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跨学科实践活动 10 调查我国航天科技领域中新型材料、新
型能源的应用
本实践活动与“材料的性质和应用、能量的转化和转移”知识内容紧密相连，主要包含以下4个
活动任务：任务一 了解我国宇航产品的基本情况；任务二 了解宇航产品的材料选择；任务三 了解宇
航产品的能源选择；任务四 设想航天科技领域中未来的新型材料和能源。中考的命题也是围绕这几个
活动任务为命题情境，以化学学科知识如金属材料的性质和用途、燃料的燃烧和优点等为命题落脚
点。在选择题和填空题、探究题中均有所涉及。
1．（2022·山东青岛·中考真题）2022年4月16日，“神舟十三号”三位航天员“太空出差”凯旋归来。
彰显了我国在航天领域的科技实力。制造载人飞船和太空舱使用了镁合金和钛合金，工业上可用下图所示
流程制备镁和钛。下列说法不正确的是
A．步骤①中可以加入石灰乳
B．步骤②和④中发生的反应都是复分解反应
C．该流程中氯化镁可以循环利用
D．步骤④中氩气作保护气是因为其化学性质稳定
2．（2021·山东潍坊·中考真题）2021年中科院航天催化材料实验室将甲烷转化为甲醇（CH OH，常温下是
3
液态）实现了天然气的高效利用，反应历程如图所示。下列说法错误的是
A．铁为该反应的催化剂 B．该过程中，CH 发生还原反应
4
C．生成CH OH过程中，分子数目减少 D．将甲烷转化为甲醇有利于储存和运输
3
3．（2024九年级下·湖北荆州·专题练习）2024年“中国航天日”活动主题是“极目楚天，共襄星汉”。
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钛合金是常用的航天材料，钛在元素周期表中的信息及原子结构示意图如图所示，下列有关说法正确的是
A．属于非金属元素，位于第四周期
B．二氧化钛的化学式为O Ti
2
C．x=2，钛原子易失去电子，易形成Ti2+
D．Ti的相对原子质量为47.87g
4．（2024·安徽合肥·一模）铪是航天材料中的重要组成部分。铪在元素周期表中的信息如图所示。下列说
法正确的是
A．属于非金属元素 B．铪原子质量为178.5
C．铪原子中的中子数为72 D．金属铪的化学式为
5．（2024·河北邯郸·模拟预测）中国的航天力量日益强大，在航天科技中会用到大量金属材料。下列有关
金属材料的说法错误的是
A．黄铜的硬度比纯铜的大 B．金属在常温下大多数都是固体
C．生锈的铁制品没有回收价值 D．铝合金被广泛用于火箭、飞机、轮船等制造业
6．（2024·山西·模拟预测）2024年4月25日“神舟十八号”载人飞船成功发射，标志着我国载人航天进
入新的发展阶段。其中长征2F型火箭使用的推进剂为偏二甲肼和四氧化二氮(N O )，下列物质中氮元素的
2 4
化合价与四氧化二氮相同的是
A．N B．HNO C．NH D．NO
2 2 3 2
7．（2011·山东济宁·中考真题）(1)氢气是最轻的气体，难溶于水。氢气作为未来的理想能源，是航天工业
的高能燃料，也是化工生产的重要原料。实验室通常采用下面装置制取少量氢气，请根据
要求回答：
要求回答：
①实验室使用稀盐酸和金属锌制取氢气的化学反应方程式为 ，这种方法制得的氢气
往往含有少量 (原因是 )和水蒸气，可将杂质气体通过
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装置 除去；
②实验中可采用 装置收集氢气；集满氢气后的集气瓶按装置G方式放置备用，原因是
。
(2)某校课题研究小组到电镀厂考察，了解到铁件镀铜的主要工艺流程如下：
结合流程中提供的信息回答：
①流程Ⅱ废水中含有的物质有 ；
②经测定：流程Ⅳ中废水的pH为4，废水中一定没有 ；
③流程Ⅳ废水中除流程Ⅰ、Ⅱ引入的物质外，还含有 ；
请设计简单方案来证明你的推断：
。
8．（2024·贵州遵义·模拟预测）2024年4月25日，神舟十八号太空飞船成功发射，标志着我国载人航天
进入新的发展阶段。
(1)神舟十八号从镉镍蓄电池升级到锂电池，电池在使用过程中将化学能转化为 能。
(2)含金属铝的返回舱在高于1600℃时，仍能保持完整外形，请结合下标分析原因 。
物质 熔点/℃ 沸点/℃
Al 660.4 2467
Al O 2050 3000
2 3
(3)制作飞船时常在金属铝中添加一定比例的其他金属使其具有更好的性能，如Mn和Cu等。小组同学欲探
究金属Mn的化学性质，进行了如图的三个实验。Mn是一种难溶于水的灰白色固体。锰元素在化合物中常
显+2价，其溶液呈浅粉色。
①A试管中锰丝表面有气泡生成，溶液由无色变为浅粉色，请写出反应的化学方程式 ，B试管无明
显现象，可得出活动性Mn＞Cu；
②C试管中的现象为 ，由此可以得出活动性Al＞Mn；
③同学们认为，只用一支盛有少量稀硫酸（能一次性被金属丝消耗完）的试管，向其中插入三种金属丝，
当金属丝插入顺序为 时，也可比较Al、Mn、Cu的金属活动性。
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④反应后将A、B、C试管混合在一起，有气泡产生，溶液为浅粉色。混合后溶液中一定含有的溶质是：
。
⑤提供足量的含Mn、Cu的铝合金和稀盐酸，欲确定各金属的质量分数，请写出实验操作及需要收集的实
验证据有 。
(4)通过以上金属的利用及实验可归纳出金属的化学性质有 。
9．（2018·安徽芜湖·一模）铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、
机械制造、 船舶及化学工业中已大量应用。工业经济的飞速发展，对铝合金的需求日益增多，使铝合金
的研究也随之深入。已知某铝合金粉末除铝外，还含有铁、铜中的一种或两种。某兴趣小组在老师的指导
下，对铝合金粉末中铁、铜的存在情况进行了探究。
【查阅资料】铝与氢氧化钠溶液反应方程式为2Al+2NaOH+2H O＝2NaAlO +3H ↑( 产物NaAlO 溶于水)；
2 2 2 2
Fe、Cu不与氢氧化钠溶液反应。
猜想1：该合金粉末中除铝外，还含有铁。
猜想2：该合金粉末中除铝外，还含有铜。
猜想3：该合金粉末中除铝外，还含有铁、铜。
【实验探究】下列实验仅供选择的试剂：10%盐酸、30%NaOH溶液。
实验方案 实现现象 结论
①取一定量的合金粉末，加过量的 ， 粉末部分溶解，并有气体放 合金中一定含有
充分反应后过滤，滤渣备用。 出。 。
②取步骤①所得滤渣，加过量的 ，充 滤渣部分溶解，并有气体放 合金中一定含有
分反应。 出，溶液呈浅绿色。 。
实验操作 实验现象 实验结论
①30%NaOH溶液 铝
②10%盐酸 铁、铜
【探究结论】猜想 成立。
【反思】一般来说，活泼金属能与盐酸等酸反应，而铝与酸、碱都能反应，说明铝具有特殊的性质。写出
铝与稀盐酸反应的化学方程式 。
【拓展与分析】
为了验证铝、铁的金属活动性强弱，小刘同学设计了如下实验方案：把表面积相同的铝丝和铁片同时投入
到相同体积的稀盐酸中，比较反应的剧烈程度。请你评价该方案在操作过程中和控制变量上的不足之处。
操作过程中的不足之处 。
控制变量上的不足之处 。
请你再设计一种不同类型的实验方案，验证铝、铁的金属活动性强弱。 。
10．（2024·山东济南·二模）2024年4月24日是第九个“中国航天日”，今年的主题是“极目楚天，共襄
星汉”。4月25日晚，神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭发射成功，我国航天事业再登新
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高。
Ⅰ、生命保障
(1)航天飞行会导致航天员的钙流失，钙属于人体中的 （填“常量”或“微量”）元素。
(2)航天食品中包含牛肉和蔬菜，其中主要为航天员提供维生素C的食品是 。
Ⅱ、能源系统
(3)运载火箭使用的推进剂为偏二甲肼（ ）和四氧化二氮（ ）。偏二甲肼（ ）属于
（填“氧化物”、“有机物”、“无机物”之一），其中碳、氮两种元素的质量比为 （填最简整数
比）。
(4)此次发射的神舟十八号飞船在电源系统方面进行了改进，将铬镍电池更换为电池容量更大、系统可靠性
更高的锂电池。飞船充电使用太阳翼（即太阳能电池板），它是一种将 能转化为电能的装置。
Ⅲ、航天材料
(5)下列航天服的制造材料中属于有机合成材料的是______（填序号之一）。
A．纯棉舒适层 B．羊毛保暖层
C．镀铝防护层 D．聚氯乙烯管水冷层
(6)钛（Ti）被称为航空金属，建造空间站使用的钛合金具有很多优良的性能，如图是以钛铁矿【主要成分
为钛酸亚铁（ ）】为主要原料冶炼金属钛的生产工艺流程：
①钛酸亚铁的化学式为 ，其中钛元素的化合价为 价。
②反应①之前需要将钛铁矿粉碎，目的是 。操作a的名为 。
③反应②除了生成 ，还生成一种有毒的可燃性气体，该气体的化学式为 。
④写出③中金属镁和 反应的化学方程式 。
11．（2023·广东肇庆·二模）“逐梦寰宇问苍穹”，历经三十年，中国从航天大国迈向航天强国。
(1)二苯甲烷二异氰酸酯(C H N O ) 是航天服的生产原料之一， 此物质中碳、氢元素的原子个数比为
15 10 2 2
，质量分数最大的元素是 (填元素符号)。
(2)搭载梦天实验舱的运载火箭型号是长征五号B，其发动机点火管用钨合金来制作，该合金具有熔点
(填 “高”或“低”)的性质。
(3)天宫空间站内，宇航员呼出的二氧化碳和电解水生成的氢气在一定条件下反应的微观示意图如下：
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该反应涉及 种氧化物， 该反应的化学方程式为 。
(4)返回舱返回时的动力来自液氢和液氧，在即将着陆前，要迅速释放剩余的燃料，这样做的目的是
。
12．（2022·江苏扬州·一模）“感知宇宙奥秘，放飞航天梦想”。中国空间站“天宫课堂”分别于2021年
12月9日和2022年3月22日开讲，请回答下列问题。
(1)在空间站的建设中使用了钛和钛合金。钛元素在元素周期表中的相关信息如图1所示。
①钛元素的相对原子质量是 。
②钛合金具有许多优良性能，其硬度 （填“大于”或“小于”）金属钛的硬度。
③空间站的太阳能电池在充电过程中的能量转化：太阳能→电能→ 。
(2)如图2“泡腾片实验”：航天员将半片泡腾片（含某种酸和碳酸氢钠）塞入一个蓝色水球里，水球里立即
产生很多气泡。
①该气体的化学式是 。
②碳酸氢钠俗称小苏打，生活中可用作 （举一例）。
(3)如图3“太空冰雪’实验”：实验中用到了过饱和醋酸钠溶液，它在太空中形成液体球态，用带有结晶核
的绳子接触液球，它就会瞬间结冰，变成“冰球”，这个“冰球”其实是“热球”。
①过饱和醋酸钠溶液结晶过程 （填“放热”或“吸热”）。
②如图4是醋酸钠的溶解度曲线，下列说法正确的是 （填字母）。
A．常温下，醋酸钠易溶于水
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B．40℃时，饱和醋酸钠溶液的溶质质量分数是65.6%
C．加水能使醋酸钠溶液从饱和变成不饱和
D．将A点的饱和溶液升温到60℃，溶质质量分数增大
(4)“在空间站里，氧气和二氧化碳是怎么循环的呢？”地面分课堂的同学问。空间站中的水、气整合循环
系统利用“萨巴蒂尔反应”，将CO 转化为H O，配合氧气生成系统实现O 的再生，流程如图5所示。
2 2 2
①在氧气生成系统中，运用电解水的方法制氧气，反应的化学方程式为 。
②在萨巴蒂尔反应系统中，发生的反应为 ，则X的化学式为 。
③在流程图所示的物质转化中，进入氧气生成系统发生电解的水的质量 （填“大于”、“等
于”或“小于”）萨巴蒂尔反应系统中生成水的质量。
13．（2024·四川广安·中考真题）2024年5月3日，嫦娥六号探测器由长征五号遥八运载火箭在中国文昌
航天发射场成功发射，之后准确进入地月转移轨道，由此开启月背“挖宝”之旅。长征五号的推进剂有煤
油、液氢、液氧。
回答下列问题：
(1)煤油燃烧会 （填“放出”或“吸收”）热量。
(2)液氢汽化成氢气，分子间的间隔 （填“增大”“减小”或“不变”）。
(3)上述推进剂所含的C、H、O三种元素可组成多种酸，任意写出其中一种酸的化学式 。
(4)嫦娥六号用到了钛合金、塑料、碳纤维等多种材料，其中塑料属于 （填“合成材料”或“金属材
料”）。
14．（2013·福建泉州·中考真题）今年6月我国发射的神舟十号飞船，将全面完成载人航天工程相应阶段
的各项工作。请回答下列问题：
（1）液氢液氧是运载火箭的推进剂，其中氧气的作用是 。
（2）下列航天食品中，富含蛋白质的是 （填标号）。
a．脱水蔬菜 b．鱼肉罐头 c．冻干水果 d．脱水米饭
（3）铝合金是制作航天舱外服的材料之一，它属于 （选填“金属”、“无机非金属”）材料。
（4）宇航服可采用氢氧化锂（LiOH）去除二氧化碳气体。该反应的化学方程式为：
2LiOH + CO = Li CO + X， 则X的化学式为 。
2 2 3
15．（2024·湖北·模拟预测）金属钛是重要的航天、航海材料。钛因其硬度大、熔点高，常温下不和非金
属、稀酸反应，与人体有很好的“相容性”，被誉为“未来金属”。由钛铁矿(主要成分为钛酸亚铁)化学
式为(FeTiO )、焦炭、氯气等为原料，提取金属钛的主要工艺过程如图：
3
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(1)钛酸亚铁(FeTiO )中钛元素的化合价为 。
3
(2)反应②中会生成TiCl 和一种有毒的氧化物气体，该气体的化学式为 。
4
(3)反应③在高温的条件下进行，其化学方程式为 ；该反应需在氩气氛围中进行，氩气的作用是
。
(4)从反应③获得的钛中常含有少量镁，可向钛中加入足量的 (填药品名称)，充分反应后 (填
化学实验操作)、洗涤、干燥，得到纯净的钛。
16．（2024·广东汕头·一模）化学与社会、科技、生活息息相关。
(1)“航天点亮梦想”。搭载神舟飞船的火箭常用液氢作燃料，液氢的化学式是 。
A．H •H O B．CH C．H D．NH
2 2 4 2 3
(2)高铁酸钠（Na FeO ）是一种新型净水剂。高铁酸钠中铁元素的化合价为 ，消毒后生成铁离子的
2 4
符号为 ，高铁酸钠中铁元素、氧元素的质量比 。
(3)在水中加入洗涤剂可以除去衣物上的油污，这是因为洗涤剂具有 作用。
(4)烹饪时如遇油锅着火，灭火的措施是 。
17．（2024·江苏·二模）中国空间站建成国家太空实验室，标志着我国航天科技水平已处于世界领先地位。
中国空间站利用太阳能电池板进行工作,电池板需要用铝合金加工成的箔片进行密封支撑，铝合金能加工成
箔片是利用了金属的 （填“导电”“导热”或“延展”）性。
18．（2024·吉林·模拟预测）大国重器作为时代的最强音，承载着我国的科技成就，“大国重器必须掌握
在自己手里。”请运用所学知识，解决下面小题。
(1)大国重器中的清华力量——国家版本馆中央总馆，收藏了承载中华文明印记的各类资源。其中有很多用
墨汁绘写的古籍书画至今没有褪色，其原因是 。
(2)大国重器中的圆梦航天——大型客机C919，机身采用铝锂合金，抗腐蚀性优良，除此之外，还具有的性
质是 。
(3)大国重器中的极地科考——雪龙2号，全球首艘双向破冰极地科考船，能够在1.5米厚冰环境中破冰航
行。从微观角度分析，海水结成海冰主要是 发生改变。
19．（2024·新疆阿克苏·三模）我国航天科技水平已处于世界领先地位。航空航天科学研究涉及许多化学
知识。
(1)航天员每天的食品要确保营养均衡。青菜为航天员提供的主要营养素是 。
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(2)长期驻留空间站会导致航天员肌肉萎缩、骨密度降低，可在航天食品中添加含 元素的药品预防骨
质疏松。
(3)太空中、应及时补充宇航员吸入的氧气，说明氧气具有的用途是 。在空间站中一部分氧气是利用
太阳能电池板提供的电能，通过电解水制备的，反应的化学方程式是 ，此反应的基本反应类型为
。此外，还有一部分氧气是储存在加压氧气罐中从地球上运送到空间站的。氧气加压储存过程的微观实质
是 。
(4)神舟十三号载人飞船座舱通过专用风机将座舱空气引入净化罐，利用无水氢氧化锂（ ）吸收二氧
化碳，净化后的空气再重流回座舱。 、 均可吸收 ，相同条件下，不同吸收剂吸收 的
最大质量关系如图所示，由图可知，选用 作吸收剂的原因是 。
20．（2023·四川宜宾·一模）阅读下面科普短文。
2022年4月16日，神舟十三号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，飞行乘组在轨驻留长达6个月时
间，这也是我国迄今为止时间最长的一次载人飞行。为了保障航天员的生命健康，科学家们精心研制出最
新的环境控制和生命保障系统。从载人航天的发展历史来看，空间站环境控制和生命保障系统一般可划分
为四种类型：开式系统、改进型开式系统、半闭式系统、闭式系统。
开式系统：航天员的代谢产物不作回收再生，而是抛出舱外或封闭起来带回地面，消耗性物质通过天地往
返运输系统的周期性输送和补给来保障。如：早期的美国的载人飞船和航天飞机采用液态超临界压力储存
氧气供航天员呼吸，航天员呼出的二氧化碳由消耗性氢氧化锂吸收；前苏联的载人航天器上则采用超氧化
物吸收二氧化碳并同时放出氧气，使用氢氧化锂来调整吸收二氧化碳和产生氧气的比例关系。
我国目前采用的是半闭式系统：在改进型开式系统的基础上进一步加以改进，使水和氧形成闭合回路，使
系统无需补给这些消耗性物质，仅供应含水食物和补给舱体泄漏损失所消耗的气体。系统的主要构成如图．
载人航天取得优异成绩的基础上，我国探月工程也实现“六战六捷”。未来还将探索在月球建设基地的可
能，其中一个前提就是在月球上大规模制造 ，在月球上可以电解熔触月壤（含 、FeO、CaO、
等）制造氧气。
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请回答下列问题：
(1)月壤中含有的CaO也可用于作干燥剂，是因为 （写化学方程式）。
(2)下列说法正确的是______。
A．我国在宇宙探索的多个领域取得辉煌成就
B．半闭式系统需要周期性输送和补给消耗性物质
C．电解月壤制造氧气为建设月球基地提供了可能
D．水电解系统发生主要反应的化学方程式是：
(3)已知氢氧化锂（LiOH）的化学性质与氢氧化钠相似，请写出氢氧化锂吸收二氧化碳的化学方程式 。
(4)①二氧化碳收集系统：二氧化碳的吸附剂可以采用分子筛或固态胺。其中分子筛表面布满孔洞，类似
于初中化学实验室常用的 （填物质名称）的结构。
②萨巴蒂尔反应系统：系统的核心部件是萨巴蒂尔反应器。气体在萨巴蒂尔反应器内570～580K的温度下，
以及钉催化剂的作用下反应。试写出萨巴蒂尔反应器中发生反应的化学方程式 。
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