第1章第1節 研究與實踐 了解火箭推進劑 (學生版)

2023年12月25日發(作者：教學論)

《2021-2022學年高二化學同步精品學案（新人教版選擇性必修1）》

第1章 化學反應的熱效應

第1節 反應熱

研究與實踐 了解火箭推進劑

【熱烈祝賀】

2021 年 9 月 7 日 11 時 01 分，長征四號丙遙四十運載火箭在太原衛星發射中心點火升空，成功將高光譜觀測衛星送入預定軌道，本次發射的高光譜觀測衛星投入使用后可對內陸水體、陸表生態環境、蝕變礦物、農作物、森林植被等地物目標，以及大氣污染氣體、溫室氣體 、PM2.5 等環境和氣象要素進行全球、長期、定量和綜合觀測，有效提升我國高光譜綜合觀測能力。

該系列火箭各級全部使用四氧化二氮和偏二甲阱作推進劑。

【研究目的】

火箭推進劑在航天和軍事等領域具有廣泛應用。通過查閱資料，了解火箭推進劑的發展歷史、現狀及趨勢，感受火箭推進劑的發展對人類社會進步的促進作用，體會化學反應中能量變化的重要價值。

【研究任務】

（1）了解火箭推進劑的發展歷史

（2）了解我國目前常用的火箭推進劑的類型、成分和特點

（3）火箭推進劑的發展趨勢——綠色推進劑

【結果與討論】

（1）選取自己感興趣的方向進行研究并撰寫研究報告，與同學交流和討論

（2）通過研究，同學們得到什么啟示？

【理論與應用】

目前火箭推進劑中較普遍的組合是肼(N2H4)和N2O4，兩者反應生成N2和水蒸氣，回答下列問題：

①2O2(g)＋N2(g)===N2O4(l) ΔH1＝＋8.7 kJ·mol1

②N2(g)＋2H2(g)===N2H4(l) ΔH2＝＋50.6 kJ·mol1

③O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g) ΔH3＝－483.6 kJ·mol1

（1）則N2H4和N2O4反應的熱化學方程式為________________________________。

（2）N2H4和N2O4可作為火箭推進劑的主要原因為 _____________________________。

（3）試用化學反應能量圖表示該反應過程中能量的變化。

（4）已知相關反應的化學鍵鍵能數據如下表所示：

化學鍵

E/(kJ·mol1)

－－－－N—H

390

N—N

190

N≡N

946

O—H

460

則使1 mol N2O4(g)分子中化學鍵完全斷裂時需要吸收的能量是________。

（5）有人認為若用氟氣代替四氧化二氮作氧化劑，反應釋放的能量更大(兩者反應生成氮氣和氟化氫氣體)。已知：

Ⅰ、N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－534.0 kJ·mol1

11－Ⅱ、H2(g)＋F2(g)===HF(g) ΔH＝－269.0 kJ·mol1

221－Ⅲ、H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝－242.0 kJ·mol1

2①請寫出肼和氟氣反應的熱化學方程式： ________________________________。

②盡管氟氣與肼反應釋放的能量更大，但是氟氣至今未被應用在火箭上，主要的原因－

是 。

（6）通過查閱資料，說明肼作推進劑的缺點主要有哪些？

【拓展延伸】其它的火箭推進劑組合

（1）在發射“神舟”十一號的火箭推進器中裝有肼(N2H4)和過氧化氫，當兩者混合時即產生氣體，并放出大量的熱。

①已知下列各物質反應的熱化學方程式：

Ⅰ、N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－533.23 kJ·mol1

Ⅱ、H2O(g)===H2O(l) ΔH2＝－44 kJ·mol1

Ⅲ、2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g) ΔH3＝－196.4 kJ·mol1

則聯氨與過氧化氫反應的熱化學方程式可表示為 。

②此反應用于火箭推進，除釋放大量熱和快速產生大量氣體外，還有一個很大的優點是

________ 。

（2）“嫦娥二號”衛星使用液態四氧化二氮和液態偏二甲肼(C2H8N2)作推進劑。N2O4與偏二甲肼燃燒產物只有CO2(g)、H2O(g)、N2(g)，并放出大量熱，已知10.0 g液態偏二甲肼與液態四氧化二氮完全燃燒可放出425 kJ熱量，該反應的熱化學方程式為________________________________________。

（3）液氫液氧——火箭燃料的皇冠，2020年12月22日，我國自主研制的新一代中型運載火箭長征八號首次飛行試驗，該火箭采用無毒無污染推進劑，以液氫、液氧為推進劑，燃燒后生成的是水，真正實現了無毒無污染零排放，是一支環?！熬G箭”。已知：

①H2(g)===H2(l) ΔH＝－0.92 kJ·mol1

②O2(g)===O2(l) ΔH＝－6.84 kJ·mol1

③H2O(l)===H2O(g) ΔH＝＋44.0 kJ·mol1

1－④H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol1

2請寫出液氫和液氧生成氣態水的熱化學方程式： __________________________________。

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