教学资源：有关我国火箭燃料的教学资源

教学资源：有关我国⽕箭燃料的教学资源
【教学资源】
有关我国⽕箭燃料的教学资源
湖北省⽯⾸市⽂峰中学刘涛
⼀、我国长征运载⽕箭燃料的秘密
我国航天计划将实施载⼈航天⼯程、未来的空间站建设、探⽉三期⼯程，都需通过“长征”系列运载⽕箭才能完成发射任务。

长征系列运载⽕箭是我国⾃⾏研制的航天运输⼯具，运载⽕箭的保障是所有航天活动的第⼀步。

我国长征系列运载⽕箭发射时要使⽤哪些燃料？
（图⼀：天宫⼆号发射）（图⼆：冰箭）
电视现场直播“天宫⼆号”发射升空追⽉的实况（见图⼀），长征运载⽕箭尾部拖着橘黄⾊的壮观⽕焰，产⽣巨⼤的推⼒，腾空⽽起，成功送达预定轨道。

运载⽕箭通常使⽤液态（或固体）燃料，具有便于制取、能量⾼、推⼒强劲和易控制等显著优点。

偏⼆甲肼是⽬前世界上最普遍使⽤的⽕箭燃料，我国“长征”系列运载⽕箭的第⼀、⼆级燃料多数采⽤偏⼆甲肼（C2H8N2）和四氧化⼆氮（N2O4）的“⼆元推进剂”，在点燃时偏⼆甲肼和四氧化⼆氮发⽣剧烈的反应，⽣成氮⽓、⽔和⼆氧化碳，反应时的化学⽅程式为
C2H8N2+2N2O43N2+4H2O+2CO2，以热⽓流⾼速向后喷出，产⽣巨⼤的反作⽤⼒定向飞⾏。

对此可发现：可燃物燃料时不⼀定需要氧⽓助燃。

偏⼆甲肼是⼀种有毒、有腐蚀性的油状液体，因此燃料加注要控制在⽕箭发射窗⼝期前24⼩时左右进⾏，采取安全的措施分别有：加注时要求严格检查仪器的⽓密性，完全密封防⽌泄露，正确使⽤防毒⾯具和防护服，严防静电和雷电，禁⽌携带使⽤⽕种和⼿机，⽤⽔稀释周围⼤⽓，尾⽓排放应达到国家排放标准等。

中国⾃主研制新⼀代重型运载⽕箭“冰箭”（见图⼆），采⽤⽆毒、⽆污染、⾼性能的冷藏液氧液氢低温燃料，我国成为世界上第三个掌握控制液态氢技术的国家。

液氢与液氧在⽕
箭发动机内迅速发⽣化合反应，化学⽅程式为2H2+ O2
点燃
2H2O，⽣成唯⼀产物为⽔，并放出⼤量热，环保没有污染，完全符合“绿⾊化学”的要求。

使⽤⾼效、低毒的液氧煤油⽕箭燃料替代常规的肼类燃料，是世界航天推进技术的发展趋势。

中国航天科技集团已点⽕热试车获得圆满成功，对于我国航天⼯业战略意义重⼤。

我国成为世界上第⼆个掌握⾼压补燃循环液氧煤油发动机核⼼技术的国家。

我国“长征”五号和七号运载⽕箭使⽤120吨级液氧煤油⽕箭发动机，采⽤世界上最先进的⾼压补燃循环系统，其推⼒⽐现有“长征”系列运载⽕箭提⾼60%，运载能⼒是原来的三倍左右。

煤油作为常温推进剂，可实现来源⼴泛、⾼能量特性、廉价环保、可重复使⽤、可靠性⾼、⼤范围推⼒调节等突出优势，将为我国空间站建设、载⼈登⽉和深空探测提供技术⽀撑。

点燃
浩瀚星⾠，征途漫漫。

中国航天探索的征程将会迈向更遥远、深邃的太空，⾃主研发⼤幅度提升我国运载⽕箭的航天运输能⼒，不久的未来，我国运载⽕箭的整体⽔平将真正进⼊与美俄争夺太空资源和国际市场的航天航空新时代。

【思考题】⽕箭燃料技术代表着国家航天技术⽔平。

我国是世界上第三个掌握控制液态氢技术的国家。

⑴氧⽓从⽆⾊⽓体变成淡蓝⾊液体，则发⽣了_______变化（选“物理”或“化学”），⽕箭燃料通常使⽤液态燃料的原因是。

⑵采⽤液氢和液氧作运载⽕箭的推进剂，这是利⽤它们能迅速反应，并放出⼤量热，请写出液氢和液氧反应的化学⽅程式为，该反应的基本类型是。

答案：⑴物理；液体燃料能量⾼、易控制；⑵2H2+O22O；化合反应。

【中考原创题】
⼆、我国⽆毒推进剂技术实现⾸次空间应⽤
【新闻背景】近⽇，中科院⼤连化物所航天催化与新材料研究团队研制的⼆硝酰胺铵（ADN）基单组元⽆毒推进剂应⽤于实践⼗七号卫星，已经圆满完成在轨飞⾏任务，标志着我国单组元⽆毒推进剂技术的⾸次空间应⽤。

标志着我国空间飞⾏器在轨控动⼒从传统的有毒肼推进技术向环保绿⾊推进技术的跨越，打破了国外的技术封锁。

知识解读：⽬前国内外常⽤的卫星推进剂⼤多有毒，这对卫星地⾯操作、空间加注等提出苛刻的要求，必须采⽤复杂的防护措施。

⼆硝酰胺铵（ADN）由于其能量⾼和燃烧产物中不含氯，可⽤来取代固体推进剂中的⾼氯酸铵（AP）作为环境友好的⼀种新型氧化剂，因此ADN在推进剂领域得到了⼴泛的重视。

【中考原创题】
1．有毒的⽕箭燃料肼在点燃时放出⼤量的热，如图为该反应的微观⽰意图，不同的球代表不同的元素的原⼦，下列说法错误的是（）
A．贮存时肼⽤氮⽓保护并密封，利⽤氮⽓的不活泼性
B．肼中氮元素与氢元素的原⼦个数⽐为1:2
C．完全燃烧的反应属于复分解反应
D．该反应前后原⼦的种类、数⽬都未改变
2．我国研制固体⽆毒固体⽕箭推进剂⼆硝酰胺铵（ADN），实现⾸次空间应⽤。

⼆硝酰胺铵的化学式为NH4N(NO2) 2。

请通过计算回答：
⑴⼆硝酰胺铵属于（填“有机”或“⽆机”）化合物；
⑵⼆硝酰胺铵的相对分⼦质量为。

⑶⼆硝酰胺铵中氮元素、氢元素、氧元素的质量⽐为。

⑷248g⼆硝酰胺铵含有g的氧元素。

点燃
3．世界航天强国都在⼤⼒发展更为环保、⽆毒化的绿⾊推进剂技术。

⼆硝酰胺铵是⽬前常⽤的推进剂⾼氯酸铵理想的替代品。

⑴⾼氯酸铵是⼀种常规固体⽕箭燃料，化学式为NH4ClO4，其中氯元素化合价为。

⑵⾼氯酸铵⽤作⽕箭推进剂时，加热⽣成四种⽓体，两种是空⽓的主要成分，⼀种⽓体是氯⽓，还有⼀种是常见氧化物，因⽽产⽣巨⼤的推动⼒，反应时的化学⽅程式为，该反应的基本类型为。

⑶⼩型⽕箭运载11.75t固体燃料⾼氯酸铵，当完全反应后则可⽣成多少t氯⽓？
【参考答案】1．⑴C；2．⑴⽆机；⑵124；⑶14:1:16；⑷128。

3．⑴+7；⑵2NH4ClO4N2↑+ O2↑+ Cl2↑+H2O↑；分解反应；⑶3.55。

【中考原创题】
三、果果梦想成为漫步太空的航天员
果果的未来理想是准备报考航空航天专业，梦想成为⼀名漫步太空的我国英雄航天员，特别关注我国航天技术的发展远景，近⽇他上⽹搜索热点新闻，发现中国载⼈航天⼯程新计划，将在今年6⽉⾄8⽉在酒泉卫星发射中⼼择机发射“神⾈⼗号”飞船，飞⾏乘组由三名优秀的航天员组成，其中⼀名⼥航天员，在轨运⾏15天。

于是，他联想到许多航天技术问题，⽤⼼思考在宇宙飞船和中国空间站如何解决航天员们的呼吸问题，要提供呼吸所需要的氧⽓，还要消除呼吸过程产⽣的⼆氧化碳，以降低航天器发射的成本和难度。

化学解读：果果从化学⾓度了解航天员的呼吸问题，要求认识其原理，包括化学⽅程式的书写及其计算，主要以选择和填空等题型考查氧⽓产⽣和⼆氧化碳吸收等⽅法，根据化学⽅程式可考查相关的简单计算。

【中考原创题】
1．航天员在太空往返和空间站滞留时需要“⼈造空⽓”来供给呼吸，这种“⼈造空⽓”中氮⽓含量约占70%、氧⽓占20%以上。

此外，还有⼆氧化碳等⽓体，⾮常接近空⽓组分的⽐例。

下列关于“⼈造空⽓”说法中正确的是（）
A．“⼈造空⽓”中供给航天员呼吸的是氧⽓，但飞船内不能充满纯净的氧⽓
B．“⼈造空⽓”中的氧⽓和空⽓中的氧⽓化学性质相同
C．设计出⼀种新的转化设备，将⼆氧化碳和氧⽓循环利⽤
D．制备“⼈造空⽓”，采⽤分离液态空⽓⽅法则发⽣化学变化
2．果果准备从减轻飞船发射质量和消除呼吸过程产⽣的⼆氧化碳等两个⽅⾯进⾏考虑，我国“神州”系列飞船需要安装特种的供氧设备，新型的航天飞⾏器座舱内空⽓更新过程如下图所⽰，请你仔细观察分析此图，试回答：
⑴装置I的作⽤是。

空⽓净化器中使⽤具有强吸附性能的活性炭，则净化空⽓时主要发⽣了变化（选填“物理”或“化学”）。

⑵装置Ⅱ是CO2和H2的反应装置，请根据该反应的流程，写出该反应的化学⽅程式（不要求注明反应条件）为；
⑶装置Ⅲ发⽣的反应是通过太阳能电池产⽣的直流电来电解⽔，则该反应的化学⽅程式为，其反应的基本类型为。

⑷从装置I、Ⅱ和Ⅲ可看出，航天员呼吸所需的氧⽓来源是CO2和H2O，若航天员每12⼩时呼出的⽓体中含528g⼆氧化碳和72g ⽔蒸⽓，则通过Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ装置完全转化后可得到氧⽓的质量为g。

3．果果在⽹络上查询到：宇宙飞船和太空空间站可⽤过氧化钠等⾦属过氧化物作为氧⽓再⽣剂，Na2O2是⼀种淡黄⾊固体，常温下能与⽔和⼆氧化碳发⽣化学反应。

则回答：
⑴在常温下，过氧化钠Na2O2能与航天员呼出的CO2反应⽣成碳酸钠和氧⽓，发⽣反应的化学⽅程式为
2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2，可是有同学认为该反应还可能⽣成碳酸氢钠（化学式为NaHCO3）和氧⽓，你认为他的说法是否正确，请简述你的看法和理由_________________。

⑵常温下，过氧化钠也能与⽔发⽣反应，可以产⽣氧⽓，同时⽣成氢氧化钠，请写出该反应的化学⽅程式为_______ ___；
⑶若中国空间站内三位航天员在⼀定时间内所排出CO2的质量为量为88g，完全吸收这些排出物，则需要消耗过氧化钠的质量为g，同时产⽣通常状况下氧⽓的体积为L（通常状况下的氧⽓密度为1.43g/L，计算结果确到0.1）。

【参考答案】１题：D；2题：⑴分离空⽓、⽔和⼆氧化碳；物理；⑵2H2+CO2═2H2O+C；
⑶2H2O 通电
2H2↑＋O2↑；分解反应；⑷448；3题：⑴不正确；因为反应物中不含H元素；
⑵2Na2O2+2H2O=4NaOH +O2↑；⑶156；22.4。