空間站中的氧氣來源

北京時間2024年4月25日，搭載神舟十八號載人飛船的長征二號F遙十八運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火發(fā)射。航天員葉光富、李聰、李廣蘇乘坐飛船奔赴太空，與神舟十七號航天員乘組在我國空間站進(jìn)行在軌輪換。

我國空間站內(nèi)的空氣成分與比例同地球大氣層的空氣幾乎一樣，壓強(qiáng)為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，以最大限度模擬地面環(huán)境，減輕航天員們的不適。由于人體呼吸前后氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)基本不變，而氧氣會轉(zhuǎn)化為二氧化碳被人體呼出，所以空間站內(nèi)部需要補(bǔ)充氧氣并處理呼出的二氧化碳?xì)怏w。

氧氣從何而來呢？目前空間站中氧氣的來源主要有三種方式，具體如下。

情境1：第一種方式為電解水。目前，這種方式是航天員在空間站中獲取氧氣最主要的手段。電能來自太空站的太陽能電池板，水是貨運(yùn)飛船或航天飛機(jī)從地球帶到空間站的。航天員呼出的水蒸氣、排出的尿液都可以回收處理再利用。這種制取氧氣的化學(xué)原理，同學(xué)們可以參考如圖1所示水的電解實(shí)驗(yàn)，電池的正極產(chǎn)生氧氣，負(fù)極產(chǎn)生氫氣，二者體積比約為1∶2。制備的氧氣可以用于航天員生活，制備的氫氣可以用于二氧化碳的還原，把二氧化碳轉(zhuǎn)換為水和甲烷，水可以回收利用，甲烷可直接排出空間站。

練習(xí)1：水沸騰變成水蒸氣與水電解生成氫氣和氧氣，這兩個過程存在的差異為 。

練習(xí)2：結(jié)合電解水裝置圖，檢驗(yàn)正極氣體的方法為 。

情境2：第二種方式為固體燃料氧氣發(fā)生器（如圖2）。固體燃料氧氣發(fā)生器顧名思義就是利用含氧的固體，通過一定的技術(shù)手段，使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氧氣，故也被稱為氧燭或氯酸鹽蠟燭。

<E：＼2023田田＼10--＼初中生學(xué)習(xí)指導(dǎo)·中考版202409＼9期pb＼CZ24-20-12.psd>[喉部橫截圖][正激波][進(jìn)氣道] [電調(diào)節(jié)

喉道][燃燒

室][固體

燃料][補(bǔ)燃?xì)獾繻[補(bǔ)燃室][噴管] [ 貧氧燃燒 ]

圖2

固體燃料氧氣發(fā)生器最常用的就是氯酸鈉粉末，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是質(zhì)量輕、易于攜帶、產(chǎn)生氧氣的效率高，10 g氯酸鈉粉末就能產(chǎn)生大約1 L的氧氣。將氯酸鈉和鐵粉混合物裝在燃料罐內(nèi)，在點(diǎn)燃時，鐵粉先燃燒，然后氯酸鈉受熱分解產(chǎn)生氯化鈉和氧氣。大部分氧氣用于供給呼吸，極少部分氧氣繼續(xù)與鐵粉反應(yīng)。這種方式通常用于航天器上緊急制氧。

練習(xí)3：簡便檢驗(yàn)氧燭中是否含有鐵粉的方法： 。

練習(xí)4：寫出鐵在氧氣中燃燒的文字表達(dá)式 ，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為 。

練習(xí)5：在氧燭中加入鐵粉的目的是 。添加鐵粉時用量不宜過多的原因是 。

情境3：第三種方式為加壓氧氣罐，可以通過貨運(yùn)飛船從地球運(yùn)往太空。這種方法最為直接，但是效率低、運(yùn)輸成本昂貴、運(yùn)輸過程易發(fā)生危險。

練習(xí)6：氧氣罐中的液氧是以空氣為原料制取得到的。工業(yè)上選擇用空氣制取氧氣的主要原因是 ，屬于 變化。其過程可用圖3實(shí)驗(yàn)?zāi)M。

（1）上述實(shí)驗(yàn)利用氮?dú)馀c氧氣的 （選填“密度”或“沸點(diǎn)”）不同實(shí)現(xiàn)分離，工業(yè)制得的液氧是 （選填“純凈物”或“混合物”）。

（2）浸入液氮3 min后，試管內(nèi)產(chǎn)生約占其容積[13]的液態(tài)空氣。取出試管，液態(tài)空氣沸騰，立即伸入燃著的木條，木條 ，產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因是 。1 min后伸入帶火星的木條，觀察到木條復(fù)燃，此時試管內(nèi)液體的顏色為 。

答案：1. 水沸騰變成水蒸氣是物理變化，水通電分解生成氫氣和氧氣是化學(xué)變化

2.將帶火星的小木條伸入與正極相連的試管中，若木條復(fù)燃，則證明是氧氣

3.磁鐵吸引

4.鐵 + 氧氣 [點(diǎn)燃] 四氧化三鐵 劇烈燃燒，火星四射，放出大量的熱，生成黑色固體

5.鐵燃燒放熱，燃料罐內(nèi)溫度升高，使氯酸鈉分解 防止鐵粉消耗過多的氧氣

6.價格低廉 物理 （1）沸點(diǎn) 混合物 （2）熄滅 液氮沸點(diǎn)低先蒸發(fā)出來，且氮?dú)獠蝗紵膊恢С秩紵?淡藍(lán)色

（作者單位：沈陽市第三十三中學(xué)）