高考化学试题中的“航天”题及答案解析

　　近年来，以航天为背景的命题时有出现，这类试题富有时代感，缩短了教学内容与高科技距离，符合“高起点、低落点”的命题思想，而且可培养同学们的科学精神。

高考化学试题中的“航天”题及答案解析

　　1、 2003年元月5日，我国载有模拟航天员的“神舟四号飞船在预定区域成功着陆。运送飞船的长征二号F捆绑式大推力运载火箭的发动机是陕西省某研究所研制的。火箭主要燃料偏二甲肼（化学式为C2H8N2）是（）

　　A. 由2个碳原子、4个氢气分子、一个氮气分子组成

　　B. 由碳、氢、氮三种元素组成

　　C. 由2个碳原子、8个氢原子、2个氮原子构成

　　D. 组成元素碳、氢、氮的质量比为1：4：1

　　解析：根据燃烧的化学式分析它的组成或构成。

　　答案：B

　　2、载人航天飞船必须建立水的循环体系，以保证航天员的生活用水并减少飞船的携水量。请将下图各项用箭头连接成水的循环体系（注：氢氧燃料电池反应产生电能，同时生成水）。

　　航天员生活用水

　　解析：此题要理清各个流程的作用和相互联系，其中水的净化装置是重要环节，生活污水及人体排泄物和电池反应产生的水经净化后既保证航天员的生活用水又减少飞船的携水量。

　　答案：

　　3、随着我国航天科技水平的迅速发展，探测火星已成为我国航天科技发展的远景目标，但要把人类送上火星，还有许多航天技术问题需要解决。如：如何提供在往返路程中航天员呼吸所需要的氧气和消除呼吸过程产生的二氧化碳就是一个值得研究的问题。已知一个成年人平均每年要呼吸空气6570000L左右，而目前的飞船飞往火星来回一趟需两年的时间，

　　如果在飞船发射时携带所需的氧气，则质量很大，将大大提高发射的成本和难度。

　　（1）若飞船上有三名航天员，请计算来回火星一趟，理论上需要氧气__________kg。（氧气的密度是1.43g/L，答案取整数）

　　（2）有人提出在飞船上供氧的两个方案：

　　①通过太阳能电池产生的电流来电解水。

　　②通过下列化学反应产生氧气：

　　2Na2O2?2CO2?2Na2CO3?O2

　　从减少飞船发射质量和消除呼吸过程产生的二氧化碳的角度，请你评价这两个方案最主要的优缺点（各写一点）。

　　（3）也有科学家提出研究使航天员人工冬眠的技术或加快飞船速度，缩短航行时间来减少氧气的携带量。你是否有较好的方案，请举一例：__________。你提出该方案的简要理由：__________。

　　解析：题目提示要从两方面去考虑问题。从CO2的循环处理来看，方案②要优于方案①，但通过计算可知，产生同质量的O2，方案②消耗原料质量大，发射成本高，从这点看，方案①要优于方案②。我们最熟悉的CO2与O2之间的循环就是植物的光合作用了，它与人的呼吸作用过程恰好相反，且成本低，简单易行。

　　答案：（1）11838（按氧气体积分数为21%计算）

　　（2）方案①：优点是产生同质量的氧气，飞船发射时质量较小；缺点是不能同时消除呼吸过程产生的二氧化碳。方案②：优点是产生氧气的同时能消除呼吸过程产生的二氧化碳；缺点是产生同质量的氧气时飞船发射质量较大。

　　（3）在飞船内种植光合作用效率高的植物二氧化碳和氧气循环利用，既能减轻飞船发射的质量又能同时消除呼吸过程产生的二氧化碳。

　　4、“天宫一号”目标飞行器上采用了铝锂合金为原材料，成功为舱段质量减轻10%，提高了飞行器的载重量。工业上用硫酸与β—锂辉矿(LiAlSi2O6和少量钙、镁杂质)在250～300℃下反应生成Li2SO4、硅铝化合物及MgSO4等，其工业生产流程如下：

　　请回答下列问题：

　　(1) 锂铝合金强度大，质量轻，适宜用作航空航天材料。下列叙述正确的是()

　　A. Li在氧气中燃烧主要生成Li2O2B.铝制容器可盛装热的浓硫酸

　　C.K与水反应比Li与水反应剧烈 D.铝和锂形成的合金改变了材料的化学性质

　　(2)沉淀X的主要成分是 (写化学式)。

　　(3)请解释生产流程中前后两次使用的Na2CO3溶液浓度不同的原因

　　(4)将盐酸与碳酸锂完全反应后的`溶液进行蒸干得到固体，再将其熔融电解生产锂。电解时产生的氯气中会混有少量氧气，请解释混有少量氧气的原因

　　。

　　(5)“天宫一号”的晶体硅太阳能电池片被固定在高压半刚性太阳能电池翼上，我国航天器电源首次应用这种技术。单晶硅是太阳能电池板的主要材料。通常在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼和磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅，四氯化硅经提纯后用氢气还原可制得高纯硅。

　　①已知四氯化硅及杂质的性质如下表所示，据此，提纯四氯化硅的最佳方法是。

　　②为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是(填序号)

　　a. 碘水 b. 氯水 c. NaOH溶液d. KSCN溶液e. Na2SO3溶液

　　【解析】本题以工业制锂为载体考查了硅酸盐不同形式的改写，Ca、Mg等元素化合物知识，水解和电解相关原理。(1)Li在空气中燃烧只能生成Li2O，A项错误；铝与热的浓硫酸能够发生反应，B项错误；K比Al活泼，故K与水反应比Li与水反应剧烈，C项正确；合金只改变材料的物理性质，化学性质基本不变，D项错误。(2)溶液中加入OH-、CO32-后产生的沉淀，主要成分为CaCO3、Mg(OH)2。(3)前者使用稀碳酸钠溶液的目的是除去溶液中的Ca2+，浓度过大时可能会生成部分Li+沉淀；故Ca2+浓度越大越利于Li2CO3生成。(4)混有O2的原因必须从反应物特征入手寻找，由于加热蒸干LiCl溶液可获得固体，但是由于LiCl受热易水解成LiOH，LiOH受热分解产生的Li2O电解时会产生O2。 (5)该题以“天宫一号”的太阳能电池为素材，考查了硅、铁的相关性质，其中涉及了物质分离和检验的方法。由于四氯化硅的沸点较低，但是高于BCl3的，所以可采用多次蒸馏法(精馏)提纯。由于铁单质与稀盐酸反应的产物是Fe2+，检验的方法是先将Fe2+转化为Fe2+后再进行检验，所以应选择氯水和KSCN溶液。

　　【答案】(1) C (2) CaCO3、Mg(OH)2(3)前考使用稀碳酸钠溶液的目的是除去溶液中的Ca2+，浓度过大时可能会使部分Li+沉淀；后者使用碳酸钠溶液的目的是使Li+沉淀，所以CO32-浓度越大越有利于Li2CO3的生成(其他合理答案也可)。 (4)加热蒸干LiCl溶液可获得固体，但是由于LiCl受热易水解成LiOH，LiOH受热分解产生的Li2O电解时会产生O2(其他合理答案也可)。(5) ① 多次蒸馏(精馏) ② b d

　　【例2】2011年9月29日21时16分许，中国首个目标飞行器“天宫一号”搭乘着“长征二号F”T1运载火箭在酒泉卫星发射中心载人航天发射场成功发射升空，这标志着中国在探索太空的征程上又迈出了一大步，是中华民族太空计划的一重大里程碑事件。在

　　这之前的火箭推进剂的主要成分是有毒的四氧化二氮和偏二甲肼，现在改用了液氧、煤油。试回答下列问题：（1）在之前的火箭助推器中是以液态的四氧化二氮(N2O4)和液态的偏二甲肼(C2H8N2)为推进剂的。已知10g液态偏二甲肼与足量N2O4完全反应放出425kJ的热量，生成对环境无害的N2、CO2、水蒸气。写出该反应的热化学方程式。在该反应中，氧化剂为，转移的电子数为。

　　（2）火箭推进剂采用煤油和液氧，解决了接触推进剂的工作人员的安全问题，是目

　　前各国常用的燃料。已知煤油（以十二烷C12H26为例）的燃烧热为8075kJ·mol-1，试计算同等条件下，C12H26和原燃料(偏二甲肼与N2O4)分别燃烧时，放出同等热量时的C12H26与C2H8N2的质量比。

　　（3）目前，各国致力发展高效新型燃料，即液氢和液氧，燃烧时生成气态水。已知lg氢气完全燃烧生成液态水时放出142.9kJ的热量，又知1mol液态水变成水蒸气时需要吸收44.0kJ的热量，写出火箭发射时H2(g)燃烧的热化学方程式。

　　【解析】(1)首先写出化学方程式，偏二甲肼的相对分子质量是60，故1 mol C2H8N2燃烧放出2550kJ热量。C2H8N2中H为+1价，N为–3价，C为–1价，N2O4是氧化剂，因此燃烧量总共失去16e-。(2)根据两个热化学方程式的计算，C12H26 ～ 8075kJ·mol-1，C2H8N2 ～ 2550kJ·mol-1，计算得二者质量之比为17︰19。(3)根据盖斯定律可得，2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) △H=－483.6 kJ·mol-1 (注意H2的量的计算)。

　　【答案】(1) C2H8N2(l)+2N2O4(l)＝2CO2(g)+4H2O(g)+3N2(g) △H=－2550 kJ·mol-1 N2O4 16e-

　　(2) 17︰19 (3) 2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) △H=－483.6 kJ·mol-1

　　【例3】2011年诺贝尔化学奖授予准晶体的发现者以色列科学家达尼埃尔·谢赫特曼，以表彰其在晶体学研究中的突破。达尼埃尔·谢赫特曼是在Al—Mn合金(不含其他元素)中首次发现“准晶体”。研究性学习小组的同学，拟测定该“准晶体”中铝的含量，现设计下列两种不同的实验方案进行探究。请回答下列问题：

　　【实验方案一】将“准晶体”样品与足量NaOH溶液反应，测定剩余固体的质量。实验中发生反应的化学方程式

　　是。

　　【实验步骤】

　　第一步：称取一定量的“准晶体”样品，溶于足量的NaOH溶液中，充分反应。第二步：过滤、洗涤、干燥、称量固体。

　　(1)若上述操作中未洗涤固体，测得铝的质量分数将 (填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。

　　【实验方案二】将“准晶体”样品与足量稀盐酸反应，测量实验中生成氢气的体积。

　　【问题讨论】(2)同学们拟选用下列实验装置完成实验：

　　①你认为最简易装置的连接顺序是A接( ) ( )接( ) ( )接( ) (填接口字母，可不填满)。

　　②实验开始时，先取下分液漏斗上口的玻璃塞，再轻轻打开其活塞，反应进行一段时间后稀盐酸不能顺利滴入锥形瓶中，请你帮助分析原因

　　③实验结束时，在读取实验中生成氢气的体积时，你认为合理的是(填序号)

　　A.待实验装置冷却后再读数

　　B.上下移动量筒F，使其中的液面与广口瓶中的液面相平

　　C.视线与凹液面的最低点相平，读取量筒中水的体积

　　【解析】本题是一组以定性分析的定量分析相结合的实验题。本题主要对铝的性质进行考查，其中对定量实验的考查是本题的难点。将准晶体与强碱反应后，铝将转化为偏铝酸钠，锰剩余在滤渣中，如果不进行滤渣洗涤，务必会造成滤渣的质量偏大，所以铝的含量偏低。定量实验的关键是收集产生的氢气，本题中可以利用排水法收集产生的氢气，其中最简易装置的连接顺序是AEDG。由于铝与稀盐酸反应放热且生成气体，使锥形瓶中的气体压强增大，故反应进行一段时间后，可能造成分液漏斗中的液体无法滴下。实

　　验结束后进行读数时要注意待实验装置冷却后再读数，读数时视线与凹液面的最低点保持水平后，再读取量筒中水的体积。

　　【答案】【实验方案一】2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2↑【实验步骤】(1)偏低【问题讨论】(2) ① E D G ②铝与稀盐酸反应放热且生成气体，使锥形瓶中的气体压强变大 ③AC

【高考化学试题中的“航天”题及答案解析】相关文章：

2016年高考语文专项强化题及答案解析10-20

2017全国高考化学试题及参考答案06-22

2015年江苏高考化学试题答案09-17