“嫦娥三号”登月之旅知识链接

田宗学

2013年12月2日01时30分，我国探月卫星“嫦娥三号”在西昌卫星发射中心升空成功。“嫦娥三号”的成功运行、保障能量供给与化学、物理学、电磁学等知识有着紧密的联系，是2014年高考测试的热点背景内容。笔者根据相关资料编撰几道原创试题，供高考复习参考。

阅读下列有关我国探月工程的信息资料，请回答相关的问题：

材料一：聚焦航天的化学动力——燃料，“嫦娥三号”探月卫星搭载着长征三号乙运载火箭发射，长征三号乙运载火箭（CZ-3B），简称长三乙，是中国目前运载能力最大、技术最先进、构成最复杂的运载火箭，代表中国目前运载火最高水平，在世界航天界也居前列。火箭共有三级，头两级用的是常规燃料四氧化二氮，作为燃料的氧化剂，四氧化二氮是一种有污染性的液体燃料，第三级用的是低温液态燃料液氢，液氢属于新一代无污染的火箭燃料。运载火箭需要的液氢、液氧推进剂对保存温度都有一定的要求。保存液氢须在-253℃的温度，而保存液氧须在-183℃的温度，只有达到他们要求的温度，才有利于保存。由于在加注的过程中，很难避免燃料的挥发，因此要求精确计算燃料的加注量。同时，要避免液氢、液氧溢出导致保温箱损坏，从而引起意外爆炸。

材料二：聚焦21世纪的波斯湾——月球，月球上有两种资源将会给地球带来重大贡献：一是月球上可以接受到丰富的太阳能。理论上可以在

月球表面无限制地铺设太阳能电池板，获得丰富而稳定的太阳能。二是月球矿藏资源丰富，尤其是富含核聚变燃料氦-3。氦-3主要来源于太阳风，而地球上非常缺乏。据估计，月球土壤里含有大约100万吨~500万吨氦-3，10万吨氦-3所发的电就可以满足我国一年的用电量。

1.由火箭燃料链接热化学方程式

例1“嫦娥三号”使用燃料是液氢燃料。液氢燃料作为清洁能源，在许多领域有广泛的应用。已知：

①H2(g)+1/2O2(g)H2O(g);

ΔH1=a kJ·mol-1

②2H2(g)+O2(g)2H2O(g);

ΔH2=b kJ·mol-1

③H2(g)+1/2O2(g)H2O(l);

ΔH3=c kJ·mol-1

④2H2(g)+O2(g)2H2O(l);

ΔH4=d kJ·mol-1

下列关系正确的是（）。

A.ad>0

C.2a=b<0D.2c=d>0

解析本题考查燃烧热概念及热化学方程式书写。在给出的4个热化学方程式中，b=2a,d=2c。由于从气态水转化成液态水要放出热量，又由于反应均为放热反应，a、b、c、d均小于0，故只有C正确。

评析热化学是高考重点内容。燃烧热、中和热概念是热化学的基础。

2.物质的物理性质、物质三态变化链接吸热、放热反应

例2“嫦娥三号”的燃料是液态氢，助燃剂为液态氧。物理性质如下：

气态密度g/L液态密度g/cm3熔点/℃沸点/℃氢气0.08899 0.070 -259.14-252.4氧气1.4291.149-218.4-182.96下列判断正确的是（）。

A.液氢、液氧滴在皮肤上，会灼烧皮肤

B.同条件下降低温度，液氢比液氧先液化

C.氧气沸点比氢气的高，与它们的相对分子质量大小有关

D.液氧比液氢更容易挥发

解析本题考查物质三态变化特点及其性质。液氢和液氧气化时要吸收大量热量，会冻伤皮肤，A错；气体沸点越高，恒压降温时越容易液化，氧气沸点高于氢气的沸点，所以同条件下，氧气先液化，B错；氢气和氧气都是双原子分子，且都是非极性分子，氧气相对分子质量比氢气的相对分子质量大，氧气分子间作用力大于氢气分子间作用力，所以氧气比氢气容易液化，C正确；液氢沸点比液氧的低，沸点越低，越容易挥发，D错。

评析物质的物理性质、物质三态变化与吸热、放热关系等均是《高考大纲》要求考查的内容，本题以氢气和氧气物理性质为信息，考查学生对数据的处理能力。

3.探测月球表面氦-3链接同位素

例3利用核聚变发电,3He是最清洁最安全的能源，地球上的3He仅有15t左右。月球上的3He可供全世界开采500年。地球上氦元素主要以4He形式存在，而月球上有数百万吨3He。下列说法正确的是（）。

①3He、4He的化学性质基本相同

②3He、4He具有相同的中子数

③3He核聚变是化学变化

④3He液化是物理变化

⑤3He、4He形成的晶体类型，所含化学键不同

⑥3He、4He组成的气体单质，在相同条件下密度之比为3∶4

A.①②⑤B.①④⑥

C.②③⑤D.③④⑥

解析本题考查同位素性质及含义。原子性质主要由最外层电子数决定，同位素在周期表中位置相同，化学性质基本相同，①正确；中子数等于质量数减去质子数，二者中子数不同，②错误；化学变化指原子核不变，电子排布变化，即原子是化学变化中最小粒子，③错误；液化指气态变成液态，状态变化是物理变化，④正确；稀有气体单质是单原子分子靠分子间作用力形成分子晶体，不存在化学键，⑤错误；同条件下，气体密度之比等于相对分子质量之比， ⑥正确。答案：B。

评析同位素是中学化学重要概念，高考考查的重点。本题主要考查同位素中“位”即在周期表中位置，同位素的化学性质几乎相同，物理性质不同。化学变化断裂化学键，原子重新组合，原子核没有变化。

4.新型材料的链接

例4“嫦娥三号”卫星进入距地面80km至40km的大气层时，是气动加热最严重的一段，卫星表面温度高达千摄氏度以上，像一团大火球。为了防止卫星表面温度过高，可在卫星表面涂上一种特殊的化学物质，推测该物质最可能具有的性质是（）。

A.导热性能好、熔点高、热量大

B.高温下可分解或“燃烧”时气化

C.良好的热稳定性

D.较强的还原性，易燃烧

解析本题考查特殊材料的性质。卫星表面的涂料主要作用是防止温度过高，即具有吸热、散热作用。特殊材料分解或汽化都要放热，所以B正确。

评析新型材料是社会进步的关键，高考十分重视新材料的考查。本题把新材料与性质联系起来，理解特殊材料的价值。

5.安全生产的链接

例5“嫦娥三号”升空前加注液氢、液氧是一个险象环生的过程。因为超低温的燃料在空气中挥发到一定的程度时，有可能导致爆炸。如液氢挥发后，在空气中积聚到一定的浓度后就会爆炸。一粒米从1m高的地方掉到地上所产生的能量，就足以引爆液氢！已知氢气在空气中爆炸极限（气体体积比）为4.1%~75%。发生爆炸最剧烈的空气中氢气体积分数是（）。

A.33.3%B.42.0%C.29.6%D.21%

解析本题有关气体体积分数计算：

2H2+O2点燃2H2O,

V(H2)∶V(O2)=2∶1时，爆炸最剧烈。空气中氧气体积分数为21%，取V(H2)=2 L,V(空气）=1 L/21%=4.76 L,φ(H2)=2 L/(2 L+4.76 L)×100%=29.6%。答案为C。

评析实验安全是《高考大纲》新增内容，本题以氢气在空气中爆炸极限为载体考查有关气体体积分数计算，引导备考安全知识。

6.综合考查的链接

例6氢化锂、氘化锂、氚化锂可以作为起动“长征三乙”火箭发射的优良炸药，下列说法正确的是（）。

A.H、D、T之间互称同素异形体

B.它们均是共价化合物

C.LiH、LiD、LiT摩尔质量之比为1∶2∶3

D.它们都是强还原剂

解析H、D、T之间互为同位素，A错；氢化锂是离子化合物，B错；LiH、LiD、LiT摩尔质量之比为8∶9∶10,C错；氢化锂是氢阴离子，在化学反应中氢元素的化合物只能升高，作为还原剂。D正确。

评析同位素、同素异形体，同分异构体、物质的量、化合物类型、氧化还原反应概念等都是高考重点考查内容。本题以金属氢化物为载体对以上概念综合考查。

例7回答以下问题：

（1）在火箭发射时，偏二甲肼和四氧化二氮发生剧烈反应，该反应的化学方程式为：

C2H8N2+2N2O4点燃3N2+2X+4H2O

则X的化学式为。

（2）在加注前两级推进剂时，你认为应采取的措施有；第三级火箭发生反应的化学方程式为。

（3）若月球上的铁矿物主要成分是氧化铁，写出目前人们利用此铁矿石炼铁的化学反应原理（用化学方程式表示）为：。

（4）近期对月球的研究发现在月球两极可能有冰，化学家也正着力研究利用太阳光进行催化分解水，并取得了一定的成果，请写出这一反应的化学方程式：。这一反应对于人类开发月球资源有何种意义？（任写一点）。

解（1）根据质量守恒定律可以知道，在化学反应前后原子的种类和个数不变，所以由反应的化学方程式：

C2H8N2+2N2O43N2+2X+4H2O

可得知：

反应前反应后

氮原子66

氧原子84

碳原子20

氢原子88

根据化学变化前后原子的种类、数目不变，可判断每个反应物X的分子由2个O和1个C构成，则物质X的化学式为CO2；

（2）偏二甲肼为易燃物质，所以在加注前两级推进剂时要注意防火，第三级火箭反应为液氢和液氧的反应，所以该反应的化学方程式为：

2H2+O2点燃2H2O

(3)炼铁原理为利用了一氧化碳的还原性，所以发生的反应为一氧化碳和氧化铁的反应，该反应生成了铁和二氧化碳，该反应的化学方程式为：

3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2

(4)根据题意可以知道，水可以在太阳光的照射下及催化剂的作用下分解产生氢气和氧气，该反应的化学方程式为：

2H2O催化剂、太阳光2H2↑+O2↑

由于该反应生成了氧气和氢气，所以该反应能够为地球提供燃料及氧气。

答案为：（1）CO2；

（2）注意防火；2H2+O2点燃2H2O;

(3)3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2;

(4)2H2O催化剂、太阳光2H2↑+O2；该反应能够为地球提供燃料及氧气。

(收稿日期：2013-12-30)

解析H、D、T之间互为同位素，A错；氢化锂是离子化合物，B错；LiH、LiD、LiT摩尔质量之比为8∶9∶10,C错；氢化锂是氢阴离子，在化学反应中氢元素的化合物只能升高，作为还原剂。D正确。

评析同位素、同素异形体，同分异构体、物质的量、化合物类型、氧化还原反应概念等都是高考重点考查内容。本题以金属氢化物为载体对以上概念综合考查。

例7回答以下问题：

（1）在火箭发射时，偏二甲肼和四氧化二氮发生剧烈反应，该反应的化学方程式为：

C2H8N2+2N2O4点燃3N2+2X+4H2O

则X的化学式为。

（2）在加注前两级推进剂时，你认为应采取的措施有；第三级火箭发生反应的化学方程式为。

（3）若月球上的铁矿物主要成分是氧化铁，写出目前人们利用此铁矿石炼铁的化学反应原理（用化学方程式表示）为：。

（4）近期对月球的研究发现在月球两极可能有冰，化学家也正着力研究利用太阳光进行催化分解水，并取得了一定的成果，请写出这一反应的化学方程式：。这一反应对于人类开发月球资源有何种意义？（任写一点）。

解（1）根据质量守恒定律可以知道，在化学反应前后原子的种类和个数不变，所以由反应的化学方程式：

C2H8N2+2N2O43N2+2X+4H2O

可得知：

反应前反应后

氮原子66

氧原子84

碳原子20

氢原子88

根据化学变化前后原子的种类、数目不变，可判断每个反应物X的分子由2个O和1个C构成，则物质X的化学式为CO2；

（2）偏二甲肼为易燃物质，所以在加注前两级推进剂时要注意防火，第三级火箭反应为液氢和液氧的反应，所以该反应的化学方程式为：

2H2+O2点燃2H2O

(3)炼铁原理为利用了一氧化碳的还原性，所以发生的反应为一氧化碳和氧化铁的反应，该反应生成了铁和二氧化碳，该反应的化学方程式为：

3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2

(4)根据题意可以知道，水可以在太阳光的照射下及催化剂的作用下分解产生氢气和氧气，该反应的化学方程式为：

2H2O催化剂、太阳光2H2↑+O2↑

由于该反应生成了氧气和氢气，所以该反应能够为地球提供燃料及氧气。

答案为：（1）CO2；

（2）注意防火；2H2+O2点燃2H2O;

(3)3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2;

(4)2H2O催化剂、太阳光2H2↑+O2；该反应能够为地球提供燃料及氧气。

(收稿日期：2013-12-30)

解析H、D、T之间互为同位素，A错；氢化锂是离子化合物，B错；LiH、LiD、LiT摩尔质量之比为8∶9∶10,C错；氢化锂是氢阴离子，在化学反应中氢元素的化合物只能升高，作为还原剂。D正确。

评析同位素、同素异形体，同分异构体、物质的量、化合物类型、氧化还原反应概念等都是高考重点考查内容。本题以金属氢化物为载体对以上概念综合考查。

例7回答以下问题：

（1）在火箭发射时，偏二甲肼和四氧化二氮发生剧烈反应，该反应的化学方程式为：

C2H8N2+2N2O4点燃3N2+2X+4H2O

则X的化学式为。

（2）在加注前两级推进剂时，你认为应采取的措施有；第三级火箭发生反应的化学方程式为。

（3）若月球上的铁矿物主要成分是氧化铁，写出目前人们利用此铁矿石炼铁的化学反应原理（用化学方程式表示）为：。

（4）近期对月球的研究发现在月球两极可能有冰，化学家也正着力研究利用太阳光进行催化分解水，并取得了一定的成果，请写出这一反应的化学方程式：。这一反应对于人类开发月球资源有何种意义？（任写一点）。

解（1）根据质量守恒定律可以知道，在化学反应前后原子的种类和个数不变，所以由反应的化学方程式：

C2H8N2+2N2O43N2+2X+4H2O

可得知：

反应前反应后

氮原子66

氧原子84

碳原子20

氢原子88

根据化学变化前后原子的种类、数目不变，可判断每个反应物X的分子由2个O和1个C构成，则物质X的化学式为CO2；

（2）偏二甲肼为易燃物质，所以在加注前两级推进剂时要注意防火，第三级火箭反应为液氢和液氧的反应，所以该反应的化学方程式为：

2H2+O2点燃2H2O

(3)炼铁原理为利用了一氧化碳的还原性，所以发生的反应为一氧化碳和氧化铁的反应，该反应生成了铁和二氧化碳，该反应的化学方程式为：

3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2

(4)根据题意可以知道，水可以在太阳光的照射下及催化剂的作用下分解产生氢气和氧气，该反应的化学方程式为：

2H2O催化剂、太阳光2H2↑+O2↑

由于该反应生成了氧气和氢气，所以该反应能够为地球提供燃料及氧气。

答案为：（1）CO2；

（2）注意防火；2H2+O2点燃2H2O;

(3)3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2;

(4)2H2O催化剂、太阳光2H2↑+O2；该反应能够为地球提供燃料及氧气。

(收稿日期：2013-12-30)