相关试卷

清除${\text{CO}}_2$是载人航天器环境控制和生命保障的重要问题，目前主要包括LiOH清除、固态胺吸附和分子筛吸附等方式。

LiOH清除${\text{CO}}_2$的原理是LiOH溶液与${\text{CO}}_2$反应生成了碳酸锂沉淀(${\text{Li}}_2{\text{CO}}_3$)和水，由于LiOH不可再生，该技术目前多用于短期载人航天任务。固态胺能吸附${\text{CO}}_2$和水蒸气，且可在真空条件下再生，因此可用于中长期载人航天任务。研究发现，${\text{CO}}_2$分压和温度对${\text{CO}}_2$吸附量有影响，如图1所示。分子筛中的吸附剂是沸石。沸石的吸附能力强，且能在高温条件下再生、因此多应用在多人、长期航天任务中。水会影响沸石的吸附性能，通常需对沸石进行干燥处理。相同温度下，干燥时间对不同种类沸石${\text{CO}}_2$吸附量的影响如图2所示。

科学家们会依据任务持续时间、成员人数及对应的消耗品、设备质量等因素，选择适合的${\text{CO}}_2$清除技术，以保障宇航员的生命安全。

纳米海绵是一种新型环保清洁产品，具有网状多孔的结构，有良好的吸油能力、循环利用以及环境友好等特性，清洁过程中可以吸附物体表面污渍，可用于清洁茶垢、油垢等。科学家测定了纳米海绵对不同油品的吸收能力(吸油质量比越高，其吸油能力越强)，结果如图所示。吸油能力的差异性取决于油品自身的密度。油品密度越大，纳米海绵的吸油能力越强。

依据科普内容回答下列问题。

臭氧处理饮用水。早在19世纪中期的欧洲，臭氧已被用于饮用水处理。由于臭氧有强氧化性，可以与水中的有害化合物（如硫化铅）发生反应，处理效果好，不会产生异味，臭氧做漂白剂。许多有机色素的分子遇臭氧后会被破坏，成为无色物质。因此，臭氧可作为漂白剂，用来漂白麻、棉、纸张等。实践证明，臭氧的漂白作用是氯气的15倍之多。臭氧用于医用消毒。与传统的消毒剂氯气相比，臭氧有许多优点，可杀灭一切微生物，包括细菌、病毒、芽孢等，而臭氧很快转化为氧气，无二次污染，高效环保。

近年来，为了克服传统材料在性能上的一些缺点，人们运用先进技术将不同性能的材料优化组合形成复合材料。复合材料的组成包括基体和增强材料两部分，常见基体有金属、陶瓷、树脂、橡胶、玻璃等；增强材料种类繁多，包括玻璃纤维、碳纤维、高分子纤维等。近年我国使用不同增强材料的比例如图1。

石墨烯是从石墨中剥离出来的单层碳原子晶体，是一种理想的复合材料增强体。如应用于纺织行业的石墨烯复合纤维，能有效抑制真菌滋生，祛湿透气，同时能瞬间升温，还可防紫外线等。复合纤维中石墨烯含量对紫外线透过率的影响如图2。石墨烯还可用于橡胶行业制成石墨烯橡胶复合材料，能提高导电、导热及力学性能。石墨烯用量对橡胶复合材料热导率的影响如图3。随着科学技术的发展，更多优异的石墨烯复合材料将会被广泛应用。

依据文章内容回答下列问题：

氢气的储存方式主要有高压气态储氢、低温液态储氢、固态材料储氢。科研人员研究出镁基固态储氢技术，添加镍元素能有效改善镁基储氢材料的储氢性能，科研人员通过实验比较了添加镍元素的镁基储氢材料在不同温度下的储氢性能，实验结果如题图2。图中吸氢量越大，储氢性能越好。

依据文章内容回答下列问题。

气凝胶是一种具有纳米多孔结构的超轻固体材料，由凝胶经特殊干燥技术(如超临界干燥)去除液体成分后制成。其孔隙率高达80%~99.8%，是目前世界上最轻、导热系数最小的固体材料。新型气凝胶99％的成分都是空气。粉末涂在身上可隔离水保持皮肤干燥；在1500℃高温火焰烘烤下，垫着气凝胶的糖果温度仅20℃，而无气凝胶保护的糖果很快熔化。穿着气凝胶材质衣服用零下196℃的液氮直喷，实验人员感受不到寒冷。科学家制备了不同密度的二氧化硅气凝胶，并对其比表面积、平均孔径、平均孔体积(如下表)及不同温度下的导热系数(导热系数越小，表明二氧化硅气凝胶隔热效果越好，如图)等进行了测定研究。

依据文章内容回答下列问题：

氨气可用于制造氨水、尿素、碳铵、硝酸、铵盐、纯碱等，广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维等领域。

材料2：臭氧发生器是在高压电极的作用下将空气中的氧气(化学式为O₂)转化为臭氧(化学式为O₃。)的装置。利用臭氧的强氧化性，可将其应用于游泳池、生活用水、污水的杀菌和消毒。

月球上的五星红旗

2024年6月4日，嫦娥六号着陆器携带的五星红旗在月球背面成功展开。这面五星红旗用玄武岩纤维材料制作，可抵御月球表面温差大、辐射强的恶劣环境。

玄武岩纤维是由玄武岩经过特殊工艺处理得到的一种高性能纤维材料。玄武岩纤维在$760℃$以上的高温、$-273.15℃$的低温环境中，几乎都不会发生形变，且能保持原有性能。玄武岩由多种物质组成，其中含量最高的是二氧化硅，还有氧化铝、氧化钠、氧化钾等。

玄武岩纤维的生产过程中，不产生有毒物质，无废气、废水、废渣排放，被广泛认为是“21世纪绿色环保高性能基础材料”。

光伏发电制氢：利用太阳能发电产生的余电将水分解并转化为氢气，得到“绿氢”。固态储氢：利用固体与氢气发生物理吸附或化学反应等作用，可以把氢气储存起来。如镁系合金储氢原理之一是镁在一定条件下与氢气发生反应生成氢化镁(MgH₂)。

固态氢能发电：其形式之一是在一定条件下将固态储氢装置释放的氢气注入燃料电池。氢气在燃料电池中与氧气发生化学反应，为我们提供“绿电”。能源站通过氢能制取、储存、发电、加氢一体化，很好地解决了新能源发电过程中随机性、季节性波动强的难题。

石墨烯是从石墨中剥离出来的单层碳原子晶体，是目前为止最薄的二维纳米碳材料，1mm厚的石墨大约包含300万层石墨烯，因其结构特殊，具有很多优异性能，如极高的导热性、导电性及高强度等，被誉为“新材料之王”。石墨烯的远红外升温特性，能瞬间升温，高效蓄热，达到超强保暖的效果，图1为石墨烯含量对升温效果影响的测试结果。石墨烯还具有良好的防紫外线性能，可有效防止人体皮肤晒伤老化，图2为不同石墨烯含量的纤维对紫外线透过率影响的测试结果。

在储能领域，20世纪以来锂电池储能技术不断革新。生产磷酸亚铁锂(LiFePO₄)锂离子电池时，在电池材料中添加适量的石墨烯作导电剂，可以有效提高电池的性能，但过多的石墨烯会阻碍电池中锂离子的迁移，导致电池内阻增加，性能下降，研究结果如图2所示。作为21世纪的能源金属，锂在产能和节能等诸多领域也有重要应用。

一颗完整的传统烟花弹主要包含三个部分，如右图所示。火药主要是由木炭、硝酸钾(${\text{KNO}}_3$)和硫粉组成，火药燃烧时产生的气体能将烟花推上天空，并将光珠炸开。

光珠内有多种化学物质，可分为发光剂和发色剂。发光剂主要是镁和铝的金属粉末。发色剂是烟花五颜六色的关键。不同的金属元素燃烧时会产生不同颜色的火焰，常见火焰颜色可参考下表(常见金属元素燃烧的火焰颜色)，光珠按照不同的方式排列，爆炸时便形成了烟花的不同图案。

最近湖南省足球协会超级联赛，简称“湘超”，掀起了一股足球运动的热潮，在足球场上，足球裁判会随身携带“任意球喷雾器”。主要用于任意球定位和人墙排布，喷到草地上1分钟后就会消失。喷雾由巴西人海涅・阿勒马涅发明，2000年首次在巴西联合杯锦标赛中使用，并于2014年登上了巴西世界杯的舞台。喷剂内含有80%的水、17%的丁烷（化学式为${\text{C}}_4{\text{H}}_{10}$）、2%的植物油，以及1%的表面活性剂。当内容物从阀门压出时，液化的丁烷会迅速膨胀。与水和表面活性剂混合产生泡沫，喷射到需要标记的地方，此时被标记的地方就会有一条很明显的白线。丁烷快速挥发后，泡沫就会消失，草地上只会留下水和表面活性剂，不会留下可见痕迹干扰接下来的比赛。据统计，在使用任意球喷雾器后，球员们罚任意球的平均时间已经从48秒降至20秒。

丁烷在常温常压下是一种无色、易液化、易燃的气体。丁烷是石油裂化反应的产品之一，日常用途包括家用液化石油气、打火机和便携式丁烷气炉中作燃料等。

氢能

氢能是一种理想的清洁能源，其制取和储存是科学研究的重要方向。

制氢的技术有多种，其中煤气化制氢约占56%，天然气重整制氢约占21%，电解水制氢约占1%。此外，在一定温度下，利用Fe-Mo/C作催化剂裂解乙醇也可以制备氢气。科研人员研究相同温度下裂解乙醇制备氢气时，催化剂中Mo与Fe最佳质量比的实验结果如图1，氢气产率越高，说明催化剂效果越好。

近几年，制氢的工艺也有进展。我国科学家发明了一种用稀土元素铈（Ce）的氧化物为催化剂将甲烷中的氢转化为氢气的工艺，反应原理如图2所示。

储氢的方式主要有高压储氢和加氢储氢。图3是一种镁铝合金材料储氢和释氢的过程。

目前，我国已经成为世界最大的制氢国。随着低耗能制氢及高效储氢问题的解决，氢能终将在各领域实现大规模的应用。

“围炉煮茶”是岭南特色喝茶方式。煮茶时，木炭充分燃烧提供热量，若不充分燃烧则产生有毒的一氧化碳。沸水冲泡下，茶香四溢，茶汤中的咖啡碱$\left({\text{C}}_8{\text{H}}_{10}{\text{N}}_4{\text{O}}_2\right)$具有提神作用，而茶氨酸$\left({\text{C}}_7{\text{H}}_{14}{\text{N}}_2{\text{O}}_3\right)$则带来鲜爽与回甘。

红茶的色、香、味本质上是其特定化学组成的体现：茶黄素$\left({\text{C}}_{29}{\text{H}}_{24}{\text{O}}_{12}\right)$是决定茶汤“亮金”色泽的关键；具有玫瑰甜香的香叶醇$\left({\text{C}}_{10}{\text{H}}_{18}\text{O}\right)$等属于醇类有机物；带来醇厚口感的儿茶素$\left({\text{C}}_{15}{\text{H}}_{14}{\text{O}}_6\right)$属于多酚类。

依据上文，回答问题。

MOFs在环境与能源领域应用广泛：可高效吸附水中重金属离子(如Pb²⁺)和空气中的SO₂、NO₂等污染物。此外，由于MOFs的比表面积大，能高效储存氢气。下图对比了两种比表面积不同的MOFs材料(MOFs-A>MOFs-B)在-196℃下的储氢性能，氢气吸附量用氢气质量与MOFs材料质量的百分比表示。

“科技之火”的“火焰”效果是由电光水雾系统实现的。火炬塔利用雾森系统喷出微米级水珠构成火焰“骨架”，再通过精密照明系统，将特定照度、亮度和颜色的光线投射到水雾上，模拟出真实火焰那种随风摇曳、明暗交替的动态效果。支撑这一切运转的能量是来自100%的绿电，实现了零碳排放。

这簇“科技之火”的原火来自我国南海北部海域水深1522米海底的可燃冰，可燃冰主要蕴藏在深海沉积物和陆地永久冻土中，由水和天然气在高压和低温条件下结晶而成。科研团队操控深海潜水器，搭载可燃冰原位采集分解及引燃装置，采集可燃冰后将其分解为甲烷，再利用船上的光伏发电装置将太阳能转化为电能并传输到海底，从而点燃了这簇“冰中之火”。

依据上文，回答问题。

科学家研发了一种“智能海绵”，这种“智能海绵”有两层结构——吸湿层和光热层。吸湿层像骆驼的驼峰一样，从空气中“喝”水并储存起来。光热层在太阳出来时再把水“吐”出来，为我们提供清洁的饮用水。“智能海绵”的学名是纳米纤维复合水凝胶，其吸湿层的主体是水凝胶，添加了从植物中提取的纳米纤维作为骨架使其更加牢固。科研人员制备纳米纤维复合水凝胶时，改变水凝胶与纳米纤维的质量比，测定所得材料的抗变形能力如表所示。控制其他条件相同，在水凝胶中加入不同浓度的LiCl，测定所得材料的吸水率如图所示。这项技术提供了新的淡水获取方案，从看似“虚无”的空气中提取出生命之源——水。

水凝胶与纳米纤维的不同质量比下的材料性能表

回答下列问题。