第1章第1节 研究与实践 了解火箭推进剂 (学生版)

2023年12月25日发(作者：教学论)

《2021-2022学年高二化学同步精品学案（新人教版选择性必修1）》

第1章 化学反应的热效应

第1节 反应热

研究与实践 了解火箭推进剂

【热烈祝贺】

2021 年 9 月 7 日 11 时 01 分，长征四号丙遥四十运载火箭在太原卫星发射中心点火升空，成功将高光谱观测卫星送入预定轨道，本次发射的高光谱观测卫星投入使用后可对内陆水体、陆表生态环境、蚀变矿物、农作物、森林植被等地物目标，以及大气污染气体、温室气体 、PM2.5 等环境和气象要素进行全球、长期、定量和综合观测，有效提升我国高光谱综合观测能力。

该系列火箭各级全部使用四氧化二氮和偏二甲阱作推进剂。

【研究目的】

火箭推进剂在航天和军事等领域具有广泛应用。通过查阅资料，了解火箭推进剂的发展历史、现状及趋势，感受火箭推进剂的发展对人类社会进步的促进作用，体会化学反应中能量变化的重要价值。

【研究任务】

（1）了解火箭推进剂的发展历史

（2）了解我国目前常用的火箭推进剂的类型、成分和特点

（3）火箭推进剂的发展趋势——绿色推进剂

【结果与讨论】

（1）选取自己感兴趣的方向进行研究并撰写研究报告，与同学交流和讨论

（2）通过研究，同学们得到什么启示？

【理论与应用】

目前火箭推进剂中较普遍的组合是肼(N2H4)和N2O4，两者反应生成N2和水蒸气，回答下列问题：

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）则N2H4和N2O4反应的热化学方程式为________________________________。

（2）N2H4和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为 _____________________________。

（3）试用化学反应能量图表示该反应过程中能量的变化。

（4）已知相关反应的化学键键能数据如下表所示：

化学键

E/(kJ·mol1)

－－－－N—H

390

N—N

190

N≡N

946

O—H

460

则使1 mol N2O4(g)分子中化学键完全断裂时需要吸收的能量是________。

（5）有人认为若用氟气代替四氧化二氮作氧化剂，反应释放的能量更大(两者反应生成氮气和氟化氢气体)。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请写出肼和氟气反应的热化学方程式： ________________________________。

②尽管氟气与肼反应释放的能量更大，但是氟气至今未被应用在火箭上，主要的原因－

是 。

（6）通过查阅资料，说明肼作推进剂的缺点主要有哪些？

【拓展延伸】其它的火箭推进剂组合

（1）在发射“神舟”十一号的火箭推进器中装有肼(N2H4)和过氧化氢，当两者混合时即产生气体，并放出大量的热。

①已知下列各物质反应的热化学方程式：

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

则联氨与过氧化氢反应的热化学方程式可表示为 。

②此反应用于火箭推进，除释放大量热和快速产生大量气体外，还有一个很大的优点是

________ 。

（2）“嫦娥二号”卫星使用液态四氧化二氮和液态偏二甲肼(C2H8N2)作推进剂。N2O4与偏二甲肼燃烧产物只有CO2(g)、H2O(g)、N2(g)，并放出大量热，已知10.0 g液态偏二甲肼与液态四氧化二氮完全燃烧可放出425 kJ热量，该反应的热化学方程式为________________________________________。

（3）液氢液氧——火箭燃料的皇冠，2020年12月22日，我国自主研制的新一代中型运载火箭长征八号首次飞行试验，该火箭采用无毒无污染推进剂，以液氢、液氧为推进剂，燃烧后生成的是水，真正实现了无毒无污染零排放，是一支环保“绿箭”。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请写出液氢和液氧生成气态水的热化学方程式： __________________________________。

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