高中化学鲁科版 (2019)选择性必修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教学ppt课件

这是一份高中化学鲁科版 (2019)选择性必修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教学ppt课件，共17页。PPT课件主要包含了镍镉电池，镍氢电池，氢氧燃料电池，神舟飞船中的电池等内容，欢迎下载使用。

在携带资源有限的载人航天器中，如何充分利用能量和物质？
氧气再生二氧化碳清除水处理食物供给
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。
尝试设计载人航天器用化学电池
Ⅰ.回顾在第二节设计的氢氧燃料电池，请写出碱性条件下的电极反应和电池反应。
负极:2H2+4OH－－4e－ === 4H2O；正极:O2+2H2O+4e－ === 4OH-；电池反应为2H2+O2 === 2H2O。
实验室利用Na2O2与CO2反应可生成O2;通过化学反应将航天器内人体产生的CO2转化为O2,从而为航天人员提供O2。
Ⅱ.实验室如何将CO2转化为O2?载人航天器中人员呼吸需要的O2从何而来?
Ⅲ.图是“阿波罗”飞船中使用的氢氧燃料电池部分结构的示意图。请将该电池和第二节设计的氢氧燃料电池进行比较、说明异同，并结合资料尝试解释“阿波罗”飞船使用的氢氧燃料电池中各部分材料选择的理由。
“阿波罗”飞船中使用的氢氧燃料电池，H2和O2是从电池外部输入的，电池反应所生成的H2O输送到了电池外部。H2用作还原剂（燃料），O2用作氧化剂（助燃剂），电极用作电池反应的载体，KOH溶液用作离子导体。
Ⅳ.为什么采用KOH溶液做电解质溶液而不是用H2SO4溶液？
Ⅴ.以电解质溶液作为离子导体的氢氧燃料电池在使用时生成的水会稀释电解质溶液，碱性电解质溶液还会与二氧化碳反应，这些问题都会导致电池内阻增大，从而降低电池的工作效率。请提出方案解决以上问题。
从解决电解质溶液稀释和变质问题的角度找出二者所做设计的异同。
一种培根型碱性氢氧燃料电池部分结构示意图（电池工作温度为200 ℃）
质子交换膜氢氧燃料电池部分结构示意图
在这两种电池中加装水蒸气冷凝装置，应该分别加装在什么位置？
——太阳能电池阵-镍镉蓄电池组系统
光照区充电:负极　Cd(OH)2+2e－=== Cd+2OH－ 正极　2Ni(OH)2+2OH－－2e－===2NiOOH+2H2O
阴影区放电:负极　Cd+2OH－－2e－ === Cd(OH)2正极　2NiOOH+2H2O+2e－=== 2Ni(OH)2+2OH－
尝试设计载人航天器的氧气再生方案
请你设计从人体代谢的废物（如水、二氧化碳）中获取氧气的方案
物质转化时一定会伴随能量变化。通过焓变计算可以预测是否需要提供能量来维持化学反应的进行，或者是否可以利用化学反应释放的能量，从而合理利用航天器中有限的能量。
萨巴蒂尔（Sabatier）反应可以将二氧化碳转化为甲烷和水，配合水的电解可以实现氧气的再生。该方法可同时解决二氧化碳的清除问题，因此成为一种非常重要的载人航天器中氧气再生方法。
计算萨巴蒂尔反应的焓变
根据盖斯定律，由①×4－②可得
ΔH=－164.9kJ·ml-1
萨巴蒂尔反应是放热反应并且在300~400 ℃时转化率较高，为保证转化率，应如何控制反应器内的温度？
一般会将进入反应器的气体提前加热至反应温度。同时，反应器配有冷却装置，以便及时将过多的反应热传走。冷却装置传走的热量，以及从反应器出来的气体带走的热量还可以继续利用。
请对比分析博世反应与萨巴蒂尔反应的优缺点？
博世反应：CO2(g)+2H2(g)===C(s)+2H2O(g) ΔH=－90.1kJ·ml-1
50%的氢元素没有得到利用