《新教材2023版高中化学第1章化学反应与能量变化微项目1设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案课件鲁科版选择性必修1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新教材2023版高中化学第1章化学反应与能量变化微项目1设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案课件鲁科版选择性必修1（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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学业基基础核心素养核心素养当堂当堂评价价学业要求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、盖斯定律等知识，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，感受化学知识在解决实际问题中的应用价值。学学业基基础一、化学反应中的能量变化1化学能与热能的相互转化(1)化学反应从反应热角度分为吸热反应和放热反应。(2)化学反应中的反应热通
2、常用热化学方程式表示。(3)盖斯定律：计算反应焓变的一种方法或途径。2化学能与电能的相互转化(1)化学能转化为电能的装置是原电池，利用了自发的氧化还原反应将物质中的化学能以电能的形式释放出来。(2)电解池是将电能转化为化学能的装置，将电能转化为化学能储存在物质之中。二、常见的化学电池核心素养核心素养项目活动一尝试设计载人航天器用化学电池据观察者网2020年1月20日的报道称，我国目前最大的航天器空间站核心舱初样产品和新一代载人飞船试验船，已经先后安全运抵海南文昌航天发射场。在航天器中，电源是极其重要的组成部分，那么载人航天器上使用的化学电源是什么？其原理是什么？【活动探究】【活动探究】一、第一
3、代碱性燃料电池培根碱性氢氧燃料电池1尝试画出“阿波罗”11号登月飞船中所使用氢氧燃料电池的内部结构示意图，指出各部分的作用并分析其工作原理。提示：“阿波罗”11号登月飞船中所使用氢氧燃料电池是培根型碱性氢氧燃料电池，其装置结构示意图如图：多孔镍电极作为电池的电极材料，KOH是电解质溶液。H2在电极上失电子发生氧化反应，O2在电极上得电子发生还原反应，H2失去的电子沿导线定向移动，从而形成了电流。在电解质溶液中阴阳离子定向移向两电极，构成闭合回路。2为了保持电池的工作效率、有效利用电极反应产物，该电池还需要解决哪些问题？提示：在电池的使用过程中会生成水，同时空气中含有一定量的CO2，因此有两个重
4、要问题：电极反应生成的水会稀释电解质溶液，最终导致电池无法正常工作；碱性电解质KOH会与CO2反应导致电解质变质。3如果你是电池的设计人员，你会提出哪些思路或方案解决以上问题？提示：提高H2、O2的浓度；及时分离出电极上的产物水；及时更换或补充电解质溶液。二、第二代质子交换膜燃料电池4此电池是怎样解决电解质稀释和变质问题的？提示：改变了电解质，使用质子交换膜作为离子导体，就不存在吸收CO2变质问题。使用流场板避免了电解质的稀释问题，流场板上带有沟槽，用以引导氢气和氧气流动，并将生成的水排出。5若在第一代和第二代的燃料电池装置上分别加装冷凝水接收装置，你认为应该加装在什么位置？提示：培根型碱性氢
5、氧燃料电池的水是在负极一侧生成，因此冷凝水接收装置应加装在负极一侧；而第二代质子交换膜燃料电池的水在正极上生成，并通过流场板流出，故应在正极一侧加装。提升1(双选)如图是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量监测与控制的功能，下列有关说法正确的是()A电子由呼气所在的铂电极流出BH透过质子交换膜流向氧气所在的铂电极C电路中流过2mol电子时，消耗11.2LO2D该电池的负极反应为CH3CH2OH3H2O12e=2CO212H答案：AB状元随笔氢氧燃料电池的分类种类酸性(质子膜)碱性(KOH)负极反应2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极反应O24e4H=2H2OO22H2O4e=
6、4OH电池总反应2H2O2=2H2O备注燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用关键能力项目活动二尝试设计载人航天器的氧气再生方案航天员每人每天大约消耗0.84kg氧气，因载人航天器携带的物品有限，因此一些常规方法都难以满足长时间飞行时航天员对持续供氧的要求。那么航天员在舱内消耗的氧气是怎样再生的呢？【活活动动探探究究】6如何在载人航天器长时间飞行时为航天员持续提供氧气？提示：由于载人航天中的物质和能量资源均十分有限和宝贵，因此应尽可能将航天员的代谢产物中的氧元素转化为氧气，这样可以保证氧元素的持续循环。7在航天器中是通过萨巴蒂尔反应将CO2中的氧元素经过一系列的转化实现氧气的再
7、生的。萨巴蒂尔反应为CO24H2CH42H2O将上述反应依次编号为，利用盖斯定律反应4反应可以得到萨巴蒂尔反应，因此萨巴蒂尔反应的焓变HH14H2241.8kJmol14(802.3kJmol1)164.9kJmol1。由于此反应放热，因此为了保证转化率、控制反应器内的温度，需要将过多的反应热传走，以便废热的再利用。(3)萨巴蒂尔反应有什么缺点？根据萨巴蒂尔反应的方程式可以看出，此反应中50%的氢元素进入甲烷气体中，没有进行再利用。提升2Mn2催化H2O2分解：2H2O2(l)=2H2O(l)O2(g)H1，其反应机理如图。若反应的焓变为H2，则反应的焓变H为(反应、的计量数均为最简整数比)(
8、)AH1H2BH1H2 C2H1H2DH12H2答案：A关键能力1.探究载人航天器用化学电源与氧气再生的一般思路2载人航天器中能量转化形式3根据载人航天器的限定条件，物质转化最理想的方式应符合的条件：应符合绿色化学原理，原子利用率达到100%。4盖斯定律：间接计算某些反应的反应热。解题模型：当堂当堂评价价答案：C2(双选)将二氧化碳转化为燃料是目前的研究热点，科学杂志曾报道的一种将CO2转化为烃和醇的装置如图所示。下列说法正确的是()A图中能量转化的方式只有1种B装置工作时，H向X极移动，Y极周围溶液的pH减小CX极上得到CH3OH的电极反应式为2CO24H2O12e=2CH3OH3O2D若X
9、极生成1molC2H4和1molCH3OH，电路中通过18mol电子答案：BD3(双选)断裂1mol化学键所需的能量如表，火箭燃料肼(H2NNH2)的有关化学反应的能量变化如图所示，化学键NNO=ONNNH键能(kJ)154500942a则下列说法错误的是()A.N2(g)比O2(g)稳定BN2H4(g)O2(g)=N2(g)2H2O(g)H1534kJmol1C.图中的H32218kJmol1D表中的a194答案：CD4(1)将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。如图是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。电极b作_极，发生的电极反应式为_。正CO22e2H=HCOOH解析：从图示可以看出，左侧H2O转变成O2，氧元素被氧化，电极a为负极，电极反应式为2H2O4e=4HO2，H通过质子交换膜进入右侧发生反应，右侧通入的CO2转变成HCOOH，碳元素被还原，电极b为正极，电极反应式为CO22e2H=HCOOH。(2)浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。X为_极，Y电极反应式为_。Y极生成1molCl2时，_molLi移向_(填“X”或“Y”)极。正2Cl2e=Cl22X解析：根据装置可知生成H2的电极为正极，生成Cl2的电极为负极。
