第1章微項目設(shè)計載人航天器用化學(xué)電池與氧氣再生方案化學(xué)反應(yīng)中能量及物質(zhì)的轉(zhuǎn)化利用課件高二上學(xué)期化學(xué)選擇性必修12

設(shè)計載人航天器用化學(xué)電池與氧氣再生方案——化學(xué)反應(yīng)中能量及物質(zhì)的轉(zhuǎn)化利用通過探究載人航天器用化學(xué)電池與氧氣再生方案，嘗試?yán)迷姵卦砑办首?、蓋斯定律等知識，分析、評價真實環(huán)境下化學(xué)反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與物質(zhì)轉(zhuǎn)化問題，并形成電池設(shè)計和氧氣再生的基本思路。在攜帶資源有限的載人航天器中，如何充分利用能量和物質(zhì)？1234阿波羅登月飛船上使用的1.5kW電源由3個獨立的氫氧燃料電池模塊并聯(lián)構(gòu)成，通過氫氣循環(huán)進(jìn)行排熱、排水，每個模塊包含31個串聯(lián)的獨立電池單元。單位質(zhì)量輸出電能較高運輸成本低反應(yīng)生成的水可作為航天員的飲用水氧氣可以作為備用氧源供給航天員呼吸優(yōu)勢電池裝置結(jié)構(gòu)A氫氧燃料電池B氫氧燃料電池電池結(jié)構(gòu)離子導(dǎo)體電極材料A氫氧燃料電池KOH溶液多孔碳載鉑B氫氧燃料電池KOH溶液多孔石墨電池結(jié)構(gòu)離子導(dǎo)體電極材料阿波羅飛船氫氧燃料電池KOH溶液多孔碳載鎳閱讀資料1思考：為什么采用KOH溶液做電解質(zhì)溶液？微粒種類導(dǎo)電性腐蝕性閱讀表格思考：哪種電極材料更合適？思考角度鉑鎳催化活性有催化作用有催化作用穩(wěn)定性耐強酸強堿耐強堿成本較高較低

鉑、鎳對燃料電池反應(yīng)具有催化作用，對于堿性環(huán)境一般采用碳載鎳作為電極材料，酸性環(huán)境一般采用碳載鉑作為電極材料，電極材料上留有孔洞，以使氫氣、氧氣和溶液接觸進(jìn)行反應(yīng)。小組交流討論：1.為了保持電池工作效率，有效利用電極反應(yīng)產(chǎn)物，還需要解決哪些問題？2.如何解決上述問題？負(fù)極反應(yīng)為:2H2+4OH--4e-===4H2O正極反應(yīng)為:O2+2H2O+4e-===4OH-電池反應(yīng)為:2H2+O2===2H2O質(zhì)子交換膜是一種固體高分子材料，厚度僅有幾十至幾百微米，內(nèi)部含有酸性基團，在水等極性溶劑存在時能電離出H+。該膜允許通過H+而不允許OH-通過。產(chǎn)生問題解決方法電極產(chǎn)物水稀釋電解質(zhì)溶液濃縮、排水二氧化碳使電解質(zhì)變質(zhì)更換電解質(zhì)或離子導(dǎo)體材料分析評價電池設(shè)計方案01變質(zhì)的解決思路區(qū)別？02排水方案與位置區(qū)別？03電極材料的選擇區(qū)別？分析評價電池設(shè)計方案01變質(zhì)的解決思路區(qū)別？02排水方案與位置區(qū)別？03電極材料的選擇區(qū)別？分析評價電池設(shè)計方案01變質(zhì)的解決思路區(qū)別？02排水方案與位置區(qū)別？03電極材料的選擇區(qū)別？人體代謝廢物CO2H2OO2O2電解與Na2O2反應(yīng)直接電解間接轉(zhuǎn)化為水電解無法長時間使用技術(shù)不成熟研究熱點廢水回收處理富集設(shè)計氧元素轉(zhuǎn)化方案設(shè)計CO2轉(zhuǎn)化為H2O方案根據(jù)蓋斯定律，設(shè)計CO2轉(zhuǎn)化為H2O的熱化學(xué)方程式。Bosch反應(yīng)：Sabatier反應(yīng)：小組交流討論：兩種方案的優(yōu)缺點各是什么？Bosch反應(yīng)：Sabatier反應(yīng)：氫元素被完全利用放熱多積碳影響可聯(lián)合甲烷裂解等技術(shù)使用分析評價氧氣再