跨学科实践活动8
空间站中“再生生保系统”方案设计
活动探究
探究内容
探究关键
1.能够持续稳定地供给氧气。
2.能够将呼吸产生的二氧化碳等废气除去或回收再生。
3.能够对空间站中的废水进行净化或回收再生。
多维演练
1.2022年12月4日,神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,标志着183天的神舟十四号载人飞行任务取得圆满成功。航天员长期驻留空间站从地球运送物资到太空成本太高,因此要尽可能实现空间站物资的循环使用。我国空间站的再生式环控生保系统,共包括6个子系统。其中电解制氧子系统等5个子系统已实现了空间站氧气、水等资源的再生利用。神舟十四号航天员在地面人员的配合下,完成了二氧化碳还原子系统的组装和测试,即将舱内收集起来的二氧化碳与电解水产生的氢气反应,再次获得水。航天强国建设,正以势不可挡的步伐汇入中国式现代化建设的伟大事业中。下列有关我国空间站的再生式环控生保系统的说法不正确的是( )
A.二氧化碳还原子系统中发生的化学反应属于化合反应
B.二氧化碳还原子系统中的另一种生成物可能是甲烷
C.二氧化碳还原子系统可以提高空间站内的水资源闭合度(利用率)
D.收集处理航天员的汗液和呼出的水汽也可实现水资源的再利用
2.太空“冰雪”实验中,过饱和醋酸钠溶液形成的“液球”在接触绳子的一端后瞬间变成温热的“冰球”。醋酸钠的溶解度曲线如图所示,下列说法不正确的是( )
A.常温下,醋酸钠易溶于水
B.40 ℃时,饱和醋酸钠溶液的溶质质量分数是65.6%
C.加水能使醋酸钠溶液从饱和变成不饱和
D.过饱和醋酸钠溶液结晶过程释放热量
3.我国载人航天环控生保技术跻身世界先进水平。简易流程如图所示。某项目式学习小组以“探秘支持航天员呼吸的气体环境”为主题调查研究,了解气体环境的成分、O2来源等。空间站内,利用太阳能电池电解水可制取氧气,有关电解水说法不正确的是( )
A.太阳能直接转化为化学能
B.正极产生了氧气
C.产生的氢气循环使用
D.电解过程在装置Ⅰ进行
4.中国空间站天和核心舱的再生生保系统包括电解水制氧、水处理、尿处理等子系统,通过冷凝干燥组件收集航天员呼出的水汽,净化为可供饮用的再生水,尿液也能收集处理为可供饮用的纯净水,大大提升了水的利用效率。其中水的变化过程中水分子本身发生改变的是( )
A.水的电解 B.水的过滤
C.水蒸气冷凝 D.水的储存
5.空间站的“再生生保系统”的主要流程如下。下列说法不正确的是( )
资料:常温常压下,甲烷(CH4)是无色无味的气体。
A.氧气生成系统中,生成氢气和氧气的质量比为1∶8
B.萨巴蒂尔反应系统中,可以通过冷却将产生的水蒸气与甲烷分离
C.该系统有助于调节空间站内氧气和二氧化碳的含量
D.理论上,该系统能实现水的100%循环,无需补充水资源
6.中国空间站的建成、神舟系列载人飞船的成功发射,标志着我国航天科技水平已处于世界领先地位。请分析图文信息,完成下面小题。
(1)中国空间站采用柔性太阳翼为航天器的在轨运行提供动力,柔性太阳翼将 转化为电能。空间站的建造使用了大量的钛合金,钛合金具有 (写一点)的特点。
(2)天宫空间站配置了再生式环控生保系统,实现了舱内大气成分控制、有害气体净化等,从而保障了航天员在轨长期驻留。航天员呼吸的氧气主要来自电解水,其反应的原理为 (填化学方程式)。
此外,还有一部分氧气是储存在加压氧气罐中从地球上运送到空间站的,氧气加压储存过程的微观实质是 。
(3)舱外航天服是太空行走的关键保障,其躯干壳体为铝合金薄壁硬体结构,抗压能力强,经得起地面运输、火箭发射时的震动,其中铝合金属于 材料,写出铝的原子结构示意图: 。
(4)航天飞行会导致航天员体内的钙流失,钙属于人体中的 (填“常量”或“微量”)元素,钙流失会引起的健康问题是 。为了补充钙元素,可以食用的食物是 (写一种)。
7.神舟十五号载人飞船于2022年11月29日升空,2022年11月30日与神舟十四号航天员乘组首次实现“太空会师”。2022年12月4日在太空驻留六个月的神舟十四号载人飞船安全返回,它的成功发射、在轨运行及安全着陆,标志着我国航天科技水平已处于世界领先地位。请分析图文信息,解答相关问题。
(1)为保护航天员的生命安全,一方面,“环控生保系统”向舱内输送的可供呼吸的气体是 ,另一方面,飞船往返过程中,航天员要穿上压力服,当舱内压力突变时,压力服会迅速充满气体,这就需要压力服必须具有良好的 性。
(2)舱外航天服用铝、橡胶、聚酯材料等制作而成,其中的铝属于 材料,铝的元素符号为 。
(3)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(C2H8N2,有毒)和四氧化二氮(N2O4,有毒)组成二元动力推进剂,二者完全反应可生成对环境无污染的CO2、H2O和 ,推进剂在使用时应注意防止泄漏。
8.“神舟十七号”载人飞船于2023年10月26日成功发射,按计划航天员乘组会在太空驻留约6个月,航天员的中长期太空生活和工作,如何确保氧气供应和二氧化碳清除呢 同学们带着疑问开启了项目化学习之旅。
任务一:了解空间站内如何获得氧气
【查阅资料】国际空间站的氧气发生器是通过水的电解来制造氧气,是主要的制氧方式。
水通过货运飞船输送到空间站,此外航天员所呼出的水蒸气,也会通过冷凝器从舱内空气中加以回收,还可以通过环控生保系统,从航天员的尿液中回收水。
【分析交流】
(1)同学们分析资料后,就以下两个问题进行了交流:
①从尿液中回收水需要对尿液进行净化处理,净化的方法为沉降、 、吸附、消毒、蒸馏等;
②电解水所需要的电能可由 能转化提供。
【深入学习】
(2)同学们通过进一步学习,还了解到固体燃料氧气发生器制氧法。该方法是采用特殊的技术手段加热氯酸钠,使其分解为氯化钠和氧气(提示:氯酸钠与氯酸钾含有相同的氯酸根)。其产生氧气的化学方程式为 。
任务二:探究空间站内如何清除二氧化碳
通过咨询有关专家,同学们梳理了空间站内吸收二氧化碳的几种方法。
方法 原理
方法一 2LiOH+CO2===Li2CO3+H2O
方法二 4KO2+2H2O+4CO2===4KHCO3+3O2
方法三 分子筛吸收二氧化碳
方法四 吸收分子筛系统清除的二氧化碳,与水电解系统所产生的氢气结合,生成液态水和甲烷气体,甲烷被排放到外太空
【交流讨论】
(3)与方法一相比,方法二的优点是 。
(4)空间站上的大气控制装置按照地球大气的组成比例,动态调整舱内气体组分,还需要补充 (填物质的化学式)。
任务二:展望未来
(5)空间站内还有一个被称为面向未来更长期的太空驻留任务,科学家们寄希望于第三代环控生保系统——受控生态生保系统,能自动产生氧气和清除二氧化碳,同时还可以为航天员提供食物。实现该目标的措施是 。 跨学科实践活动8
空间站中“再生生保系统”方案设计
活动探究
探究内容
探究关键
1.能够持续稳定地供给氧气。
2.能够将呼吸产生的二氧化碳等废气除去或回收再生。
3.能够对空间站中的废水进行净化或回收再生。
多维演练
1.2022年12月4日,神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,标志着183天的神舟十四号载人飞行任务取得圆满成功。航天员长期驻留空间站从地球运送物资到太空成本太高,因此要尽可能实现空间站物资的循环使用。我国空间站的再生式环控生保系统,共包括6个子系统。其中电解制氧子系统等5个子系统已实现了空间站氧气、水等资源的再生利用。神舟十四号航天员在地面人员的配合下,完成了二氧化碳还原子系统的组装和测试,即将舱内收集起来的二氧化碳与电解水产生的氢气反应,再次获得水。航天强国建设,正以势不可挡的步伐汇入中国式现代化建设的伟大事业中。下列有关我国空间站的再生式环控生保系统的说法不正确的是(A)
A.二氧化碳还原子系统中发生的化学反应属于化合反应
B.二氧化碳还原子系统中的另一种生成物可能是甲烷
C.二氧化碳还原子系统可以提高空间站内的水资源闭合度(利用率)
D.收集处理航天员的汗液和呼出的水汽也可实现水资源的再利用
2.太空“冰雪”实验中,过饱和醋酸钠溶液形成的“液球”在接触绳子的一端后瞬间变成温热的“冰球”。醋酸钠的溶解度曲线如图所示,下列说法不正确的是(B)
A.常温下,醋酸钠易溶于水
B.40 ℃时,饱和醋酸钠溶液的溶质质量分数是65.6%
C.加水能使醋酸钠溶液从饱和变成不饱和
D.过饱和醋酸钠溶液结晶过程释放热量
3.我国载人航天环控生保技术跻身世界先进水平。简易流程如图所示。某项目式学习小组以“探秘支持航天员呼吸的气体环境”为主题调查研究,了解气体环境的成分、O2来源等。空间站内,利用太阳能电池电解水可制取氧气,有关电解水说法不正确的是(D)
A.太阳能直接转化为化学能
B.正极产生了氧气
C.产生的氢气循环使用
D.电解过程在装置Ⅰ进行
4.中国空间站天和核心舱的再生生保系统包括电解水制氧、水处理、尿处理等子系统,通过冷凝干燥组件收集航天员呼出的水汽,净化为可供饮用的再生水,尿液也能收集处理为可供饮用的纯净水,大大提升了水的利用效率。其中水的变化过程中水分子本身发生改变的是(A)
A.水的电解 B.水的过滤
C.水蒸气冷凝 D.水的储存
5.空间站的“再生生保系统”的主要流程如下。下列说法不正确的是(D)
资料:常温常压下,甲烷(CH4)是无色无味的气体。
A.氧气生成系统中,生成氢气和氧气的质量比为1∶8
B.萨巴蒂尔反应系统中,可以通过冷却将产生的水蒸气与甲烷分离
C.该系统有助于调节空间站内氧气和二氧化碳的含量
D.理论上,该系统能实现水的100%循环,无需补充水资源
6.中国空间站的建成、神舟系列载人飞船的成功发射,标志着我国航天科技水平已处于世界领先地位。请分析图文信息,完成下面小题。
(1)中国空间站采用柔性太阳翼为航天器的在轨运行提供动力,柔性太阳翼将 太阳能 转化为电能。空间站的建造使用了大量的钛合金,钛合金具有 强度高(合理即可) (写一点)的特点。
(2)天宫空间站配置了再生式环控生保系统,实现了舱内大气成分控制、有害气体净化等,从而保障了航天员在轨长期驻留。航天员呼吸的氧气主要来自电解水,其反应的原理为 2H2O 2H2↑+O2↑ (填化学方程式)。
此外,还有一部分氧气是储存在加压氧气罐中从地球上运送到空间站的,氧气加压储存过程的微观实质是 分子之间存在间隔 。
(3)舱外航天服是太空行走的关键保障,其躯干壳体为铝合金薄壁硬体结构,抗压能力强,经得起地面运输、火箭发射时的震动,其中铝合金属于 金属 材料,写出铝的原子结构示意图: 。
(4)航天飞行会导致航天员体内的钙流失,钙属于人体中的 常量 (填“常量”或“微量”)元素,钙流失会引起的健康问题是 老年人缺钙会患骨质疏松,儿童缺钙会患佝偻病 。为了补充钙元素,可以食用的食物是 牛奶(合理即可) (写一种)。
7.神舟十五号载人飞船于2022年11月29日升空,2022年11月30日与神舟十四号航天员乘组首次实现“太空会师”。2022年12月4日在太空驻留六个月的神舟十四号载人飞船安全返回,它的成功发射、在轨运行及安全着陆,标志着我国航天科技水平已处于世界领先地位。请分析图文信息,解答相关问题。
(1)为保护航天员的生命安全,一方面,“环控生保系统”向舱内输送的可供呼吸的气体是 氧气(或O2) ,另一方面,飞船往返过程中,航天员要穿上压力服,当舱内压力突变时,压力服会迅速充满气体,这就需要压力服必须具有良好的 气密(合理即可) 性。
(2)舱外航天服用铝、橡胶、聚酯材料等制作而成,其中的铝属于 金属 材料,铝的元素符号为 Al 。
(3)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(C2H8N2,有毒)和四氧化二氮(N2O4,有毒)组成二元动力推进剂,二者完全反应可生成对环境无污染的CO2、H2O和 氮气(或N2) ,推进剂在使用时应注意防止泄漏。
8.“神舟十七号”载人飞船于2023年10月26日成功发射,按计划航天员乘组会在太空驻留约6个月,航天员的中长期太空生活和工作,如何确保氧气供应和二氧化碳清除呢 同学们带着疑问开启了项目化学习之旅。
任务一:了解空间站内如何获得氧气
【查阅资料】国际空间站的氧气发生器是通过水的电解来制造氧气,是主要的制氧方式。
水通过货运飞船输送到空间站,此外航天员所呼出的水蒸气,也会通过冷凝器从舱内空气中加以回收,还可以通过环控生保系统,从航天员的尿液中回收水。
【分析交流】
(1)同学们分析资料后,就以下两个问题进行了交流:
①从尿液中回收水需要对尿液进行净化处理,净化的方法为沉降、 过滤 、吸附、消毒、蒸馏等;
②电解水所需要的电能可由 太阳 能转化提供。
【深入学习】
(2)同学们通过进一步学习,还了解到固体燃料氧气发生器制氧法。该方法是采用特殊的技术手段加热氯酸钠,使其分解为氯化钠和氧气(提示:氯酸钠与氯酸钾含有相同的氯酸根)。其产生氧气的化学方程式为 2NaClO3 2NaCl+3O2↑ 。
任务二:探究空间站内如何清除二氧化碳
通过咨询有关专家,同学们梳理了空间站内吸收二氧化碳的几种方法。
方法 原理
方法一 2LiOH+CO2===Li2CO3+H2O
方法二 4KO2+2H2O+4CO2===4KHCO3+3O2
方法三 分子筛吸收二氧化碳
方法四 吸收分子筛系统清除的二氧化碳,与水电解系统所产生的氢气结合,生成液态水和甲烷气体,甲烷被排放到外太空
【交流讨论】
(3)与方法一相比,方法二的优点是 除了能消耗掉二氧化碳,还能生成氧气,供给呼吸 。
(4)空间站上的大气控制装置按照地球大气的组成比例,动态调整舱内气体组分,还需要补充 N2 (填物质的化学式)。
任务二:展望未来
(5)空间站内还有一个被称为面向未来更长期的太空驻留任务,科学家们寄希望于第三代环控生保系统——受控生态生保系统,能自动产生氧气和清除二氧化碳,同时还可以为航天员提供食物。实现该目标的措施是 种植绿色植物 。
