化学在航天领域的应用
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2013年6月11日17时38分，神舟十号在 酒泉卫星发射中心成功发射，
再次与天宫一号成功对接, 并首次开展航天员太空授课活动。
神舟四号发射升空
神舟八号发射升空
神舟九号发射升空
化学在航天领域中的应用
授课教师：李妍
一、航天器材料问题
航天器的制造常用到合金材料，具有什么 性质的合金材料适用呢？ 密度较小（质轻）、熔点高（耐高温） 常用的有：铝合金、镁合金、钛合金等。
（已知：Pb的相对原子质量为207）
三、航天生存环境问题
在宇宙飞船中非常有必要设计一种气体 循环系统，既能为宇航员提供O2又能吸 收宇航员排出的废气CO2。
请写出宇宙飞船中再生氧气的相关方程式。
2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2 2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2
Na2O2
直通高考
• (的20重11要江成苏分卷，19实)高验氯室酸可铵通（9过0N℃下H列4C反lO应4）制是取复合火箭推进剂
NaClO4(aq)+NHCl(aq)
NH4ClO(aq)+NaCl(aq)
(1)热若就NH能4C进l用行氨，气其和原浓因盐是酸__代__替__，__上__述__反__应__不__需__要__外_ 界。供
则N2消耗速率为v(N2)= mol/(L˙min)。
二、航天能源供应问题
火箭如何飞上天？
回归教材 人教版 必修一 P92
燃料：偏二甲肼 C2H8N2 (H +1价，N -3价）
氧化剂：N2O4
完全燃烧生成无污染的气
体 C2H8N2
+2N2O4点=燃=2CO2（g）+3N2（g）+4H2O（g）
总结提升
氧化还原反应 化学平衡 热化学方程式
过氧化钠 供氧剂
航天器材 料
海水提镁 氮化硅陶瓷 氧化还原 化学平衡
火 箭燃
料
电 能供
应
航 天环
境
太阳能电池 化学电源 （燃料电池）
1 98
课后活动
查阅神舟十号的相关内容，找出其 中与化学知识有关的内容，形成一 个小报告。
航天飞机一般都用高性能合金材料制造机身，关 于合金下列叙述正确的是 （ ）
工业上从哪里提取金属镁？ 如何提取？
Mg2+
2013年6月26日 “神舟”十号载人飞船在内蒙古 成功着陆，返回舱内完好无损。 飞船在重返大气层时，由于与空气剧烈摩擦， 船体表面温度将急剧上升，会对飞船造成损害。
为了克服这一问题，下列做法不可取的是（B ）
A.使用耐高温的陶瓷材料覆盖船体，防止高温入侵舱内 B.使用在一定条件下能与大气层中的氧气发生剧烈燃
N2H4(g) +O2(g)
↓ △H1=-534KJ.mol-1
N2(g) +2H2O(g)
总结提升
火箭可用肼（N2H4）作燃料，试解答下列问题 （1）肼作火箭的推进剂，用NO2作氧化剂，两者反应成 氮气和水，但NO2喷出时有部分来不及反应而被喷出，所 以 我们常看到火箭尾部有一片桔红色的烟雾。 已知：N 2(g)＋2O2(g)＝2NO2（g）；△H＝+67.7kJ/mol N2H4(g)＋O2 (g) ＝N2(g)＋2H2O(g) ； △H＝－ 534kJ/mol 据此写出N2H4和NO2反应的热化学方程式： （2）已知：N2H4 (g)＋2 F2(g) ＝ N2 (g) ＋ 4HF(g) ； △H ＝－ 1118kJ/mol 有人认为可用F2代替NO2作氧化剂，你认为好吗？长期使 用F2 、 NO2等氧化剂有什么问题？从长远来看航天燃料 可选用何种燃料？何种氧化剂？
贝壳
石灰乳
（CaCO3） Ca(OH)2
海水 （Mg2+）
Mg(OH)2 沉淀
蒸发浓缩
MgCl2 冷却结晶 溶液
MgCl2˙6H2O
电解 熔融
HCl气流中 加热蒸干
Mg
无水MgCl2
(北京海淀)氮化硅陶瓷是一种新型陶瓷材料，能承受高 温，可用于制造业、航天工业等领域。由石英合成氮化 硅粉末的路线图如下所示。
(2）别反为应0.得30到和的0.l混5（合相溶关液物中质N的H4溶Cl解O度4和曲N线aC见l的图质9）量。分从数混分合 溶作液名中称获）_得__较__多__N_H__4C__lO__4晶__体__的__实__验__操__作干依燥次。为 （填操
光能
① 电能
水分解 系统
氢氧 储罐
储水罐 空间站
燃料电 池
(2)氮化硅陶瓷的机械强度高，具有耐高温、耐腐蚀的优
良性能。以下关于其用途说法不正确的是 ( C )
A．可用于火箭发动机的尾管及燃烧室等 B．可用来制造神舟飞船船体表面的耐高温材料 C．在电子工业上制成耐高温的电的良导体
直通高考
（2007宁夏27）氮化硅（Si3N4）是一种新型陶瓷材料， 它可由石英与焦炭在高温的氮气流中，通过以下反应制
• A.合金的硬度一般比其各成分金属的硬度高 • B. 合金的熔点一般比其各成分金属的熔点低 • C. 合金的物理性质一般与其各成分金属的物理
性质不同 • D.合金的化学性质一般与其各成分金属的化学
性质不同
直通高考
(2012·重庆卷12)肼(H2NNH2)是一 种高能燃料，有关化学反应的能
能量
假想中间物的 总能量
直通高考
（2013安徽卷10）热激活电池可 用作火箭的工作电源。其中作为电 解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔 融后，电池即可瞬间输出电能。该 电池总反应为：
PbSO4+2LiCl+Ca====CaCl2+Li2SO4+Pb。
下列有关说法正确的是（ C ）
A．正极反应式：Ca+2Cl- - 2e- == CaCl2 B．放电过程中，Li+向负极移动 C．常温时，在正负极间接上电流表，指针不偏转 D．每转移0.1mol电子，理论上生成20.7gPb
（1）反应（I）中氧化剂是 N2O4 。
（2）火箭残骸中常现红棕色气体，原因为：
N2O4(g)
2NO2(g) （II）
当温度升高时，气体颜色变深，则反应（II）为
_吸__热____(填“吸热”或“放热”）反应。
直通高考
（2012·海南卷13）氮元素的氢化物和氧化物在工业生
产和国防建设中都有广泛应用，回答下列问题：
C.火箭常用偏二甲肼、四氧化二氮作燃料，其燃烧 过程对环境完全无污染
D.偏二甲肼、四氧化二氮有毒，因此开发“绿色 化”，效率更高的燃料尤为重要
直通高考
(2012山东卷29)偏二甲肼与N2O4是常用的火箭推进剂， 二者发生如下化学反应： (CH3)2NNH2 (l)+2N2O4（l）==
2CO2（g）+3N2（g）+4H2O（g） （I）
(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用 化学反应方程式表示其原因：_____________________ (2)试写出制取粗硅的化学方程式___________________ (3)SiCl4在潮湿空气中剧烈水解，产生白雾，军事工业 中用于制造烟雾剂。SiCl4水解的化学反应方程式为 _________________。
量变化如题所示，已知断裂1mol
化学键所需的能量（kJ）：N≡N
为942、O=O为500、N-N为154，
则断裂1molN-H键所需的能量
反应物的 总能量
（KJ）是（ ）
生成物的
总能量
A.194 B.391 C.516 D.658
2N(g)+4H(g)+2O(g)
↑
△H3 △H2=-2752KJ.mol-1
得：
高温
3
6
2
6
SiO2 (s)＋ C(s)＋ N2(g)
Si3N4(s)＋ CO(g)
N2
Si3N4
（2）该反应的氧化剂是
，还原产物是
；
（3）已减知小上述反应为放热反应,升高温度，其平衡常数
；（填“增大”、“减小逆”向或“不变”）
（4）若使压强增大，则上述平衡向
移动；
（5）若已知CO生成速率为v(C6O)＝18mol/(L˙min)，
知识链接 火箭的燃料
一级火箭 二级火箭 三级火箭 固体燃料
燃料 煤油 液氢
肼
铝粉
氧化剂 液氧 液氧 四氧化二氮 高氯酸铵
神舟十号飞船由长征二号F火箭运载，关于
火箭的推进剂，下列说法不正确的是（ C ）
A.煤油是从石油中提取而来的
B.采用液氢液氧作为火火箭箭的尾燃部料常，有大符合绿色化学的
思想
量红棕色气体 NO2
直通高考
（2010江苏卷11改编）下图是一种航天器能量储
存系统原理示意图。下列说法不正确的是（C ）
A.白天太阳能电池输出的电能可 供工作马达运转 B.夜间通过装置Y将化学能转化 为电能，继续支持工作马达运转 C.装置Y中负极参加反应的物质
是O2 D.太阳能电池输出的电能还能通 过装置X电解水生成氢气和氧气
铝合金在航空航天领域有很重要的应用，下
列有关铝合金说法错误的是 （ B ） 表面形成致密 的氧化膜
A.铝合金具有优良的导电性和导热性 B.铝是不活泼金属，所以其合金具有很好的抗腐
蚀能力 C.铝合金密度小，有较好的可塑性，易于成型 D.铝合金广泛用于制造飞机、火箭、人造卫星等
回归教材
国防金属 — 镁
(3)生肼成N2NH24和可水作蒸为气火。箭已发知动：机的燃料，与氧化剂N2O4反应
①N2(g)+2O2(g)= N2O4 (1)
△H1= -195kJ·mol-1
②N2H4(1) + O2(g)= N2(g) + 2H2O(g) △H2= -534.2kJ·mol-1
写2出N肼2H和4（Nl2）O4+反N2应O4的(l热)==化=学3N方2(程g)+式4H2O(g)
烧的表面覆盖材料 C.使用在一定条件下能熔化或气化的表面覆盖材料
回归教材
人教版必修一 P79
(北京海淀)氮化硅陶瓷是一种新型陶瓷材料，能 承受高温，可用于制造业、航天工业等领域。它 可用石英与焦炭在高温的氮气流中反应制得，
高温
3 SiO2+ 6 C+ 2 N2
Si3N4+ 6 CO
(1)配平上述化学反应方程式。
②
电能
放映结束 感谢各位的批评指导！
谢ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ谢！
让我们共同进步
母爱
母爱是伞，为你遮风挡雨。 母爱是衣，为你送去温暖。 母爱是灯，为你送去光明。 母爱是光，照亮你的心灵。 在寒冷的年代里，母爱是温暖。 在温暖的年代里，母爱是关怀。 在文明的年代里，母爱是道德。 在欢乐的年代里，母爱是幸福。
△H1= -873.4kJ·mol-1
；
(4)肼一空气燃料电池是一种碱性电池，写出该电池放
电时负极的反应式 N2H4 -- 4e- +4OH-===N2+4H2O；
太阳能电池翼——硅
神舟十号在太空中共运行15天，期间要完成 与天宫一号的对接，并进行太空授课，该过 程中其工作所需的电能由何而来呢？
宇宙飞船飞行时，在光照区用太 阳能电池发电、供电，那在阴影 区如何解决电能供应问题呢？
再次与天宫一号成功对接, 并首次开展航天员太空授课活动。
神舟四号发射升空
神舟八号发射升空
神舟九号发射升空
化学在航天领域中的应用
授课教师：李妍
一、航天器材料问题
航天器的制造常用到合金材料，具有什么 性质的合金材料适用呢？ 密度较小（质轻）、熔点高（耐高温） 常用的有：铝合金、镁合金、钛合金等。
（已知：Pb的相对原子质量为207）
三、航天生存环境问题
在宇宙飞船中非常有必要设计一种气体 循环系统，既能为宇航员提供O2又能吸 收宇航员排出的废气CO2。
请写出宇宙飞船中再生氧气的相关方程式。
2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2 2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2
Na2O2
直通高考
• (的20重11要江成苏分卷，19实)高验氯室酸可铵通（9过0N℃下H列4C反lO应4）制是取复合火箭推进剂
NaClO4(aq)+NHCl(aq)
NH4ClO(aq)+NaCl(aq)
(1)热若就NH能4C进l用行氨，气其和原浓因盐是酸__代__替__，__上__述__反__应__不__需__要__外_ 界。供
则N2消耗速率为v(N2)= mol/(L˙min)。
二、航天能源供应问题
火箭如何飞上天？
回归教材 人教版 必修一 P92
燃料：偏二甲肼 C2H8N2 (H +1价，N -3价）
氧化剂：N2O4
完全燃烧生成无污染的气
体 C2H8N2
+2N2O4点=燃=2CO2（g）+3N2（g）+4H2O（g）
总结提升
氧化还原反应 化学平衡 热化学方程式
过氧化钠 供氧剂
航天器材 料
海水提镁 氮化硅陶瓷 氧化还原 化学平衡
火 箭燃
料
电 能供
应
航 天环
境
太阳能电池 化学电源 （燃料电池）
1 98
课后活动
查阅神舟十号的相关内容，找出其 中与化学知识有关的内容，形成一 个小报告。
航天飞机一般都用高性能合金材料制造机身，关 于合金下列叙述正确的是 （ ）
工业上从哪里提取金属镁？ 如何提取？
Mg2+
2013年6月26日 “神舟”十号载人飞船在内蒙古 成功着陆，返回舱内完好无损。 飞船在重返大气层时，由于与空气剧烈摩擦， 船体表面温度将急剧上升，会对飞船造成损害。
为了克服这一问题，下列做法不可取的是（B ）
A.使用耐高温的陶瓷材料覆盖船体，防止高温入侵舱内 B.使用在一定条件下能与大气层中的氧气发生剧烈燃
N2H4(g) +O2(g)
↓ △H1=-534KJ.mol-1
N2(g) +2H2O(g)
总结提升
火箭可用肼（N2H4）作燃料，试解答下列问题 （1）肼作火箭的推进剂，用NO2作氧化剂，两者反应成 氮气和水，但NO2喷出时有部分来不及反应而被喷出，所 以 我们常看到火箭尾部有一片桔红色的烟雾。 已知：N 2(g)＋2O2(g)＝2NO2（g）；△H＝+67.7kJ/mol N2H4(g)＋O2 (g) ＝N2(g)＋2H2O(g) ； △H＝－ 534kJ/mol 据此写出N2H4和NO2反应的热化学方程式： （2）已知：N2H4 (g)＋2 F2(g) ＝ N2 (g) ＋ 4HF(g) ； △H ＝－ 1118kJ/mol 有人认为可用F2代替NO2作氧化剂，你认为好吗？长期使 用F2 、 NO2等氧化剂有什么问题？从长远来看航天燃料 可选用何种燃料？何种氧化剂？
贝壳
石灰乳
（CaCO3） Ca(OH)2
海水 （Mg2+）
Mg(OH)2 沉淀
蒸发浓缩
MgCl2 冷却结晶 溶液
MgCl2˙6H2O
电解 熔融
HCl气流中 加热蒸干
Mg
无水MgCl2
(北京海淀)氮化硅陶瓷是一种新型陶瓷材料，能承受高 温，可用于制造业、航天工业等领域。由石英合成氮化 硅粉末的路线图如下所示。
(2）别反为应0.得30到和的0.l混5（合相溶关液物中质N的H4溶Cl解O度4和曲N线aC见l的图质9）量。分从数混分合 溶作液名中称获）_得__较__多__N_H__4C__lO__4晶__体__的__实__验__操__作干依燥次。为 （填操
光能
① 电能
水分解 系统
氢氧 储罐
储水罐 空间站
燃料电 池
(2)氮化硅陶瓷的机械强度高，具有耐高温、耐腐蚀的优
良性能。以下关于其用途说法不正确的是 ( C )
A．可用于火箭发动机的尾管及燃烧室等 B．可用来制造神舟飞船船体表面的耐高温材料 C．在电子工业上制成耐高温的电的良导体
直通高考
（2007宁夏27）氮化硅（Si3N4）是一种新型陶瓷材料， 它可由石英与焦炭在高温的氮气流中，通过以下反应制
• A.合金的硬度一般比其各成分金属的硬度高 • B. 合金的熔点一般比其各成分金属的熔点低 • C. 合金的物理性质一般与其各成分金属的物理
性质不同 • D.合金的化学性质一般与其各成分金属的化学
性质不同
直通高考
(2012·重庆卷12)肼(H2NNH2)是一 种高能燃料，有关化学反应的能
能量
假想中间物的 总能量
直通高考
（2013安徽卷10）热激活电池可 用作火箭的工作电源。其中作为电 解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔 融后，电池即可瞬间输出电能。该 电池总反应为：
PbSO4+2LiCl+Ca====CaCl2+Li2SO4+Pb。
下列有关说法正确的是（ C ）
A．正极反应式：Ca+2Cl- - 2e- == CaCl2 B．放电过程中，Li+向负极移动 C．常温时，在正负极间接上电流表，指针不偏转 D．每转移0.1mol电子，理论上生成20.7gPb
（1）反应（I）中氧化剂是 N2O4 。
（2）火箭残骸中常现红棕色气体，原因为：
N2O4(g)
2NO2(g) （II）
当温度升高时，气体颜色变深，则反应（II）为
_吸__热____(填“吸热”或“放热”）反应。
直通高考
（2012·海南卷13）氮元素的氢化物和氧化物在工业生
产和国防建设中都有广泛应用，回答下列问题：
C.火箭常用偏二甲肼、四氧化二氮作燃料，其燃烧 过程对环境完全无污染
D.偏二甲肼、四氧化二氮有毒，因此开发“绿色 化”，效率更高的燃料尤为重要
直通高考
(2012山东卷29)偏二甲肼与N2O4是常用的火箭推进剂， 二者发生如下化学反应： (CH3)2NNH2 (l)+2N2O4（l）==
2CO2（g）+3N2（g）+4H2O（g） （I）
(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用 化学反应方程式表示其原因：_____________________ (2)试写出制取粗硅的化学方程式___________________ (3)SiCl4在潮湿空气中剧烈水解，产生白雾，军事工业 中用于制造烟雾剂。SiCl4水解的化学反应方程式为 _________________。
量变化如题所示，已知断裂1mol
化学键所需的能量（kJ）：N≡N
为942、O=O为500、N-N为154，
则断裂1molN-H键所需的能量
反应物的 总能量
（KJ）是（ ）
生成物的
总能量
A.194 B.391 C.516 D.658
2N(g)+4H(g)+2O(g)
↑
△H3 △H2=-2752KJ.mol-1
得：
高温
3
6
2
6
SiO2 (s)＋ C(s)＋ N2(g)
Si3N4(s)＋ CO(g)
N2
Si3N4
（2）该反应的氧化剂是
，还原产物是
；
（3）已减知小上述反应为放热反应,升高温度，其平衡常数
；（填“增大”、“减小逆”向或“不变”）
（4）若使压强增大，则上述平衡向
移动；
（5）若已知CO生成速率为v(C6O)＝18mol/(L˙min)，
知识链接 火箭的燃料
一级火箭 二级火箭 三级火箭 固体燃料
燃料 煤油 液氢
肼
铝粉
氧化剂 液氧 液氧 四氧化二氮 高氯酸铵
神舟十号飞船由长征二号F火箭运载，关于
火箭的推进剂，下列说法不正确的是（ C ）
A.煤油是从石油中提取而来的
B.采用液氢液氧作为火火箭箭的尾燃部料常，有大符合绿色化学的
思想
量红棕色气体 NO2
直通高考
（2010江苏卷11改编）下图是一种航天器能量储
存系统原理示意图。下列说法不正确的是（C ）
A.白天太阳能电池输出的电能可 供工作马达运转 B.夜间通过装置Y将化学能转化 为电能，继续支持工作马达运转 C.装置Y中负极参加反应的物质
是O2 D.太阳能电池输出的电能还能通 过装置X电解水生成氢气和氧气
铝合金在航空航天领域有很重要的应用，下
列有关铝合金说法错误的是 （ B ） 表面形成致密 的氧化膜
A.铝合金具有优良的导电性和导热性 B.铝是不活泼金属，所以其合金具有很好的抗腐
蚀能力 C.铝合金密度小，有较好的可塑性，易于成型 D.铝合金广泛用于制造飞机、火箭、人造卫星等
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国防金属 — 镁
(3)生肼成N2NH24和可水作蒸为气火。箭已发知动：机的燃料，与氧化剂N2O4反应
①N2(g)+2O2(g)= N2O4 (1)
△H1= -195kJ·mol-1
②N2H4(1) + O2(g)= N2(g) + 2H2O(g) △H2= -534.2kJ·mol-1
写2出N肼2H和4（Nl2）O4+反N2应O4的(l热)==化=学3N方2(程g)+式4H2O(g)
烧的表面覆盖材料 C.使用在一定条件下能熔化或气化的表面覆盖材料
回归教材
人教版必修一 P79
(北京海淀)氮化硅陶瓷是一种新型陶瓷材料，能 承受高温，可用于制造业、航天工业等领域。它 可用石英与焦炭在高温的氮气流中反应制得，
高温
3 SiO2+ 6 C+ 2 N2
Si3N4+ 6 CO
(1)配平上述化学反应方程式。
②
电能
放映结束 感谢各位的批评指导！
谢ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ谢！
让我们共同进步
母爱
母爱是伞，为你遮风挡雨。 母爱是衣，为你送去温暖。 母爱是灯，为你送去光明。 母爱是光，照亮你的心灵。 在寒冷的年代里，母爱是温暖。 在温暖的年代里，母爱是关怀。 在文明的年代里，母爱是道德。 在欢乐的年代里，母爱是幸福。
△H1= -873.4kJ·mol-1
；
(4)肼一空气燃料电池是一种碱性电池，写出该电池放
电时负极的反应式 N2H4 -- 4e- +4OH-===N2+4H2O；
太阳能电池翼——硅
神舟十号在太空中共运行15天，期间要完成 与天宫一号的对接，并进行太空授课，该过 程中其工作所需的电能由何而来呢？
宇宙飞船飞行时，在光照区用太 阳能电池发电、供电，那在阴影 区如何解决电能供应问题呢？