资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
跨学科实践活动10 调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用（同步讲义）
◆任务一 了解我国宇航产品的基本情况
1.我国宇航产品的发展和种类
我国宇航产品主要分为火箭和航天器。
宇航产品 具体产品及发射日期
火箭 1960年，第一枚T-7M试验型液体燃料探空火箭发射成功
1964年，第一枚“T-7A(S1)”生物试验火箭发射成功
航天器 卫星 1970年，第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功
1975年，第一颗返回式卫星发射成功
2015年，首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”号发射成功
飞船 1999年，第一艘无人试验飞船“神舟一号”发射成功
2003年至今，发射了“神舟五号”至“神舟二十号”载人飞船
空间探测器 探月工程：2007年～2020年，陆续发射“嫦娥一号”至“嫦娥五号”月球探测器
火星探测工程：2020年至今，发射“天问一号”“天问二号”火星探测器
探日工程：2021年~2022年，陆续发射“羲和号”太阳探测科学技术试验卫星和“夸父一号”综合性太阳探测卫星
空间站 试验阶段：2011年~2016年，陆续发射我国自主研制的“天宫一号”“天宫二号”目标飞行器
建成：中国空间站于2022年全面建成
2.我国宇航产品的主要用途
类型 主要用途
火箭 把航天器送入预定轨道
航天器 卫星 科学研究、通信、气象、导航等
飞船 往返于地面和航天空间站
空间探测器 对行星等进行探测
空间站 空间实验基地
◆任务二 了解宇航产品的材料选择(以神舟十二号载人飞船为例)
1.宇航产品所使用的的材料及其特点
主要材料 特点
主体结构 铝合金(金属材料) 密度小、耐低温、耐腐蚀等
外部涂层 H88、H96低密度烧蚀材料(复合材料) 填充轻质功能材料，同时保证材料表面抵抗气流冲刷的能力；耐高温、耐磨损
功能部件 钛合金(金属材料) 高强度、良好的耐热性和耐腐蚀性
碳纤维(复合材料) 质轻、高强度、良好的耐热性和耐腐蚀性
2.完善示意图
◆任务三 了解宇航产品的能源选择
1.火箭推进剂
（1）固体推进剂
固体推进剂通常是由燃料、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，一旦点燃将持续燃烧直至燃料耗尽。
（2）液体推进剂
液体推进剂包括液体燃料和液体氧化剂，它们在燃烧室内混合并燃烧。推力大小可控，能够实现多次启动和关机；效率较高，比冲(单位质量推进剂产生的推力)较大。
2.航天器开展工作时所使用的能源种类及特点
航天器 主要能源种类 是否可再生 特点
卫星 太阳能 可再生 高效、环保
化学能 可再生 高可靠性
飞船 核能 不可再生 高能量密度、高可靠性、工作寿命长
太阳能 可再生 高效、环保
化学能 可再生 高可靠性
空间探测器 太阳能 可再生 高效、环保
空间站 太阳能 可再生 高效、环保
3.完善示意图
◆任务四 设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
1.目前正处于试验阶段的新型材料
（1）二维材料
石墨烯 一种单层碳原子构成的材料，具有出色的导电性和机械性能
过渡金属二硫化物（TMDs） 类似于石墨烯的二维材料，但具有不同的电子性质，具有优异的光电性能
（2）超材料
超材料包括左手材料、光子晶体等。这些材料具有天然材料不具备的人工设计属性，例如负折射率、“隐身斗篷”等。
（3）生物基材料
生物塑料 以淀粉等天然物质为基础，在微生物作用下生成的塑料
微生物合成材料 利用微生物生产的新材料，如细菌纤维素
2.目前正处于试验阶段的新型能源
（1）核聚变能
核聚变是太阳和恒星的能量来源，目前正在进行实验的项目如ITER(国际热核聚变实验堆)旨在模拟这一过程。核聚变能具有几乎无污染、燃料丰富的优点。
（2）生物质能
第二代生物燃料 利用非食用作物、废弃物等生产生物燃料
藻类生质燃料 利用藻类生产生物柴油等
【展示与交流】
1.展示最终形成的示意图，交流并尝试总结宇航产品在材料和能源选择时的一般思路。宇航产品在材料与能源选择时的一般思路主要围绕高性能轻量化、极端环境稳定性以及材料与能源的安全性与可靠性进行。
2.介绍你设想的未来的宇航产品，说明设计思路，并讨论未来航天科技领域新型材料和能源可能的发展方向。
即学即练
1.金属钛是重要的航天、航海材料，被誉为“未来金属”。由钛铁矿(主要成分为钛酸亚铁，化学式为)提取海绵钛的工艺流程如图：
查阅资料：
①钛、镁在高温下与空气中的氧气、二氧化碳等都能发生反应。
②常温下镁能和盐酸反应，产物氯化镁可溶于水，钛不与盐酸反应。
请回答下列问题：
（1）钛酸亚铁()中钛元素显 价。
（2）“氧化酸解”时，需控制反应温度为150℃，此时若采用氧化，则效率较低，可能的原因是 。
（3）反应①是分解反应，产物有水，其化学方程式为 。
（4）反应②的化学方程式为，则的化学式为 。
（5）反应③的化学方程式为，反应进行过程中需持续通入氩气，氩气的作用是 。
考点一 航天科技领域中新型材料、新型能源的应用
【例1】近年来，我国航天工程取得许多重大成就。回答下列问题：
Ⅰ．航天材料
（1）航天员舱外航天服使用了一种聚氨酯橡胶材料，聚氨酯橡胶属于 (填“无机非金属”或“有机合成”)材料。
（2）钛合金常用作航天器的外壳材料。钛合金的下列性质与上述用途无关的是___________(填序号)。
A．密度小 B．熔点高 C．与人体具有很好的相容性 D．抗腐蚀性能好
Ⅱ．航天能源
（3）高氯酸铵(NH4ClO4)是固体运载火箭的主要推进剂，氯元素的化合价为 。高氯酸铵分解反应的化学方程式为2NH4ClO4N2↑+2O2↑+4X↑+Cl2↑，则X的化学式是 ，该反应的基本反应类型是 。
（4）长征二号F运载火箭的推进剂用到液氢、液氧。氢气燃烧的化学方程式为 。
Ⅲ．航天保障
（5）航天员在空间站需要食用不同形式的水果、蔬菜，以保证 (填营养物质名称)的摄入。在种植绿叶蔬菜时，发现叶片发黄，需要施用富含 (填一种营养元素符号)的化肥。
（6）我国空间站运用自主研发的“再生生保系统”，有效保障航天员的太空生存，其中一个子系统反应的微观示意图如下，该反应的化学方程式是 ，该反应的过程中的有机物是 (填物质名称)
【变式1-1】近年来，我国在航天、科技、材料等多领域取得了瞩目的成就，下列过程主要发生化学变化的是
A．用纳米探针移动硅原子书写“中国”两个字
B．“天问一号”火星车利用形状记忆合金在阳光照射下自动展开太阳能板
C．在低温下超导材料的电阻为零
D．神舟“二十二”号飞船的燃料可靠性高，接触即自燃
【变式1-2】2024年4月25日，神舟十八号载人飞船发射成功。航天技术的发展，离不开燃料与燃烧，下列有关燃烧的说法不正确的是
A．火焰中外焰温度最高
B．化学反应伴随着能量的变化
C．氢能源热值高，燃烧后无污染
D．奥运火炬可以在水下燃烧和传递，说明燃烧不需要氧气
【变式1-3】金属钛(Ti)常被用于航天、化工、医疗领域，工业上常用铁钛矿主要成分为FeTiO3制取钛(Ti)，并获得副产品氧化铁(Fe2O3)，其工艺流程如图所示：
（1）在加工之前要将铁钛矿进行粉碎处理，其目的是 。
（2）反应③的化学方程式为 。已知钛在高温下易被氧化，反应③ (填“需要”或“不需要”)隔绝空气。
（3）化学反应前后原子的种类不变，下列反应中可能产生导致酸雨的污染物的是_______(填选项)。
A．反应① B．反应③ C．反应④ D．反应⑤
（4）上述流程中可以循环使用的物质有 (填其中一种物质的化学式)。
（5）金属铝也通常应用于航天工业，具有良好的抗腐蚀性，是因为 (用方程式表达)。
基础达标
1．嫦娥六号探测器的发射火箭用到了无污染的高能燃料。该燃料最有可能是
A．液氢 B．甲烷 C．酒精 D．石油
2．我国科技领域取得了很多与化学密切相关的成就。下列说法错误的是
A．飞船外壳使用碳纤维复合材料——碳纤维密度大
B．石墨烯制新型电阻触摸屏电极——石墨烯导电性好
C．空间站太阳翼使用氮化镓材料——氮化镓吸光能力强
D．聚醚醚酮作人形机器人的关节——聚醚醚酮抗磨性好
3．在“调查我国航天科技领域中新型材料的应用”跨学科实践活动中，实践小组认识了一种航天服材料——氨纶尼龙聚合物，该材料属于
A．合成材料 B．天然高分子材料 C．金属材料 D．无机非金属材料
4．科技是第一生产力，近年来我国在科技领域取得了一系列辉煌成就。下列说法不正确的是
A．“福建号”航母在建造过程中大量使用特种钢。该特种钢的耐腐蚀性能比纯铁好
B．“天宫二号”的太阳能电池板使用了高效的光伏材料。这些材料能将太阳能转化为电能。
C．“长征五号”大推力运载火箭使用煤油作燃料，煤油属于混合物。
D．“嫦娥六号”用到了钛合金、塑料等多种材料，其中塑料属于复合材料。
5．我国在科技领域取得重大突破。下列说法错误的是
A．国家速滑馆“冰丝带”采用CO2超临界制冰，比氟利昂制冰更加环保
B．首次海域试采成功的可燃冰就是具有特殊笼状结构的可以燃烧的固态的水
C．“嫦娥五号”运载火箭用液氧液氢做推进剂，产物对环境无污染
D．歼20战斗机采用大量先进铝锂合金，具备耐腐蚀性
6．班级开展“调查我国航天科技领域中新型材料的应用”的实践活动。下列调查到的新型材料中属于有机合成材料的是
A．石墨烯 B．玻璃钢 C．PC塑料 D．钛合金
7．兴趣小组开展跨学科项目式实践活动，下列化学知识正确的是
选项 A B C D
活动主题 探究土壤酸碱性对植物生长的影响 用小卵石、石英砂、活性炭、蓬松棉及塑料瓶自制简易净水器净化雨水 设计低碳行动方案 调查航天科技领域中的材料
化学知识 用氢氧化钙改良酸性土壤 净化后的水是纯净物 加高烟囱可减少大气污染物排放 航天服用到的涤纶属于天然纤维
8．“航天新征程，十九问苍穹”。神舟十九号载人飞船发射取得圆满成功，浩瀚太空首次迎来中国“90后”访客。兴趣小组同学对我国航天科技领域中新型材料、新型能源进行了调研，并进行了一系列项目式探究。
活动一：了解新型材料在航天科技中的应用
（1）航天员舱外航天服使用的聚氨酯橡胶是 （选填“合成”或“金属”）材料。
（2）钛铝合金是制造高推重比航空发动机的极具潜力的高温结构材料，该合金可能具有的特性是 （写1条即可）。
活动二：了解能源在航天科技中的应用
推进剂是决定火箭动力的关键因素，下表罗列了常见的三种液体火箭推进剂的特点：[比冲指单位质量的推进剂所能带来的冲量（动量的改变）]
液体推进剂种类 特点
液氧煤油 成本低、比冲较低、易积碳结焦等
液氧液氢 成本高、比冲非常高、绿色环保、不易储存等
液氧甲烷 成本低、比冲较高、积碳不结焦、绿色环保、易制取等
（3）使用上述三种液体推进剂的过程中，作助燃剂的是 。
（4）部分运载火箭装载的推进剂是偏二甲肼（）和四氧化二氮（），二者接触即可发生反应：，释放出强大的能量，将载人飞船送入预定轨道。偏二甲肼和四氧化二氮反应的过程中 （选填“吸收”或“放出”）热量。从“燃烧的条件”分析，你对燃烧的新认识是 。
9．研究小组开展“我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用”主题学习活动。
活动一 我国航天科技领域中的新型材料
（1）嫦娥五号探测器使用的材质包含铝合金，铝合金属于 （选填“合成材料”或 “金属材料”）。
（2）我国计划在2030年前后实施“天问三号”火星采样返回任务。假如你是工程师，你认为火星采样返回器（如图1）的材料需具备的特点是 （写一个）。
活动二 我国航天科技领域中的新型能源
（3）长征系列运载火箭的第一、二子级火箭多数采用偏二甲肼（C2H8N2）和四氧化二氮（N2O4）作为燃料和助燃剂，在点火时反应生成氮气、二氧化碳和另外一种氧化物，该反应的化学方程式为 。火箭发动机运行简示图如图2所示，燃料和助燃剂需要高压氦气推动，经阀门A、B后形成高压气态混合物再点燃，目的是 。
（4）长征系列运载火箭的第三子级火箭采用液氢液氧环保型推进剂作为动力来源。某种光分解水制氢制氧的循环反应过程如图3所示。
①循环反应II的化学方程式是 。
②液氢液氧推进剂被称为“环保型推进剂”的原因是 。
（5）天和核心舱的能量主要来自柔性太阳电池翼，太阳能电池除给设备供电外，多余的电能可向蓄电池组充电，该过程中能量转化为太阳能→电能→ 。
10．化学在生活、生产和推动科技发展中发挥着重要作用。
（1）炒菜时，油锅中的油不慎着火可用锅盖盖灭，灭火原理是 。
（2）84消毒液是含氯消毒剂，主要成分是次氯酸钠（NaClO）。NaClO中氯元素的化合价为 。
（3）继青蒿素之后，屠呦呦在抗疟药物研发方面又有新突破——双氢青蒿素（）。双氢青蒿素由 种元素组成，碳元素和氧元素的质量比为 （填最简整数比）。
（4）钛合金以其优良性能在空间站建设中得到应用。钛合金属于 （填“合成材料”或“金属材料”）。
（5）新能源的开发和利用促进能源结构向多元、清洁低碳转变。请列举一种新能源 。
综合应用
11．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
2024年10月30日4时27分，“神舟十九号”载人飞船发射取得圆满成功，航天员乘组状态良好，飞船进入预定轨道后，将与空间站组合体进行自主快速交会对接，并与神舟十八号航天员乘组进行在轨轮换。
此次发射是我国载人航天工程进入空间站应用与发展阶段的又一次重要飞行任务，标志着我国载人航天事业又取得了新的重大进展。其中新型材料和新型能源发挥了重要作用。创新小组的同学对我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用开启了调查活动。
活动1：了解航天领域中的新型材料和能源
（1）飞船发射时，为增加发射动力和发射过程的有效性，选用偏二甲肼(，有毒)和液态四氧化二氮(，有毒)作推进剂，二者反应可生成对环境无污染的、和，推进剂在使用时应注意 。
（2）为保护宇航员的生命安全，一方面，“环控生保系统”向舱内输送的可供呼吸氧气，要在失重的状态下收集该气体可选用如图装置中的 (填字母)。
另一方面，飞船往返过程中，宇航员要穿上压力服，当舱内压力突变时，压力服会迅速充满气体，这应需要压力服必须具有良好的 性。
（3）返回舱返回时的动力来自液氢和液氧，它们提供动力时发生反应的化学方程式为 ，在即将着陆前，要迅速释放剩余的燃料，这样做的目的是 。
活动2：氢能的制取与储存
（4）我国科学家实现了天然气()制氢的突破，在400℃条件下，将天然气与水蒸气直接转化为氢气与二氧化碳。请写出该反应的化学方程式 。
（5）碳纳米管(图1)与活性炭均具有疏松多孔的结构，研究表明碳纳米管储氢的能力是活性炭的10倍。碳纳米管储氢利用 性。
（6）是一种储氢合金。350℃时，与反应生成，中与H的质量比为12：1，则 。
12．阅读下面文章。
化学反应在航天科技领域具有重要的应用价值。CZ-8火箭继承了我国新一代运载火箭和在役氢氧末级的研制成果，是中国中型运载火箭领域的核心力量。其高运载效率、多任务适应性和商业化潜力，为卫星互联网、深空探测等国家战略提供了关键支撑。CZ-8动力系统的基本配置和运载能力如图所示。
（1）CZ-8助推器和芯一级的推进剂是液氧煤油，煤油的主要成分是C12H20，液氧由 (填写微粒符号)构成。液氧煤油充分燃烧生成的是CO2和H2O，请写出对应的化学方程式为 ，该反应属于 (填“放热”或“吸热”)反应。
（2）CZ-8芯二级采用液氢-液氧推进剂，其燃烧反应的化学方程式为 。该反应的优点是产物仅为 ，对环境无污染。
（3）结合材料分析，CZ-8火箭芯一级使用液氧煤油而非液氢液氧的可能原因是 (写出你认为最重要的两点)。
（4）实验室模拟液氧煤油燃烧实验时，发现火焰颜色偏黄且有黑色颗粒物产生，黑色颗粒物可能是 ，说明燃烧条件需优化以提升 。
（5）基于火箭推进剂的评价模型，下列分析正确的是 ___________。
A．反应物应该量大易得 B．推进剂着火点都应低于0℃
C．反应物和生成物应无毒无害 D．推进剂应具有较高的热值
13．近年来，我国航天重大工程取得了一系列辉煌成就。某兴趣小组对我国航天科技领域中火箭的新型材料、新型能源的应用进行实践活动。
任务一：了解火箭的材料选择
（1）火箭整流罩的材料有聚碳酸酯、聚酰胺工程塑料，它们都属于 材料。
（2）火箭的燃料箱、氧化剂箱等部位用到了铝合金材料，铝制品具有很好的抗腐蚀性能，其原因是 。
任务二：了解火箭的能源选择
【查阅资料】现代火箭发动机和燃料的组合呈多元化发展趋势。不同推进剂的性能、优缺点等如下表所示。已知：一般情况下，真空比冲越大，火箭性能越好。
推进剂 真空比冲/s 毒性 储存条件 优点 缺点
偏二甲肼/四氧化二氮 343 剧毒 常温 技术简单，产物无污染 有毒，比冲低
煤油/液氧 356 无 常温/高压 无毒，常温储存，产物无污染 易积炭、结焦
液氢/液氧 455 无 -253℃/高压 ？ 储存技术要求高
（3）结合材料分析，液氢/液氧火箭可用作火箭推进剂，说明氢气具有的一种化学性质是 。
（4）液氢/液氧推进剂的优点是 。
（5）为保护发射架，火箭发射台底部建有水池。火箭发射后底部会冒出大量白雾，其原因是火箭发射时火焰喷射 (选填“放出”或“吸收”)热量，使水蒸发形成水蒸气。
14．我国航天科技领域的发展日新月异。
任务一：了解宇航产品的材料选择
（1）宇航员舱外航天服使用了聚氨酯橡胶材料，该材料属于 （填“天然”或“合成”）材料。
任务二：学习载人航天器处理的反应原理
（2）飞船上可采用吸收人体排出的，该反应的化学方程式为，则的化学式为 。
任务三：了解宇航产品的能源选择
（3）推进剂是决定火箭动力的关键因素，常使用的推进剂是液氢和液氧。氢气在氧气中燃烧的化学方程式为 。
拓展培优
15．化学反应在航天科技领域具有重要的应用价值。
（1）CZ-8火箭继承了我国新一代运载火箭和在役氢氧末级的研制成果。CZ-8 助推器和芯一级的推进剂是液氧煤油，液氧由 （填微粒符号）构成，煤油的主要成分是C12H20。液氧煤油充分燃烧生成的是CO2和H2O，其对应的化学方程式为 ，该反应属于 （填“放热” 或“吸热”）反应。
（2）二氧化碳会加剧温室效应。处理二氧化碳的一种方法是将二氧化碳与氢气反应，转化为甲烷和水。其反应的微观示意图如下，请将其补充完整 （在方框内画出微观模型）。
（3）实验室模拟液氧煤油燃烧实验时，发现火焰颜色偏黄且有黑色颗粒物产生，此时应 （填“增大”或“减小”）进风口。
（4）CZ-8芯二级采用液氢-液氧推进剂，其燃烧反应的化学方程式为 ，属于 （填基本反应类型）。与液氧煤油燃烧相比，该反应的优点是 。
（5）关于火箭推进剂的评价分析，正确的是________（填字母）。
A．反应物应该量大易得 B．推进剂种类不变，其着火点可以改变
C．反应物和生成物应无毒无害 D．推进剂应具有较高的热值
（6）我国航空飞机的发展也是航空工业的骄傲。航空飞机的燃料是航空煤油。如图是某型号飞机发动机的工作简图。
为探究燃料喷成细雾状的目的，进行如下实验：分别取两份等体积的航空煤油，一份放在金属瓶盖内点燃（图1），一份用喷壶喷成细雾状后点燃（图2）。根据燃烧的现象对比分析，燃烧室内将航空煤油喷成细雾状，目的除了使煤油充分燃烧，还有 、 等（从两个不同角度分析）。
16．长征系列运载火箭是我国自行研制的航天运载工具，火箭升空主要是利用推进剂燃烧释放出的大量高温气体，形成反作用力，推送火箭加速升空。下表为常用的火箭液体推进剂及其性能比较。
火箭推进剂 优点 缺点 火箭举例
偏二甲肼（C2H8N2）、四氧化二氮（N2O4） 较易储存、混合即能燃烧，反应如下：C2H8N2+2N2O4═2CO2+4H2O+3N2 毒性大、污染严重，腐蚀性强、热值较低 长征4号
煤油（主要成分为C12H26）、液态氧 价格便宜、使用方便、安全性好、比冲高 不易储存、储存加注设施复杂、发射准备时间长 长征5号
液态氢和液态氧 无污染、热值高、比冲高 氢气制取成本高、不易储存、发射准备时间长 长征7号
注：比冲一般指比冲量，指单位推进剂所产生的冲量。
（1）下列说法不合理的是
A．燃烧不一定要与氧气接触
B．火箭升空的过程中，不存在能量转化
C．煤油充分燃烧后，可能生成二氧化碳和水
D．火箭推进剂的选择需要从环境保护、安全、经济、性能等多角度考虑
任务一：了解我国宇航产品的基本情况
2024年7月5日，神舟十七号航天乘组太空归来后正式亮相。神舟十七号乘组在中国空间站驻留187天，刷新了乘组在轨时间的记录，被网友称为“最长太空出差乘组”。
（2）航天食品中包含牛肉和蔬菜，其中主要为航天员提供维生素C的食品是 。
（3）太空舱的氧气主要来自水的电解，电解水反应的化学方程式为 。
任务二：了解宇航产品的材料选择
（4）航天员舱外航天服使用的聚氨酯橡胶是 （填“隔热”或“导热”）材料。
（5）太阳能电池板需要使用铝合金箔片，铝合金能加工成箔片是利用了金属的 性。
任务三：了解宇航产品的能源选择
（6）长征型火箭使用的推进剂为偏二甲肼和四氧化二氮。
① 四氧化二氮中，氮元素的化合价为 。
② 偏二甲肼与四氧化二氮反应过程中 （填“吸收”或“放出”）热量。
任务四：设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
（7）铝合金比纯铝更适合做航天材料，因其具有 （填“更低密度”或“更高强度”）。
（8）设计航天服时需考虑太空辐射防护，可采用的措施是______（单选）。
A．增加金属镀层 B．使用荧光材料 C．添加香料
17．某学习小组开展跨学科实践活动，调查我国航天科技领域中材料和能源的应用。
I.火箭推进剂
（1）一种推进剂的组成为肼(N2H4)与四氧化二氮(N2O4)，反应生成水和空气中含量最多的气体 (填化学式)，产生反作用力推动火箭升空，能量转化如图，请补全过程 。
（2）液氢—液氧推进剂有巨大的应用前景。液氢作燃料的优点是 (答1点)，液氢燃烧的微观过程如图，判断阶段2 热量。
（3）光照下，在金(Au)纳米颗粒表面，H2S生成H2的转化微观示意图如图，反应的化学方程式为 。
II.航空材料和供给
（4）火箭材料使用铝合金、钛合金等，其硬度比各成分金属硬度 。火箭中塑料有聚四氟乙烯、聚苯乙烯等，塑料属于 材料。
（5）宇航食品富含蛋白质、钙。蛋白质一定含有C、H、O和 (填元素符号)，宇航员摄入钙预防 。
答案和解析
◆任务一 了解我国宇航产品的基本情况
1.我国宇航产品的发展和种类
我国宇航产品主要分为火箭和航天器。
宇航产品 具体产品及发射日期
火箭 1960年，第一枚T-7M试验型液体燃料探空火箭发射成功
1964年，第一枚“T-7A(S1)”生物试验火箭发射成功
航天器 卫星 1970年，第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功
1975年，第一颗返回式卫星发射成功
2015年，首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”号发射成功
飞船 1999年，第一艘无人试验飞船“神舟一号”发射成功
2003年至今，发射了“神舟五号”至“神舟二十号”载人飞船
空间探测器 探月工程：2007年～2020年，陆续发射“嫦娥一号”至“嫦娥五号”月球探测器
火星探测工程：2020年至今，发射“天问一号”“天问二号”火星探测器
探日工程：2021年~2022年，陆续发射“羲和号”太阳探测科学技术试验卫星和“夸父一号”综合性太阳探测卫星
空间站 试验阶段：2011年~2016年，陆续发射我国自主研制的“天宫一号”“天宫二号”目标飞行器
建成：中国空间站于2022年全面建成
2.我国宇航产品的主要用途
类型 主要用途
火箭 把航天器送入预定轨道
航天器 卫星 科学研究、通信、气象、导航等
飞船 往返于地面和航天空间站
空间探测器 对行星等进行探测
空间站 空间实验基地
◆任务二 了解宇航产品的材料选择(以神舟十二号载人飞船为例)
1.宇航产品所使用的的材料及其特点
主要材料 特点
主体结构 铝合金(金属材料) 密度小、耐低温、耐腐蚀等
外部涂层 H88、H96低密度烧蚀材料(复合材料) 填充轻质功能材料，同时保证材料表面抵抗气流冲刷的能力；耐高温、耐磨损
功能部件 钛合金(金属材料) 高强度、良好的耐热性和耐腐蚀性
碳纤维(复合材料) 质轻、高强度、良好的耐热性和耐腐蚀性
2.完善示意图
◆任务三 了解宇航产品的能源选择
1.火箭推进剂
（1）固体推进剂
固体推进剂通常是由燃料、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，一旦点燃将持续燃烧直至燃料耗尽。
（2）液体推进剂
液体推进剂包括液体燃料和液体氧化剂，它们在燃烧室内混合并燃烧。推力大小可控，能够实现多次启动和关机；效率较高，比冲(单位质量推进剂产生的推力)较大。
2.航天器开展工作时所使用的能源种类及特点
航天器 主要能源种类 是否可再生 特点
卫星 太阳能 可再生 高效、环保
化学能 可再生 高可靠性
飞船 核能 不可再生 高能量密度、高可靠性、工作寿命长
太阳能 可再生 高效、环保
化学能 可再生 高可靠性
空间探测器 太阳能 可再生 高效、环保
空间站 太阳能 可再生 高效、环保
3.完善示意图
◆任务四 设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
1.目前正处于试验阶段的新型材料
（1）二维材料
石墨烯 一种单层碳原子构成的材料，具有出色的导电性和机械性能
过渡金属二硫化物（TMDs） 类似于石墨烯的二维材料，但具有不同的电子性质，具有优异的光电性能
（2）超材料
超材料包括左手材料、光子晶体等。这些材料具有天然材料不具备的人工设计属性，例如负折射率、“隐身斗篷”等。
（3）生物基材料
生物塑料 以淀粉等天然物质为基础，在微生物作用下生成的塑料
微生物合成材料 利用微生物生产的新材料，如细菌纤维素
2.目前正处于试验阶段的新型能源
（1）核聚变能
核聚变是太阳和恒星的能量来源，目前正在进行实验的项目如ITER(国际热核聚变实验堆)旨在模拟这一过程。核聚变能具有几乎无污染、燃料丰富的优点。
（2）生物质能
第二代生物燃料 利用非食用作物、废弃物等生产生物燃料
藻类生质燃料 利用藻类生产生物柴油等
【展示与交流】
1.展示最终形成的示意图，交流并尝试总结宇航产品在材料和能源选择时的一般思路。宇航产品在材料与能源选择时的一般思路主要围绕高性能轻量化、极端环境稳定性以及材料与能源的安全性与可靠性进行。
2.介绍你设想的未来的宇航产品，说明设计思路，并讨论未来航天科技领域新型材料和能源可能的发展方向。
即学即练
1.金属钛是重要的航天、航海材料，被誉为“未来金属”。由钛铁矿(主要成分为钛酸亚铁，化学式为)提取海绵钛的工艺流程如图：
查阅资料：
①钛、镁在高温下与空气中的氧气、二氧化碳等都能发生反应。
②常温下镁能和盐酸反应，产物氯化镁可溶于水，钛不与盐酸反应。
请回答下列问题：
（1）钛酸亚铁()中钛元素显 价。
（2）“氧化酸解”时，需控制反应温度为150℃，此时若采用氧化，则效率较低，可能的原因是 。
（3）反应①是分解反应，产物有水，其化学方程式为 。
（4）反应②的化学方程式为，则的化学式为 。
（5）反应③的化学方程式为，反应进行过程中需持续通入氩气，氩气的作用是 。
【答案】（1）+4
（2）过氧化氢在加热的条件下易分解
（3）
（4）
（5）防止钛、镁在高温下与空气中的氧气、二氧化碳等反应
【详解】（1）设钛酸亚铁()中钛元素化合价为，已知铁元素化合价为+2价，氧元素化合价为-2价，依据化合物中各元素正负化合价代数和为0可知：，，钛酸亚铁()中钛元素显+4价。
（2）过氧化氢会分解为水和氧气，温度越高分解速率越快，所以可能原因是150℃时过氧化氢发生了分解反应。
（3）一种物质反应生成多种物质的反应叫做分解反应，反应①是分解反应，产物有水，其化学方程式为。
（4）依据质量守恒定律可知：化学反应前后原子的个数和种类不变，，反应前有1个钛原子、2个氧原子、2个碳原子、4个氯原子，反应后有1个钛原子、4个氯原子，所以2X中有2个氧原子、2个碳原子，X为CO。
（5）氩气是稀有气体，化学性质稳定。根据[查阅资料]钛、镁在高温下与空气中的氧气、二氧化碳等都能发生反应可知，氩气的作用是防止钛、镁在高温下与空气中的氧气、二氧化碳等反应。
考点一 航天科技领域中新型材料、新型能源的应用
【例1】近年来，我国航天工程取得许多重大成就。回答下列问题：
Ⅰ．航天材料
（1）航天员舱外航天服使用了一种聚氨酯橡胶材料，聚氨酯橡胶属于 (填“无机非金属”或“有机合成”)材料。
（2）钛合金常用作航天器的外壳材料。钛合金的下列性质与上述用途无关的是___________(填序号)。
A．密度小 B．熔点高 C．与人体具有很好的相容性 D．抗腐蚀性能好
Ⅱ．航天能源
（3）高氯酸铵(NH4ClO4)是固体运载火箭的主要推进剂，氯元素的化合价为 。高氯酸铵分解反应的化学方程式为2NH4ClO4N2↑+2O2↑+4X↑+Cl2↑，则X的化学式是 ，该反应的基本反应类型是 。
（4）长征二号F运载火箭的推进剂用到液氢、液氧。氢气燃烧的化学方程式为 。
Ⅲ．航天保障
（5）航天员在空间站需要食用不同形式的水果、蔬菜，以保证 (填营养物质名称)的摄入。在种植绿叶蔬菜时，发现叶片发黄，需要施用富含 (填一种营养元素符号)的化肥。
（6）我国空间站运用自主研发的“再生生保系统”，有效保障航天员的太空生存，其中一个子系统反应的微观示意图如下，该反应的化学方程式是 ，该反应的过程中的有机物是 (填物质名称)
【答案】（1）有机合成
（2）C
（3）+7 H2O 分解反应
（4）
（5）维生素 N
（6） 甲烷
【详解】（1）聚氨酯橡胶属于合成橡胶，属于有机合成材料；
（2）钛合金常用作航天器的外壳材料。是因为钛合金密度小、熔点高、抗腐蚀性好，钛合金可用于制造人造骨，是因为其与人体具有良好的相容性。
故选C；
（3）高氯酸铵中铵根离子显+1价，氧元素显-2价，设氯元素的化合价为x，根据化合物中，正、负化合价的代数和为零，可得：，x=+7；
根据质量守恒定律，化学反应前后原子的种类和数目不变，反应物中含N、H、Cl、O的个数分别是2、8、2、8，已知生成物中含N、H、Cl、O的个数分别是2、0、2、4，故生成物中还应含8个H、4个O，故X的化学式为：H2O；
该反应符合“一变多”的特点，属于分解反应；
（4）氢气燃烧生成水，该反应的化学方程式为：；
（5）蔬菜、水果富含维生素，故航天员在空间站需要食用不同形式的水果、蔬菜，以保证维生素的摄入；
氮肥有促进植物茎、叶生长茂盛，叶色浓绿，提高植物蛋白质含量的作用，故在种植绿叶蔬菜时，发现叶片发黄，需要施用富含N的化肥；
（6）由图可知，该反应为氢气和二氧化碳在一定条件下反应生成水和甲烷，该反应的化学方程式为：；
该反应过程中甲烷含碳元素，属于有机物，二氧化碳虽然含碳元素，但是二氧化碳属于无机物，故填：甲烷。
【变式1-1】近年来，我国在航天、科技、材料等多领域取得了瞩目的成就，下列过程主要发生化学变化的是
A．用纳米探针移动硅原子书写“中国”两个字
B．“天问一号”火星车利用形状记忆合金在阳光照射下自动展开太阳能板
C．在低温下超导材料的电阻为零
D．神舟“二十二”号飞船的燃料可靠性高，接触即自燃
【答案】D
【详解】A、用纳米探针移动硅原子书写“中国”两个字，没有新物质生成，属于物理变化，不符合题意；
B、“天问一号”火星车利用形状记忆合金在阳光照射下自动展开太阳能板，没有新物质生成，属于物理变化，不符合题意；
C、在低温下超导材料的电阻为零，没有新物质生成，属于物理变化，不符合题意；
D、神舟“二十二”号飞船的燃料可靠性高，接触即自燃，有新物质生成，属于化学变化，符合题意。
故选：D。
【变式1-2】2024年4月25日，神舟十八号载人飞船发射成功。航天技术的发展，离不开燃料与燃烧，下列有关燃烧的说法不正确的是
A．火焰中外焰温度最高
B．化学反应伴随着能量的变化
C．氢能源热值高，燃烧后无污染
D．奥运火炬可以在水下燃烧和传递，说明燃烧不需要氧气
【答案】D
【详解】A、火焰分为外焰、内焰、焰心，外焰与氧气接触最充分，燃烧最剧烈，因此温度最高，该说法正确。
B、所有化学反应都伴随着能量变化，要么吸热，要么放热，燃烧属于典型的放热反应，该说法正确。
C、氢气的热值高，且燃烧产物只有水，不会污染环境，是一种理想的清洁能源，该说法正确。
D、燃烧的必要条件之一是与氧气（或助燃物）接触。水下火炬能燃烧，是因为火炬自带了氧气供应系统，并非燃烧不需要氧气，该说法不正确。
故选：D。
【变式1-3】金属钛(Ti)常被用于航天、化工、医疗领域，工业上常用铁钛矿主要成分为FeTiO3制取钛(Ti)，并获得副产品氧化铁(Fe2O3)，其工艺流程如图所示：
（1）在加工之前要将铁钛矿进行粉碎处理，其目的是 。
（2）反应③的化学方程式为 。已知钛在高温下易被氧化，反应③ (填“需要”或“不需要”)隔绝空气。
（3）化学反应前后原子的种类不变，下列反应中可能产生导致酸雨的污染物的是_______(填选项)。
A．反应① B．反应③ C．反应④ D．反应⑤
（4）上述流程中可以循环使用的物质有 (填其中一种物质的化学式)。
（5）金属铝也通常应用于航天工业，具有良好的抗腐蚀性，是因为 (用方程式表达)。
【答案】（1）增大反应物之间的接触面积，使反应更快更充分
（2） 需要
（3）D
（4）（合理即可）
（5）
【详解】（1）在加工之前要将铁钛矿进行粉碎处理，其目的是：增大反应物之间的接触面积，使反应更快更充分；
（2）反应③为镁和四氯化钛在高温和Ar的条件下反应生成氯化镁和钛，该反应的化学方程式为：；
已知钛在高温下易被氧化，则反应③需要隔绝空气，防止镁和反应生成的钛高温下被氧化；
（3）导致酸雨形成的污染物主要有两种：二氧化硫（SO2）和二氧化氮（NO2），根据化学反应前后原子的种类不变可知，化学反应前后元素的种类不变，若反应物中含有硫元素、氮元素，可能产生导致酸雨的污染物。
A、反应①的反应物中含H、Ti、O元素，不含有硫元素、氮元素，不可能产生导致酸雨的污染物，不符合题意；
B、反应③的反应物中含Mg、Ti、Cl元素，不含有硫元素、氮元素，不可能产生导致酸雨的污染物，不符合题意；
C、反应④的反应物中含Mg、Cl，不含有硫元素、氮元素，不可能产生导致酸雨的污染物，不符合题意；
D、反应⑤的反应物FeSO4中含有硫元素，可能产生导致酸雨的污染物，符合题意。
故选D；
（4）由图可知，Mg、Cl2等既是反应物，又是生成物，可以循环利用；
（5）金属铝具有良好的抗腐蚀性，是因为铝的化学性质比较活泼，常温下铝能与空气中的氧气反应，在其表面形成一层致密的氧化铝薄膜，从而阻止铝进一步被氧化，该反应的化学方程式为：。
基础达标
1．嫦娥六号探测器的发射火箭用到了无污染的高能燃料。该燃料最有可能是
A．液氢 B．甲烷 C．酒精 D．石油
【答案】A
【详解】A、氢气燃烧热值高，且产物只有水，对环境无污染，符合题意；
B、甲烷燃烧会产生二氧化碳，二氧化碳排放过多会造成温室效应，不符合题意；
C、酒精不充分燃烧会产生一氧化碳和炭粒等污染物，不符合题意；
D、石油燃烧会产生一氧化碳和二氧化硫等多种污染物，不符合题意。
故选：A。
2．我国科技领域取得了很多与化学密切相关的成就。下列说法错误的是
A．飞船外壳使用碳纤维复合材料——碳纤维密度大
B．石墨烯制新型电阻触摸屏电极——石墨烯导电性好
C．空间站太阳翼使用氮化镓材料——氮化镓吸光能力强
D．聚醚醚酮作人形机器人的关节——聚醚醚酮抗磨性好
【答案】A
【详解】A、碳纤维复合材料具有重量轻、强度高、刚度大、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天等领域，其密度远低于金属材料，因此具有较大的优势，故说法错误；
B、石墨烯具有出色的导电性，其导电性强是因为石墨烯中电子性质的独特性，具有超高的载流子迁移率、出色的导电性以及较宽的电学带隙调控能力，故说法正确；
C、空间站太阳翼使用氮化镓材料，是因为氮化镓具有优异的光电性能，吸光能力强，故说法正确；
D、聚醚醚酮作人形机器人的关节，是因为聚醚醚酮具有高机械强度、耐化学腐蚀、耐磨损等特性，故说法正确。
故选A。
3．在“调查我国航天科技领域中新型材料的应用”跨学科实践活动中，实践小组认识了一种航天服材料——氨纶尼龙聚合物，该材料属于
A．合成材料 B．天然高分子材料 C．金属材料 D．无机非金属材料
【答案】A
【详解】氨纶尼龙聚合物属于合成纤维，属于合成材料。
故选A。
4．科技是第一生产力，近年来我国在科技领域取得了一系列辉煌成就。下列说法不正确的是
A．“福建号”航母在建造过程中大量使用特种钢。该特种钢的耐腐蚀性能比纯铁好
B．“天宫二号”的太阳能电池板使用了高效的光伏材料。这些材料能将太阳能转化为电能。
C．“长征五号”大推力运载火箭使用煤油作燃料，煤油属于混合物。
D．“嫦娥六号”用到了钛合金、塑料等多种材料，其中塑料属于复合材料。
【答案】D
【详解】A、合金（如特种钢）通常比纯金属（如铁）耐腐蚀性更好，正确；
B、太阳能电池板通过光伏效应将太阳能转化为电能，正确；
C、煤油是石油分馏产物，含多种烃类，属于混合物，正确；
D、塑料是合成材料，而非由多种材料复合而成，不属于复合材料，错误。
故选D。
5．我国在科技领域取得重大突破。下列说法错误的是
A．国家速滑馆“冰丝带”采用CO2超临界制冰，比氟利昂制冰更加环保
B．首次海域试采成功的可燃冰就是具有特殊笼状结构的可以燃烧的固态的水
C．“嫦娥五号”运载火箭用液氧液氢做推进剂，产物对环境无污染
D．歼20战斗机采用大量先进铝锂合金，具备耐腐蚀性
【答案】B
【详解】A、采用CO2超临界制冰，不产生污染物质，比氟利昂制冰更加环保，故选项说法正确；
B、可燃冰是水和甲烷在低温、高压的条件下形成的冰状固体，分布于深海沉积物中，不是可以燃烧的固态水，故选项说法错误；
C、氢气与氧气燃烧生成H2O，产物完全无污染，故选项说法正确；
D、铝锂合金具备耐腐蚀性的优点，则可以用于制造战斗机，故选项说法正确。
故选B。
6．班级开展“调查我国航天科技领域中新型材料的应用”的实践活动。下列调查到的新型材料中属于有机合成材料的是
A．石墨烯 B．玻璃钢 C．PC塑料 D．钛合金
【答案】C
【详解】A、石墨烯是由碳元素组成的碳单质，属于无机非金属材料，不符合题意；
B、玻璃钢是由玻璃纤维与合成材料复合而成的特殊材料，属于复合材料，不符合题意；
C、PC塑料属于有机合成材料，符合题意；
D、钛合金属于金属材料，不符合题意。
故选：C。
7．兴趣小组开展跨学科项目式实践活动，下列化学知识正确的是
选项 A B C D
活动主题 探究土壤酸碱性对植物生长的影响 用小卵石、石英砂、活性炭、蓬松棉及塑料瓶自制简易净水器净化雨水 设计低碳行动方案 调查航天科技领域中的材料
化学知识 用氢氧化钙改良酸性土壤 净化后的水是纯净物 加高烟囱可减少大气污染物排放 航天服用到的涤纶属于天然纤维
【答案】A
【详解】A、氢氧化钙是一种碱，能与土壤中的酸性物质发生中和反应，从而降低土壤酸度，使其更适宜植物生长，正确；
B、净水器使用小卵石、石英砂（过滤大颗粒杂质）、活性炭（吸附色素和异味）和蓬松棉（进一步过滤）进行物理净化和吸附。但净化后的水仍含有可溶性矿物质、离子等杂质经简易净化后属于混合物，不是纯净物，错误；
C、加高烟囱只能将污染物排放到更高的大气层，但并未减少污染物（如二氧化硫、粉尘）的总排放量。污染物仍进入大气，可能造成更大范围的污染，错误；
D、涤纶（聚酯纤维）是航天服常用材料，但涤纶属于合成纤维，由石油化工产品经化学合成制成（如聚合反应）。天然纤维则直接来自动植物，如棉、羊毛，错误。
故选：A。
8．“航天新征程，十九问苍穹”。神舟十九号载人飞船发射取得圆满成功，浩瀚太空首次迎来中国“90后”访客。兴趣小组同学对我国航天科技领域中新型材料、新型能源进行了调研，并进行了一系列项目式探究。
活动一：了解新型材料在航天科技中的应用
（1）航天员舱外航天服使用的聚氨酯橡胶是 （选填“合成”或“金属”）材料。
（2）钛铝合金是制造高推重比航空发动机的极具潜力的高温结构材料，该合金可能具有的特性是 （写1条即可）。
活动二：了解能源在航天科技中的应用
推进剂是决定火箭动力的关键因素，下表罗列了常见的三种液体火箭推进剂的特点：[比冲指单位质量的推进剂所能带来的冲量（动量的改变）]
液体推进剂种类 特点
液氧煤油 成本低、比冲较低、易积碳结焦等
液氧液氢 成本高、比冲非常高、绿色环保、不易储存等
液氧甲烷 成本低、比冲较高、积碳不结焦、绿色环保、易制取等
（3）使用上述三种液体推进剂的过程中，作助燃剂的是 。
（4）部分运载火箭装载的推进剂是偏二甲肼（）和四氧化二氮（），二者接触即可发生反应：，释放出强大的能量，将载人飞船送入预定轨道。偏二甲肼和四氧化二氮反应的过程中 （选填“吸收”或“放出”）热量。从“燃烧的条件”分析，你对燃烧的新认识是 。
【答案】（1）合成
（2）耐高温（其他合理答案均可）
（3）液氧
（4）放出 燃烧不一定需要氧气
【详解】（1）合成材料是人为地把不同物质经化学方法或聚合作用加工而成的材料，如塑料、合成纤维、合成橡胶等；金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料，航天员舱外航天服使用的聚氨酯橡胶是合成材料。不属于金属材料；
（2）航空发动机在工作时会产生高温，需要材料能耐高温；同时作为结构材料，需要有较大的强度等性能；钛铝合金作为制造高推重比航空发动机的高温结构材料，该合金可能具有的特性是耐高温（或强度大等）；
（3）氧气具有助燃性，在这三种液体推进剂（液氧煤油、液氧液氢、液氧甲烷）使用过程中，作助燃剂的是液氧；
（4）由 “偏二甲肼和四氧化二氮，二者接触即可发生反应，释放出强大的能量，将载人飞船送入预定轨道” 可知，偏二甲肼和四氧化二氮反应的过程中放出热量；通常我们认为燃烧需要氧气参与，但从该反应可知，燃烧不一定需要氧气，只要满足燃烧的三个条件（可燃物、与助燃物接触、达到着火点），在没有氧气的情况下也能发生燃烧现象，所以对燃烧的新认识是燃烧不一定需要氧气。
9．研究小组开展“我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用”主题学习活动。
活动一 我国航天科技领域中的新型材料
（1）嫦娥五号探测器使用的材质包含铝合金，铝合金属于 （选填“合成材料”或 “金属材料”）。
（2）我国计划在2030年前后实施“天问三号”火星采样返回任务。假如你是工程师，你认为火星采样返回器（如图1）的材料需具备的特点是 （写一个）。
活动二 我国航天科技领域中的新型能源
（3）长征系列运载火箭的第一、二子级火箭多数采用偏二甲肼（C2H8N2）和四氧化二氮（N2O4）作为燃料和助燃剂，在点火时反应生成氮气、二氧化碳和另外一种氧化物，该反应的化学方程式为 。火箭发动机运行简示图如图2所示，燃料和助燃剂需要高压氦气推动，经阀门A、B后形成高压气态混合物再点燃，目的是 。
（4）长征系列运载火箭的第三子级火箭采用液氢液氧环保型推进剂作为动力来源。某种光分解水制氢制氧的循环反应过程如图3所示。
①循环反应II的化学方程式是 。
②液氢液氧推进剂被称为“环保型推进剂”的原因是 。
（5）天和核心舱的能量主要来自柔性太阳电池翼，太阳能电池除给设备供电外，多余的电能可向蓄电池组充电，该过程中能量转化为太阳能→电能→ 。
【答案】（1）金属材料
（2）硬度大（合理即可）
（3） 增大反应物接触面积，使反应更快更充分
（4） 反应产物是水，无污染
（5）化学能
【详解】（1）金属材料包括纯金属和合金，所以铝合金属于金属材料；
（2）火星采样返回器需要具有硬度大、熔点高等特点；
（3）偏二甲肼在点燃的条件下与四氧化二氮反应，生成氮气、水和二氧化碳，反应的化学方程式为：；
燃料和助燃剂需要高压氦气推动，经阀门A、B后形成高压气态混合物再点燃，可以增大反应物接触面积，使反应更快更充分；
（4）①循环反应II是氧化亚铁和水在太阳能的作用下反应生成四氧化三铁和水，反应的化学方程式是：；
②液氢液氧推进剂被称为“环保型推进剂”的原因是燃烧产物是水，无污染；
（5）天和核心舱的能量主要来自柔性太阳电池翼，太阳能电池除给设备供电外，多余的电能可向蓄电池组充电。该过程中能量转化为太阳能→电能→化学能。
10．化学在生活、生产和推动科技发展中发挥着重要作用。
（1）炒菜时，油锅中的油不慎着火可用锅盖盖灭，灭火原理是 。
（2）84消毒液是含氯消毒剂，主要成分是次氯酸钠（NaClO）。NaClO中氯元素的化合价为 。
（3）继青蒿素之后，屠呦呦在抗疟药物研发方面又有新突破——双氢青蒿素（）。双氢青蒿素由 种元素组成，碳元素和氧元素的质量比为 （填最简整数比）。
（4）钛合金以其优良性能在空间站建设中得到应用。钛合金属于 （填“合成材料”或“金属材料”）。
（5）新能源的开发和利用促进能源结构向多元、清洁低碳转变。请列举一种新能源 。
【答案】（1）隔绝氧气（或空气）
（2）+1
（3）三/3 9:4
（4）金属材料
（5）太阳能（答案合理即可）
【详解】（1）炒菜时，油锅中的油不慎着火可用锅盖盖灭，油因缺少氧气而熄灭，灭火原理是隔绝氧气（或空气）；
（2）在化合物中钠元素显+1价，氧元素一般显-2价，设次氯酸钠中氯元素的化合价为，根据在化合物中各种元素化合价的代数和等于零，则：，解得：。故填：+1。
（3）由双氢青蒿素化学式可知，双氢青蒿素由碳、氢、氧三种元素组成；双氢青蒿素中碳元素和氧元素的质量比为：。故填：三或3；9:4。
（4）合成材料包括塑料、合成橡胶、合成纤维，金属材料包括纯金属和合金，钛合金是钛的合金，属于金属材料。故填：金属材料。
（5）新能源有太阳能、风能、地热能、生物质能、乙醇、氢气、可燃冰等。故填：太阳能（答案合理即可）。
综合应用
11．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
2024年10月30日4时27分，“神舟十九号”载人飞船发射取得圆满成功，航天员乘组状态良好，飞船进入预定轨道后，将与空间站组合体进行自主快速交会对接，并与神舟十八号航天员乘组进行在轨轮换。
此次发射是我国载人航天工程进入空间站应用与发展阶段的又一次重要飞行任务，标志着我国载人航天事业又取得了新的重大进展。其中新型材料和新型能源发挥了重要作用。创新小组的同学对我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用开启了调查活动。
活动1：了解航天领域中的新型材料和能源
（1）飞船发射时，为增加发射动力和发射过程的有效性，选用偏二甲肼(，有毒)和液态四氧化二氮(，有毒)作推进剂，二者反应可生成对环境无污染的、和，推进剂在使用时应注意 。
（2）为保护宇航员的生命安全，一方面，“环控生保系统”向舱内输送的可供呼吸氧气，要在失重的状态下收集该气体可选用如图装置中的 (填字母)。
另一方面，飞船往返过程中，宇航员要穿上压力服，当舱内压力突变时，压力服会迅速充满气体，这应需要压力服必须具有良好的 性。
（3）返回舱返回时的动力来自液氢和液氧，它们提供动力时发生反应的化学方程式为 ，在即将着陆前，要迅速释放剩余的燃料，这样做的目的是 。
活动2：氢能的制取与储存
（4）我国科学家实现了天然气()制氢的突破，在400℃条件下，将天然气与水蒸气直接转化为氢气与二氧化碳。请写出该反应的化学方程式 。
（5）碳纳米管(图1)与活性炭均具有疏松多孔的结构，研究表明碳纳米管储氢的能力是活性炭的10倍。碳纳米管储氢利用 性。
（6）是一种储氢合金。350℃时，与反应生成，中与H的质量比为12：1，则 。
【答案】（1）防止推进剂泄漏，避免造成人员中毒和环境污染
（2）C 气密（或透气、弹性等合理答案均可）
（3） 防止着陆时因燃料残留引发危险（如爆炸等）
（4）
（5）吸附
（6）2
【详解】（1）偏二甲肼和液态四氧化二氮都有毒，使用时要防止它们泄漏，避免造成人员中毒和环境污染。
（2）在失重状态下，气体在容器内均匀分布，用真空袋（C 装置）可收集氧气；
当舱内压力突变时，压力服要迅速充满气体，需要压力服具有良好的气密性（或透气、弹性等，能满足迅速充放气相关性质即可）。
（3）液氢和液氧在点燃条件下反应生成水，化学方程式为；
着陆前迅速释放剩余燃料，是为防止燃料残留，避免着陆时因碰撞等因素引发燃料燃烧爆炸等危险。
（4）在400℃条件下，天然气与水蒸气直接转化为氢气与二氧化碳，化学方程式为。
（5）碳纳米管与活性炭结构相似，活性炭有吸附性，所以碳纳米管储氢利用了吸附性。
（6）在MgHn中，Mg相对原子质量为24，H相对原子质量为1，已知Mg与H质量比为，则，解得n=2 。
12．阅读下面文章。
化学反应在航天科技领域具有重要的应用价值。CZ-8火箭继承了我国新一代运载火箭和在役氢氧末级的研制成果，是中国中型运载火箭领域的核心力量。其高运载效率、多任务适应性和商业化潜力，为卫星互联网、深空探测等国家战略提供了关键支撑。CZ-8动力系统的基本配置和运载能力如图所示。
（1）CZ-8助推器和芯一级的推进剂是液氧煤油，煤油的主要成分是C12H20，液氧由 (填写微粒符号)构成。液氧煤油充分燃烧生成的是CO2和H2O，请写出对应的化学方程式为 ，该反应属于 (填“放热”或“吸热”)反应。
（2）CZ-8芯二级采用液氢-液氧推进剂，其燃烧反应的化学方程式为 。该反应的优点是产物仅为 ，对环境无污染。
（3）结合材料分析，CZ-8火箭芯一级使用液氧煤油而非液氢液氧的可能原因是 (写出你认为最重要的两点)。
（4）实验室模拟液氧煤油燃烧实验时，发现火焰颜色偏黄且有黑色颗粒物产生，黑色颗粒物可能是 ，说明燃烧条件需优化以提升 。
（5）基于火箭推进剂的评价模型，下列分析正确的是 ___________。
A．反应物应该量大易得 B．推进剂着火点都应低于0℃
C．反应物和生成物应无毒无害 D．推进剂应具有较高的热值
【答案】（1）O2 C12H20+17O212CO2+10H2O 放热
（2） 水/H2O
（3）液氢储存和运输难度大/液氧煤油价格较低/液氧煤油热稳定性高
（4）炭黑 提升氧气的浓度/氧气与煤油的接触面积
（5）ACD
【详解】（1）液氧是液态的氧气，由氧分子构成，氧分子的符号为O2；
煤油的主要成分C12H20与液氧充分燃烧生成CO2和H2O，化学方程式为C12H20+17O212CO2+10H2O。燃烧是发光、发热的剧烈氧化反应，该反应属于放热反应；
（2）液氢和液氧反应生成水，化学方程式为。该反应的优点是产物仅为水（H2O），对环境无污染；
（3）CZ-8 火箭芯一级使用液氧煤油而非液氢液氧的可能原因：液氢储存和运输难度大，氢气的沸点极低，为-252.8℃，储存和运输需要特殊的低温设备和技术，成本高且安全性要求极高；而煤油常温常压下为液态，储存和运输相对容易；根据图示可知，液氧煤油价格较低、热稳定性高等；
（4）实验室模拟液氧煤油燃烧实验时，发现火焰颜色偏黄且有黑色颗粒物产生，由于煤油中含碳元素，不完全燃烧时会产生炭黑，所以黑色颗粒物可能是 炭黑。这说明燃烧条件需优化以提升氧气的浓度（或氧气与煤油的接触面积等合理表述），使煤油充分燃烧；
（5）A、反应物应该量大易得，这样才能保证火箭有足够的推进剂来源，满足频繁发射等需求，正确；
B、着火点是物质的固有属性，不同推进剂着火点不同，并非都要低于0℃，错误；
C、从环保和安全角度，这有利于减少对环境的污染和对工作人员的危害，正确；
D、较高的热值意味着单位质量的推进剂能释放更多的能量，为火箭提供更强大的动力，正确。
故选ACD。
13．近年来，我国航天重大工程取得了一系列辉煌成就。某兴趣小组对我国航天科技领域中火箭的新型材料、新型能源的应用进行实践活动。
任务一：了解火箭的材料选择
（1）火箭整流罩的材料有聚碳酸酯、聚酰胺工程塑料，它们都属于 材料。
（2）火箭的燃料箱、氧化剂箱等部位用到了铝合金材料，铝制品具有很好的抗腐蚀性能，其原因是 。
任务二：了解火箭的能源选择
【查阅资料】现代火箭发动机和燃料的组合呈多元化发展趋势。不同推进剂的性能、优缺点等如下表所示。已知：一般情况下，真空比冲越大，火箭性能越好。
推进剂 真空比冲/s 毒性 储存条件 优点 缺点
偏二甲肼/四氧化二氮 343 剧毒 常温 技术简单，产物无污染 有毒，比冲低
煤油/液氧 356 无 常温/高压 无毒，常温储存，产物无污染 易积炭、结焦
液氢/液氧 455 无 -253℃/高压 ？ 储存技术要求高
（3）结合材料分析，液氢/液氧火箭可用作火箭推进剂，说明氢气具有的一种化学性质是 。
（4）液氢/液氧推进剂的优点是 。
（5）为保护发射架，火箭发射台底部建有水池。火箭发射后底部会冒出大量白雾，其原因是火箭发射时火焰喷射 (选填“放出”或“吸收”)热量，使水蒸发形成水蒸气。
【答案】（1）合成
（2）铝在常温下与空气中的氧气反应生成一层致密的氧化铝薄膜，阻止铝进一步氧化
（3）可燃性
（4）清洁无污染
（5）放出
【详解】（1）塑料属于合成材料；
（2）铝在空气中会与氧气反应生成一层致密的氧化铝薄膜，阻止内部金属进一步被腐蚀；
（3）液氢/液氧火箭可用作火箭推进剂，说明氢气具有的一种化学性质是可燃性；
（4）：从表中数据可知，液氢/液氧的真空比冲（455s）显著高于其他推进剂，且无毒性，燃烧产物仅为水，无污染；
（5）火箭发射后底部会冒出大量白雾，其原因是火箭发射时火焰喷射放出热量，使水蒸发形成水蒸气。故填：放出。
14．我国航天科技领域的发展日新月异。
任务一：了解宇航产品的材料选择
（1）宇航员舱外航天服使用了聚氨酯橡胶材料，该材料属于 （填“天然”或“合成”）材料。
任务二：学习载人航天器处理的反应原理
（2）飞船上可采用吸收人体排出的，该反应的化学方程式为，则的化学式为 。
任务三：了解宇航产品的能源选择
（3）推进剂是决定火箭动力的关键因素，常使用的推进剂是液氢和液氧。氢气在氧气中燃烧的化学方程式为 。
【答案】（1）合成
（2）
（3）
【详解】（1）聚氨酯橡胶属于合成橡胶，属于合成材料；
（2）根据质量守恒定律，化学反应前后，原子的种类和数目不变，反应物中含Li、O、H、C的个数分别是2、4、2、1，生成物中含Li、O、H、C的个数分别是2、3、0、1，故生成物中还应含1个O、2个H，X的化学式为：H2O；
（3）氢气在氧气中燃烧生成水，方程式为：。
拓展培优
15．化学反应在航天科技领域具有重要的应用价值。
（1）CZ-8火箭继承了我国新一代运载火箭和在役氢氧末级的研制成果。CZ-8 助推器和芯一级的推进剂是液氧煤油，液氧由 （填微粒符号）构成，煤油的主要成分是C12H20。液氧煤油充分燃烧生成的是CO2和H2O，其对应的化学方程式为 ，该反应属于 （填“放热” 或“吸热”）反应。
（2）二氧化碳会加剧温室效应。处理二氧化碳的一种方法是将二氧化碳与氢气反应，转化为甲烷和水。其反应的微观示意图如下，请将其补充完整 （在方框内画出微观模型）。
（3）实验室模拟液氧煤油燃烧实验时，发现火焰颜色偏黄且有黑色颗粒物产生，此时应 （填“增大”或“减小”）进风口。
（4）CZ-8芯二级采用液氢-液氧推进剂，其燃烧反应的化学方程式为 ，属于 （填基本反应类型）。与液氧煤油燃烧相比，该反应的优点是 。
（5）关于火箭推进剂的评价分析，正确的是________（填字母）。
A．反应物应该量大易得 B．推进剂种类不变，其着火点可以改变
C．反应物和生成物应无毒无害 D．推进剂应具有较高的热值
（6）我国航空飞机的发展也是航空工业的骄傲。航空飞机的燃料是航空煤油。如图是某型号飞机发动机的工作简图。
为探究燃料喷成细雾状的目的，进行如下实验：分别取两份等体积的航空煤油，一份放在金属瓶盖内点燃（图1），一份用喷壶喷成细雾状后点燃（图2）。根据燃烧的现象对比分析，燃烧室内将航空煤油喷成细雾状，目的除了使煤油充分燃烧，还有 、 等（从两个不同角度分析）。
【答案】（1）O2 C12H20+17O212CO2+10H2O 放热
（2）
（3）增大
（4）2H2+O22H2O 化合反应 产物是水，无污染
（5）ACD
（6）减少产生炭黑，防止发动机积碳 产生更大的动力
【详解】（1）液氧是液态的氧气，氧气由氧分子构成，氧分子的符号为O2。
煤油（C12H20）与氧气充分燃烧生成二氧化碳和水，化学方程式为C12H20+17O212CO2+10H2O。燃烧反应一般都放热，所以该反应属于放热反应。
（2）由题干信息可知：二氧化碳和氢气在一定条件下反应生成甲烷和水，则丁为水；由微观示意图，根据反应前后原子种类和数目均相等可知，反应前含有8个氢原子、1个碳原子、2个氧原子，反应后丙中含有1个碳原子、4个氢原子，则丁中含有4个氢原子和2个氧原子，则方框中应为2个水分子，微观图示为。
（3）火焰颜色偏黄且有黑色颗粒物产生，说明煤油燃烧不充分，可能是氧气不足，此时应增大进风口，提供更多氧气，使煤油充分燃烧。
（4）氢气和氧气在点燃条件下反应生成水，化学方程式为2H2+O22H2O，该反应符合 “多变一” 的特点，属于化合反应。与液氧煤油燃烧相比，该反应的优点是产物是水，无污染。
（5）A、反应物量大易得，才能满足火箭发射的需求，正确。
B、着火点是物质的固有属性，推进剂种类不变，其着火点不能改变，错误。
C、反应物和生成物无毒无害，可减少对环境的污染，正确。
D、推进剂具有较高的热值，能提供更多能量，满足火箭发射需求，正确。
故选ACD。
（6）航空煤油喷成细雾状的目的： 燃烧室内将航空煤油喷成细雾状，目的除了使煤油充分燃烧，还有减少产生炭黑，防止发动机积碳；增大单位时间内释放的热量，充分燃烧和提高效率会使单位时间内释放更多热量，产生更大的动力 等。
16．长征系列运载火箭是我国自行研制的航天运载工具，火箭升空主要是利用推进剂燃烧释放出的大量高温气体，形成反作用力，推送火箭加速升空。下表为常用的火箭液体推进剂及其性能比较。
火箭推进剂 优点 缺点 火箭举例
偏二甲肼（C2H8N2）、四氧化二氮（N2O4） 较易储存、混合即能燃烧，反应如下：C2H8N2+2N2O4═2CO2+4H2O+3N2 毒性大、污染严重，腐蚀性强、热值较低 长征4号
煤油（主要成分为C12H26）、液态氧 价格便宜、使用方便、安全性好、比冲高 不易储存、储存加注设施复杂、发射准备时间长 长征5号
液态氢和液态氧 无污染、热值高、比冲高 氢气制取成本高、不易储存、发射准备时间长 长征7号
注：比冲一般指比冲量，指单位推进剂所产生的冲量。
（1）下列说法不合理的是
A．燃烧不一定要与氧气接触
B．火箭升空的过程中，不存在能量转化
C．煤油充分燃烧后，可能生成二氧化碳和水
D．火箭推进剂的选择需要从环境保护、安全、经济、性能等多角度考虑
任务一：了解我国宇航产品的基本情况
2024年7月5日，神舟十七号航天乘组太空归来后正式亮相。神舟十七号乘组在中国空间站驻留187天，刷新了乘组在轨时间的记录，被网友称为“最长太空出差乘组”。
（2）航天食品中包含牛肉和蔬菜，其中主要为航天员提供维生素C的食品是 。
（3）太空舱的氧气主要来自水的电解，电解水反应的化学方程式为 。
任务二：了解宇航产品的材料选择
（4）航天员舱外航天服使用的聚氨酯橡胶是 （填“隔热”或“导热”）材料。
（5）太阳能电池板需要使用铝合金箔片，铝合金能加工成箔片是利用了金属的 性。
任务三：了解宇航产品的能源选择
（6）长征型火箭使用的推进剂为偏二甲肼和四氧化二氮。
① 四氧化二氮中，氮元素的化合价为 。
② 偏二甲肼与四氧化二氮反应过程中 （填“吸收”或“放出”）热量。
任务四：设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
（7）铝合金比纯铝更适合做航天材料，因其具有 （填“更低密度”或“更高强度”）。
（8）设计航天服时需考虑太空辐射防护，可采用的措施是______（单选）。
A．增加金属镀层 B．使用荧光材料 C．添加香料
【答案】（1）B
（2）蔬菜
（3）2H2O2H2↑+ O2↑
（4）隔热
（5）延展
（6）+4 放出
（7）更高强度
（8）A
【详解】（1）A、燃烧不一定要与氧气接触，如偏二甲肼与四氧化二氮的燃烧，说法合理，不符合题意；
B、火箭升空的过程中，化学能转化为机械能，说法不合理，符合题意；
C、煤油（主要成分为C12H26）主要是由碳元素与氢元素组成的，由质量守恒定律可知，煤油充分燃烧后，可能生成二氧化碳和水，说法合理，不符合题意；
D、火箭推进剂的选择需要从环境保护、安全、经济、性能等多角度考虑，说法合理，不符合题意。
故选B。
（2）蔬菜（如青椒、菠菜等）富含维生素C，而牛肉主要提供蛋白质和脂肪；
（3）电解水时，水分解为氢气和氧气，方程式为：2H2O2H2↑+ O2↑；
（4）舱外航天服需要隔绝太空中的极端温度（高温或低温），聚氨酯橡胶具有优异的隔热性能，能有效防止热量传递；
（5）金属的延展性是指金属在外力作用下能被压成薄片（展性）或拉成细丝（延性）。铝合金加工成箔片正是利用了这一特性；
（6）①四氧化二氮（N2O4）中，氧的化合价为-2，设氮的化合价为x，则 2x+4×（ 2）=0， 2x+4×（ 2）=0，
解得 x=+4。
② 偏二甲肼与四氧化二氮的反应是剧烈燃烧反应，属于放热反应，为火箭提供推进动力；
（7）合金通过固溶强化提高强度，但密度可能略增，主要优势是更高强度；
（8）设计航天服需要考虑太空辐射防护，金属镀层可反射或吸收辐射，故选A。
17．某学习小组开展跨学科实践活动，调查我国航天科技领域中材料和能源的应用。
I.火箭推进剂
（1）一种推进剂的组成为肼(N2H4)与四氧化二氮(N2O4)，反应生成水和空气中含量最多的气体 (填化学式)，产生反作用力推动火箭升空，能量转化如图，请补全过程 。
（2）液氢—液氧推进剂有巨大的应用前景。液氢作燃料的优点是 (答1点)，液氢燃烧的微观过程如图，判断阶段2 热量。
（3）光照下，在金(Au)纳米颗粒表面，H2S生成H2的转化微观示意图如图，反应的化学方程式为 。
II.航空材料和供给
（4）火箭材料使用铝合金、钛合金等，其硬度比各成分金属硬度 。火箭中塑料有聚四氟乙烯、聚苯乙烯等，塑料属于 材料。
（5）宇航食品富含蛋白质、钙。蛋白质一定含有C、H、O和 (填元素符号)，宇航员摄入钙预防 。
【答案】（1）N2 化学能
（2）燃烧产物是水，对环境无污染 放出
（3）2H2S2H2+S2
（4）大 合成
（5）N 骨质疏松
【详解】（1）空气中含量最多的气体为氮气，化学式为N2。推进剂反应时发生化学变化，产生反作用力推动火箭升空，能量转化为化学能转化为热能，再转化为机械能。
（2）液氢作燃料的优点有燃烧产物是水，对环境无污染、热值高等，氢气在氧气中燃烧放出热量，结合图示可知 ，阶段2放出热量。
（3）由题中信息及图示可知，光照下，在金(Au)纳米颗粒表面，H2S发生反应生成H2和S2，反应的化学方程式为2H2S2H2+S2。
（4）合金的硬度一般大于其组分的纯金属的硬度，火箭材料使用铝合金、钛合金等，其硬度比各成分金属硬度大。火箭中塑料有聚四氟乙烯、聚苯乙烯等，塑料属于合成材料。
（5）蛋白质一定含有C、H、O和N，宇航员摄入钙可预防骨质疏松。
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