电池(离子导体为H2

负极:2?

正极:O2

2.“神舟”飞船中镍镉碱性蓄电池反应原理

（1）当飞船进入光照区时,太阳能电池为用电设备供电,同时为镍镉电池充电,镍镉电池的电极反应为：

负极：Cd

正极：2?Ni

（2）当飞船进入阴影区时,由镍镉电池供应电能,电极反应为：

负极：Cd

正极：2?NiOOH

微训练

1.(2024山东日照一中月考)镉镍可充电电池的充、放电反应原理如下：Cd+2?

A.放电时,Cd作为负极

B.放电时,NiOOH作为负极

C.电解质溶液为碱性溶液

D.放电时,负极反应为Cd

答案：B

解析：镉镍电池放电时,Cd作为负极,电极反应为Cd+2?OH-

2.一种突破传统电池设计理念的镁—锑液态金属储能电池工作原理如图所示,该电池所用液体密度不同,在重力作用下分为三层,工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。该电池工作一段时间后,可由太阳能电池充电。下列说法不正确的是()

A.放电时,Mg(液)

B.放电时,正极反应为Mg

C.该电池充电时,Mg-

D.该电池充电时,Cl-

答案：C

解析：放电时,负极Mg失电子生成Mg2+,则Mg(液)层的质量减小,A项正确;正极Mg2+得电子生成Mg,则放电时正极反应为Mg2++2?

项目活动2尝试设计载人航天器的氧气再生方案

微学问

1.计算萨巴蒂尔反应的焓变

已知：

a.

b.

则萨巴蒂尔反应CO2(g)+4?

2.利用萨巴蒂尔反应再生氧气的大体流程

3.萨巴蒂尔反应的缺陷是有50%的氢元素存在于⑤甲烷中而没有得到利用。

微探究

1.探讨载人航天器氧气再生方法的缘由是什么？

答案：提示因载人航天器携带的物品有限,利用高压存储氧气、电解携带的水制备氧气等常规方法来获得氧气都难以满意长时间飞行对持续供氧的要求。

2.如何从人体代谢的废物(如