資源簡介

(共31張PPT)
跨學科實踐活動8　空間站中“再生生保系統”方案設計
第十單元　化學與健康
學科串聯
知識儲備
1．活動目標：了解空間站“再生生保系統”，感受我國航空航天事業發展的魅力；體驗“再生生保系統”的模擬設計，感受科技創新的力量和意義。
2．設計方案：結合教材提供的空間站代謝數據，設計“再生生保系統”的供氧系統、二氧化碳去除轉化系統以及尿液、冷凝水凈化回收系統，并畫出方案設計圖。
3．成果展示：展示設計的“再生生保系統”方案圖，交流討論，完善方案。
1．2023年3月30日，神舟十五號航天員乘組進行了第三次出艙活動，完成了所有既定任務。此外，“天宮課堂”也已順利完成三次授課。航天員工作的順利開展得益于空間站“再生生保系統”的助力。下列有關艙外航天服的說法不正確的是(　　)
A．聚氫酯橡膠是制作航天服的材料之一，屬于有機合成材料
B．軀干殼體為鋁合金薄壁硬體結構，其硬度大于純鋁
C．頭盔的面窗兩層之間充有高純氮氣，因為氮氣能供給呼吸
D．水升華器可維持航天服內部溫度穩定，因為水升華吸收熱量
體驗探究
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√
C　[聚氫酯橡膠是制作航天服的材料之一，聚氫酯橡膠是合成橡膠，屬于有機合成材料，A正確；金屬制成合金后硬度變大，軀干殼體為鋁合金薄壁硬體結構，其硬度大于純鋁，B正確；頭盔的面窗兩層之間充有高純氮氣，氮氣不能供給呼吸，只有氧氣能供給呼吸，C錯誤；水升華器可維持航天服內部溫度穩定，因為水升華吸收熱量，D正確。]
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2．“再生生保系統”利用太陽能電池電解水制取氧氣，再將電解制氧產生的氫氣和人體呼出的二氧化碳反應生成水，主要流程如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
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A．太陽能電池板的能量轉化形式為太陽能轉化為電能
B．氧氣生成系統中，生成氫氣和氧氣的質量比為1∶8
C．薩巴蒂爾反應系統中，生成物CH4中氫元素質量分數為25%
D．理論上，氧氣生成系統中電解的水的質量等于薩巴蒂爾反應系統中生成水的質量
√
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3．2023年5月30日，三名航天員乘坐“神舟十六號”載人飛船順利進入空間站。為保證航天員的正常生活，空間站內有一套非常完備的再生式環境控制和生命保障系統，其中一個子系統反應的微觀示意圖如圖。下列有關說法或化學方程式正確的是
(　　)
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4．(2024·廣東二模)中國空間站天和核心艙可支持三名航天員長期在軌駐留，航天員在軌的每一天都離不開環控生保系統。首先，環控生保系統的再生生保系統利用循環水電解制氧氣，保證航天員氧氣需求，電解水產生的氫氣與宇航員呼出的二氧化碳在特種反應器中進行催化反應，從而降低艙內二氧化碳的濃度。其次，環控生保系統的水處理系統主要是將水蒸氣、汗液、尿液和生活廢水等進行處理，經過該系統處理的水達到飲用水標準，且水的回收率達80%以上，回收的水用于航天員生活用水和電解制氧。
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水和過氧化氫的分子
構成不同
H2O
11∶2
(4)宇航員呼吸產生的廢氣首先進入裝有活性炭的濾網除去臭氣，這一過程利用了活性炭的________性。
(5)環控生保系統的水處理系統的優點是________________(寫出一點即可)。
(6)已知一個航天員平均一天要消耗約0.8 kg氧氣，請問一個航天員在空間站30天，理論上至少需要給該水氣整合系統補充多少質量的水(已知二氧化碳足量)
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吸附
可以節約用水
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(4)活性炭結構疏松多孔，具有吸附性，可以吸附顏色、氣味，宇航員呼吸產生的廢氣首先進入裝有活性炭的濾網除去臭氣，這一過程利用了活性炭的吸附性；
(5)環控生保系統的水處理系統主要是將水蒸氣、汗液、尿液和生活廢水等進行處理，可以實現廢物利用，節約水資源。
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5．航天員在軌生活需依靠空間站的電解制氧、二氧化碳去除、尿處理等再生生保功能。如圖為核心艙環控生保半封閉系統工作原理示意圖。請分析過程，回答下列問題。
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(1)冷凝水收集系統和尿處理系統使呼出的氣體和尿液中的水分得到重新利用。從微觀上看，水蒸氣和液態水的區別是________不同。
A．分子排列方式 B．分子間隔
C．分子大小 D．分子運動速率
(2)水電解系統制氧時，發生反應的化學方程式為_____________
_____________。
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ABD
2H2↑＋O2↑
(3)水凈化系統得到的飲用水為軟水。生活中常用________區分硬水和軟水。
(4)二氧化碳收集系統分子篩表面布滿孔穴，結構類似于活性炭，具有________作用。
(5)二氧化碳去除系統在溫度570～580 K和釕作催化劑的作用下便可生成水和M(M是最簡單的有機物)，該反應的化學方程式為
________________________________________________________。
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肥皂水
吸附
(6)太空廚房磨制的一杯杯熱豆漿讓300公里的穹宇之上有了煙火的味道，熱豆漿可以為宇航員提供的主要營養物質是水和__________。
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蛋白質
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6．(2024·煙臺中考)2024年4月24日是第九個中國航天日，主題為“極目楚天，共襄星漢”。中國人探索宇宙的腳步馳而不息。
(1)空間站種菜。航天員在太空吃到了自己種的蔬菜。蔬菜能為航天員提供 _________________(寫1種主要的營養素)。為使蔬菜枝葉茂盛，可以施用的一種化肥是________________(寫化學式)。太空蔬菜在塑料網籃中種植，塑料屬于______(填字母)。
A．無機非金屬材料 B．有機高分子材料
C．金屬材料 D．復合材料
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維生素(合理即可)
NH4Cl(合理即可)
B
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①X的化學式是________。NH4ClO4中氯元素的化合價是______。
②鋁粉在氧氣中燃燒的化學方程式是________________________。
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Cl2
＋7
(3)太空燃燒實驗。航天員在燃燒科學實驗柜中以甲烷為燃料進行在軌點火燃燒實驗，觀察到甲烷火焰與地面上對照實驗的火焰相比，顯得短而圓，且微弱。
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①制作燃燒科學實驗柜的材料需具有的性質是 _______________(寫1條)。
②從燃燒的條件分析，點火的作用是 _______________________。
③下列對燃燒實驗分析正確的是 ________(填字母)。
A．空間站甲烷燃燒，不需要氧氣
B．空間站失重條件下燃燒產生的熱氣流向四周擴散，地面上熱氣流向上擴散
C．空間站失重條件下空氣流動性差，甲烷燃燒的火焰比較微弱
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防火(合理即可)
使溫度達到可燃物的著火點
BC
解析：(1)蔬菜中富含維生素、水分等；氮肥有利于蔬菜葉的生長，如NH4Cl、CO(NH2)2等；塑料屬于有機高分子材料；
(2)①根據質量守恒定律，化學反應前后原子的個數、種類均不變。該反應中，反應前含有2個N、8個H、2個Cl、8個O，反應后含有2個N、8個H、8個O，相差2個Cl，則X的化學式為Cl2；NH4ClO4中銨根離子的化合價為＋1價，氧元素的化合價為－2價，設氯元素的化合價為y，根據化合物中正負化合價代數和為零，得(＋1)＋y＋(－2)×4＝0，y＝＋7，即氯元素的化合價為＋7價；
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