2026年神舟二十三号、二十四号的航天员乘组将从酒泉卫星发射中心乘坐神舟飞船出发,前往中国空间站。航天员的中长期太空生活和工作中,如何确保氧气供应和二氧化碳清除呢?同学们带着疑问开启了项目化学习之旅。
任务一:了解空间站内如何获得氧气
【查阅资料】国际空间站的氧气发生器是通过水的电解来制造氧气,是主要的制氧方式。水通过货运飞船输送到空间站,此外航天员所呼出的水蒸气,也会通过冷凝器从舱内空气中加以回收,还可以通过ECLSS(环控生保系统)装置,从航天员的尿液中回收水。
【分析交流】
(1)同学们分析资料后,就以下两个问题进行了交流:
①从尿液中回收水需要对尿液进行净化处理,净化的方法为沉降、、吸附、消毒、蒸馏等;
②电解水所需要的电能可由能转化提供。
【深入学习】
(2)同学们通过进一步学习,还了解到SFOG(固体燃料氧气发生器)制氧法。该方法是采用特殊的技术手段加热氯酸钠,使其分解为氯化钠和氧气(提示:氯酸钠与氯酸钾含有相同的氯酸根离子),其产生氧气的化学方程式为。
任务二:探究空间站内如何清除二氧化碳
通过咨询有关专家,同学们梳理了空间站内吸收二氧化碳的几种方法。

【交流讨论】
(3)与方法一相比,方法二的优点是。
(4)空间站上的大气控制装置按照地球大气的组成比例,动态调整舱内气体组分,还需要补充(填物质的化学式)。
任务三:展望未来
(5)空间站内还有一个被称为面向未来更长期的太空驻留任务,科学家们寄希望于第三代环控生保系统——受控生态生保系统,能自然地产生氧气和消除二氧化碳,同时还可以为航天员提供食物,实现该目标的措施是。

(1)①过滤 ②太阳
(2)$2NaClO_3 \stackrel{△}{=\!=\!=}2NaCl+3O_2\uparrow$
(3)除了能消耗掉二氧化碳,还能生成氧气,供给呼吸
(4)$N_2$
(5)种植绿色植物

【分析】
本题结合空间站的实际情境，考查化学知识在生活中的应用，需结合水的净化、化学方程式书写、空气组成、光合作用等知识点逐一分析：
1. 第(1)题：水的净化步骤需回忆净水流程，电解水的电能来源结合空间站能量特点分析；
2. 第(2)题：类比氯酸钾分解反应，推导氯酸钠分解的化学方程式，注意反应条件和配平；
3. 第(3)题：对比两种吸收CO₂的方法，分析产物的差异，得出方法二的优点；
4. 第(4)题：根据地球大气组成，判断空间站需补充的气体；
5. 第(5)题：结合“产氧、消CO₂、提供食物”的要求，联想对应措施。
【解析】
(1)①水的净化常规步骤为沉降、过滤（除去不溶性杂质）、吸附、消毒、蒸馏，故填过滤；②空间站的电能主要来自太阳能，电解水的电能由太阳能转化提供，故填太阳。
(2)氯酸钠受热分解生成氯化钠和氧气，类比氯酸钾分解的反应，配平后化学方程式为：$2NaClO_3 \stackrel{△}{=\!=\!=}2NaCl + 3O_2\uparrow$。
(3)方法一仅消耗CO₂，方法二除消耗CO₂外，还生成了供给呼吸的O₂，可减少空间站额外制氧的需求，故优点是除消耗二氧化碳外，还能生成氧气供给呼吸。
(4)地球大气中氮气占比约78%，空间站需按比例调整气体组分，已有氧气，故需补充氮气，化学式为$N_2$。
(5)绿色植物的光合作用可吸收CO₂、释放O₂，且植物可作为食物，符合“产氧、消CO₂、提供食物”的要求，故措施是种植绿色植物。
【答案】
(1)①过滤；②太阳
(2)$2NaClO_3 \stackrel{△}{=\!=\!=}2NaCl + 3O_2\uparrow$
(3)除了能消耗二氧化碳，还能生成氧气，供给呼吸
(4)$N_2$
(5)种植绿色植物
【知识点】
水的净化、化学方程式书写、空气的组成
【点评】
本题以空间站环控生保为情境，将化学知识与实际应用结合，考查学生对基础知识点的理解和迁移能力，难度适中，需学生结合情境分析各问题的解决思路。
【难度系数】
0.6