探秘空間站中的水氣循環(huán)系統(tǒng)——氧氣、二氧化碳和水的循環(huán)2023年5月30日，神州十六號順利進(jìn)駐空間站組合體。神州十六號計(jì)劃于今年11月返回，宇航員會在空間站工作生活半年左右。通過右側(cè)的視頻，讓我們一起觀察宇航員在天宮一號是如何生活的。在進(jìn)入探尋空間站中水氣循環(huán)系統(tǒng)之間，我們先來做個(gè)小熱身活動——相關(guān)反應(yīng)構(gòu)建以二氧化碳和水為主體的網(wǎng)絡(luò)體系。構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)H2O2CCOCO2H2OO2H2CO3CaCO3如何用所學(xué)的反應(yīng)把這些物質(zhì)關(guān)聯(lián)起來呢？O2成果檢驗(yàn)箭頭指出：性質(zhì)→用途箭頭指入：物質(zhì)制備H2O2CCOCO2H2OO2H2CO3CaCO3O2O2O2H2H2OH2加熱自然界中的氣體循環(huán)人類維持正常的生命活動需要呼吸，進(jìn)食及飲水。

資料卡片兵馬未到糧草先行，天舟二號載著魚香肉絲、宮保雞丁等120多種美食，早早就在空間站等著3位航天員入住。食物問題已得到解決，那宇航員呼吸所需的氧氣和日常飲水要怎么辦呢？我國天宮空間站能支持3名宇航員長期駐留，乘組輪換期間可支持6人駐留。在天宮空間站這樣的孤立系統(tǒng)中，宇航員如何維持自身的生命活動呢？思考1.宇航員呼吸所需的氧氣從何而來？2.宇航員呼出的二氧化碳如何處理？3.宇航員維持生命生活所需的水如何獲取？任務(wù)1：宇航員呼吸所需的氧氣從哪里來的？復(fù)習(xí)回顧實(shí)驗(yàn)室怎么獲取氧氣呢？1.加熱高錳酸鉀（KMnO4）制取氧氣2.分解過氧化氫(H2O2)溶液制取氧氣2KMnO4

K2MnO4+MnO2+O2↑2H2O22H2O+O2↑2KClO32KCl+3O2↑3.加熱氯酸鉀(KClO3)制取氧氣宇航員可以在太空使用這些制取氧氣的方式嗎？

資料卡片空間站中的氧氣來源主要有三種方式：①加壓氧氣罐：純氧壓縮之后，再通過貨運(yùn)飛船送上去。②電解法：電解水，得到氫氣和氧氣。2H2O2H2↑+O2↑電解2L多的水，就可以滿足三名宇航員一天的消耗。③固體分解法：氧氣的備用系統(tǒng)高氯酸鋰(LiClO4)在加熱條件下分解生成氯化鋰(LiCl)和氧氣(O2)。你能寫出高氯酸鋰分解的化學(xué)方程式嗎？LiClO4LiCl+2O2↑從什么角度評價(jià)獲取氧氣的途徑呢？安全性、原料、能量的來源、攜帶運(yùn)輸成本思考空間站為什么使用高氯酸鋰作為氧氣的備用系統(tǒng)的原料呢？，可以使用別的固體藥品替換嗎？任務(wù)2：宇航員呼出的二氧化碳是如何處理的？復(fù)習(xí)回顧根據(jù)已有知識，怎樣能吸收二氧化碳呢？1.用水吸收：CO2能溶于水，且與水反應(yīng)2.用堿吸收：CO2與澄清石灰水反應(yīng)CO2+H2O===H2CO3思考空間站能使用水吸收二氧化碳嗎？CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O碳酸不穩(wěn)定，易分解：H2CO3===CO2↑+H2O空間站會使用哪種堿來吸收二氧化碳呢？

資料卡片國際空間站使用固體氫氧化鋰(LiOH)吸收呼出的二氧化碳，生成碳酸鋰(Li2CO3)和水。氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)也可以吸收二氧化碳。且在相同條件下，氫氧化鋰(LiOH)吸收二氧化碳的質(zhì)量最大。思考你能寫出固體氫氧化鋰、氫氧化鉀與二氧化碳反應(yīng)的化學(xué)方程式嗎？CO2+2LiOH===Li2CO3+H2O，CO2+2KOH===K2CO3+H2O評價(jià)角度有：吸收效果，質(zhì)量效率、產(chǎn)物的應(yīng)用價(jià)值等。怎樣評價(jià)二氧化碳吸收時(shí)使用哪種方式更好呢？二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)：CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O你現(xiàn)在知道為什么要用高氯酸鋰作為氧氣備用系統(tǒng)的原料了嗎？LiClO4LiCl+2O2↑高氯酸鋰(LiClO4)在加熱條件下分解生成氯化鋰(LiCl)國際空間站使用固體氫氧化鋰(LiOH)吸收呼出的二氧化碳，生成碳酸鋰(LiCO3)和水。CO2+2LiOH===Li2CO3+H2O碳酸鋰溶于高氯酸中，可以得到高氯酸鋰。實(shí)現(xiàn)了鋰元素的循環(huán)利用。想一想你能想到其他的物質(zhì)也可以實(shí)現(xiàn)這樣的循環(huán)嗎？任務(wù)3：宇航員日常飲用的水怎么獲取呢？復(fù)習(xí)回顧你知道哪些可以獲得水的途徑呢？氫氣的燃燒2H2+O22H2O過氧化氫的分解碳酸的分解碳酸鹽與酸酸堿中和反應(yīng)廢水的回收利用2H2O22H2O+O2↑H2CO3===H2O+CO2↑CaCO3+2HCl===CaCl2+2H2O+CO2↑NaOH+HCl===NaCl+H2O沉淀、過濾、吸附、蒸餾哪種途徑更適合宇航員獲取呢？

資料卡片空間站中的水資源來源也不同，最簡單的一種就是通過地面攜帶和貨運(yùn)飛船補(bǔ)給而來的水，并且大部分的水資源都是取自地球。當(dāng)然空間站的水資源也可以通過燃料電池生成水。在長期飛行中，因用水量很大，除了上述渠道外，還需利用回收和再生水，降低載貨飛船的負(fù)載。目前天宮一號的水資源再生率已達(dá)到95%，國際空間站的水資源再生率已達(dá)到90%。想一想怎樣進(jìn)行廢水的回收利用呢？凈水過程中的主要步驟回顧取水沉淀過濾活性炭吸附消毒明礬：吸附沉降將不溶物與液體分離靜置沉淀加絮凝劑明礬吸附色素和異味凈水過程中，哪些步驟發(fā)生了化學(xué)變化？哪些步驟發(fā)生了物理變化？

薩巴蒂爾系統(tǒng)可以將電解水的一種產(chǎn)物與二氧化碳在一定條件下轉(zhuǎn)化為水和甲烷(CH4)。X+CO2===CH4+2H2O是什么物質(zhì)呢？反應(yīng)前有1個(gè)C原子，2個(gè)O原子反應(yīng)后有1個(gè)C原子，8個(gè)H原子，2個(gè)O原子質(zhì)量守恒定律由化學(xué)反應(yīng)前后各元素種類和原子個(gè)數(shù)不變知，物質(zhì)X為H2。電解水的一種產(chǎn)物X與二氧化碳反應(yīng)的表達(dá)式:拓展國際空間站的水氣循環(huán)系統(tǒng)——薩巴蒂爾系統(tǒng)例：有同學(xué)在“天宮課堂”中提問：“宇航員呼出的二氧化碳在空間站中如何處理?”。為了解決空間站中二氧化碳堆積問題，可采用過氧化鈉(Na2O2)進(jìn)行吸收，其化學(xué)方程式為2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+X。(1)其中X的化學(xué)式為____。(2)若該過程中產(chǎn)生1kgX，則宇航員呼出了多少千克的CO2？O22Na2O2+2CO2===2Na2CO3+X反應(yīng)前有4個(gè)Na原子，8個(gè)O原子，2個(gè)C原子反應(yīng)后有4個(gè)Na原子，6個(gè)O原子，2個(gè)C原子由化學(xué)反應(yīng)前后各元素種類和原子個(gè)數(shù)不變知，物質(zhì)X為O2。質(zhì)量守恒定律(2)解：設(shè)宇航員呼出CO2的質(zhì)量為x2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O28832x1kg

x=2.75kg答：若該過程中產(chǎn)生1kgX，則宇航員呼出了2.75千克的CO2。實(shí)踐繪制空間站的水氣整合系統(tǒng)簡單示意圖CO2再利用反應(yīng)器航天員呼吸水電解制氧裝置實(shí)踐成果展示CO2再利用反應(yīng)器航天員呼吸水電解制氧裝置H2OO2H2OH2CO2CH4拓展國際空間站的水氣整合系統(tǒng)示意圖拓展天宮空間站的環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)任務(wù)4：如何檢驗(yàn)太空站中的氧氣含量是否達(dá)標(biāo)？復(fù)習(xí)回顧測定空氣中氧氣含量的設(shè)計(jì)思路是什么？3.觀察現(xiàn)象，獲取數(shù)據(jù)1.裝置密封2.消耗密閉裝置中的氧氣，制造氣壓差拓展你能使用下列提供的儀器和藥品設(shè)計(jì)簡單裝置測定空氣中的氧氣含量嗎？實(shí)驗(yàn)藥品：銅粉實(shí)驗(yàn)儀器：酒精燈，注射器，具支試管，鐵架臺實(shí)驗(yàn)操作1.連接裝置，使注射器Ⅰ中不留空氣，注射器Ⅱ中留有一定體積空氣，檢查裝置的氣密性；2.在支具試管中加入足量的銅粉，塞上橡皮塞，記錄注射器Ⅱ中氣體體積；3.用酒精燈加熱，交替推動兩注射器的活塞；4.停止加熱，冷卻至室溫，將注射器中的氣體全部擠入具支試管，待注射器Ⅱ的活塞穩(wěn)定后，讀取并記錄氣體體積5.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，清洗儀器。將具支試管中裝滿水并塞上塞子，使注射器Ⅰ和Ⅱ中均無氣體或者液體殘留，將試管中的水倒入量筒，測定體積。銅粉實(shí)驗(yàn)裝置思考檢查裝置氣密性的方式有哪些？交替推動兩注射器的活塞的目的是什么呢？1.我國神州載人飛船供氧系統(tǒng)中含有下列物質(zhì)，其中屬于氧化物的是()A.O2 B.CO2C.NaOH D.Na2CO3B小試牛刀2.中國航天員在空間站所需的部分水由呼吸產(chǎn)生的二氧化碳通過化學(xué)反應(yīng)生成，反應(yīng)的微觀示意圖如下。下列說法正確的是()A.乙和丁中氫元素的化合價(jià)相同B.參加反應(yīng)的甲和乙分子個(gè)數(shù)比為1:3C.反應(yīng)前后原子種類和數(shù)目均不改變D.參加反應(yīng)的甲和生成的丙質(zhì)量比為1:1由反應(yīng)的微觀示意圖知，化學(xué)方程式為CO2+4H2CH4+2H2O，甲是二氧化碳，乙是氫氣，甲和乙的分子數(shù)之比為4:1C乙由兩個(gè)氫原子組成，是氫氣，氫元素的化合價(jià)是0價(jià)；丁由兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子組成，是水，氫元素的化合價(jià)是+1價(jià)。由反應(yīng)的微觀示意圖知，化學(xué)方程式為CO2+4H2CH4+2H2O，甲是二氧化碳，丙是甲烷，參加反應(yīng)的甲和生成丙的質(zhì)量比是11:43.(2023湖北宜昌)2023年5月30日,我國“神舟十六號”載人航天飛船成功發(fā)射。為保證宇航員正常的生命活動，空間站內(nèi)的空氣需與我們周圍的空氣組成相近，主要采用以下循環(huán)系統(tǒng)：(1)空間站內(nèi)空氣中含量最多且不會被宇航員消耗的氣體是_____(填化學(xué)式,下同)，補(bǔ)充氧氣的化學(xué)反應(yīng)有_____(填序號)。空間站用活性炭凈化空氣，是利用它的______性。。吸附N2①③(2)反應(yīng)④的化學(xué)方程式是_______________________；此系統(tǒng)中循環(huán)利用的物質(zhì)有___________________。CO2+4H22H2O+CH4H2O、O2、H2、CO24.“感知宇宙奧秘，放飛航天夢想”。中國空間站“天宮課堂”于2021年12月9日和2022年3月22日開講，“在空間站里，氧氣和二氧化碳是怎么循環(huán)的呢？”空間站中水、氣整合循環(huán)系統(tǒng)利用“薩巴蒂爾反應(yīng)”，將CO2轉(zhuǎn)化為H2O，配合氧氣生成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)O2的再生。流程如圖所示：(1)蒸發(fā)水氣時(shí)，從微觀角度分析，液態(tài)水和氣態(tài)水的區(qū)別是_________________。航天員H2OO2薩巴蒂爾反應(yīng)器CO2氧氣生成系統(tǒng)H2H2OX

水分子間間隔不同(2)在氧氣生成系統(tǒng)中，運(yùn)用電解水的方法，發(fā)生此反應(yīng)時(shí)不變的粒子是________________。(3)在流程所示的物質(zhì)轉(zhuǎn)化中，進(jìn)入氧氣生成系統(tǒng)發(fā)生電解水的質(zhì)量_____(填“大于”“等于”“小于”)薩巴蒂爾反應(yīng)系統(tǒng)中生成水的質(zhì)量。航天員H2OO2薩巴蒂爾反應(yīng)器CO2氧氣生成系統(tǒng)H2H2OCH4氫原子和氧原子大于氧氣生成系統(tǒng)中水全部分解為氫氣，氫氣經(jīng)薩巴蒂爾反應(yīng)器生成H2O和CH4，由質(zhì)量守恒可知，進(jìn)入氧氣生成系統(tǒng)水的質(zhì)量大于薩巴蒂爾生成水的質(zhì)量。(4)薩巴蒂爾反應(yīng)系統(tǒng)中生成的水是軟水，請寫出一種你知道的軟水________________。(5)站內(nèi)O2的來源主要是電解水，備用O2來源由加熱高氯酸鋰(LiClO4)獲得，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________；除此之外，備用氧氣還可