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1、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？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？设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案鲁科版选择性必修1 化学反应原理 第1章微项目 学习目标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，并形成电池设计和氧气再生的基本思路。通过本项目的学习，提升模型认知和变化观念素养，感受化学知识在解决实际问题中的应用价值。电池反应项目活动一阿波罗登月飞船上使用的1.5kW电源由3个独立的氢氧燃料电池模块并联构成，通过氢气循环进行排热、排水，每个模块包含3
2、1个串联的独立电池单元。1234单位质量输出电能较高运输成本低反应生成的水可作为航天员的饮用水氧气可以作为备用氧源供给航天员呼吸优势项目活动一电池装置结构A氢氧燃料电池B氢氧燃料电池项目活动一电池装置结构电池结构离子导体电极材料A氢氧燃料电池KOH溶液多孔碳载铂B氢氧燃料电池KOH溶液多孔石墨阿波罗飞船氢氧燃料电池KOH溶液多孔碳载镍项目活动一离子导体阅读资料1思考：为什么采用KOH溶液做电解质溶液？项目活动一电极材料思考角度铂镍催化活性有催化作用有催化作用稳定性耐强酸强碱耐强碱成本较高较低 铂、镍对燃料电池反应具有催化作用，对于碱性环境铂、镍对燃料电池反应具有催化作用，对于碱性环境 一般采用
3、碳载镍作为电极材料，酸性环境一般采用碳一般采用碳载镍作为电极材料，酸性环境一般采用碳载铂作为电极材料，电极材料上留有孔洞，以使氢气、载铂作为电极材料，电极材料上留有孔洞，以使氢气、氧气和溶液接触进行反应。氧气和溶液接触进行反应。阅读表格思考：哪种电极材料更合适？项目活动一优化装置结构小组交流讨论：1.为了保持电池工作效率，有效利用电极反应产物，还需要解决哪些问题？2.如何解决上述问题？负极反应为负极反应为:2H2+4OH-4e-=4H2O正极反应为正极反应为:O2+2H2O+4e-=4OH-电池反应为电池反应为:2H2+O2=2H2O质子交换膜是一种固体高分子材料，厚度仅有几十质子交换膜是一种
4、固体高分子材料，厚度仅有几十至几百微米，内部含有酸性基团，在水等极性溶剂存至几百微米，内部含有酸性基团，在水等极性溶剂存在时能电离出在时能电离出H+。该膜允许通过。该膜允许通过H+而不允许而不允许OH-通过。通过。产生问题解决方法电极产物水稀释电解质溶液浓缩、排水二氧化碳使电解质变质更换电解质或离子导体材料项目活动一分析评价电池设计方案01变质的解决思路区别？02排水方案与位置区别？03电极材料的选择区别？项目活动一分析评价电池设计方案01变质的解决思路区别？02排水方案与位置区别？03电极材料的选择区别？项目活动一分析评价电池设计方案01变质的解决思路区别？02排水方案与位置区别？03电极材
5、料的选择区别？项目活动二设计氧元素转化方案人体代谢废物人体代谢废物CO2H2OO2O2电解电解与与Na2O2反应反应直接电解直接电解间接转化为水电解间接转化为水电解无法长时间使用无法长时间使用技术不成熟技术不成熟研究热点研究热点废水回收处理废水回收处理富集富集设计CO2转化为H2O方案项目活动二根据盖斯定律，设计CO2转化为H2O的热化学方程式。Bosch反应：Sabatier反应：Bosch反应：Sabatier反应：分析评价设计方案项目活动二氢元素被完全利用放热多小组交流讨论：两种方案的优缺点各是什么？积碳影响可联合甲烷裂解等技术使用分析评价氧气再生方案项目活动二课后交流讨论：温度对萨巴蒂尔反应有何影响？归纳总结能量利用携带资源有限化学电池原理化学反应焓变原理物质利用电池优化氧气再生谢谢素娥相望如招手，欲驾神车上月宫。郭印
鲁科版选择性必修一第一章设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案课件
