Question

隨著我國(guó)航天科技的迅速發(fā)展，探測(cè)火星已成為我國(guó)航天科技發(fā)展的遠(yuǎn)景目標(biāo)，但要把人類送上火星，還有許多航天技術(shù)問題需要解決。如：如何提供在往返路程中航天員呼吸所需要的氧氣和消除呼吸過程中產(chǎn)生的二氧化碳就是一個(gè)值得研究的問題。已知一個(gè)成年人平均每年要呼吸空氣6 570 000 L左右，而目前的飛船飛往火星來(lái)回一趟需兩年的時(shí)間，如果在飛船發(fā)射時(shí)攜帶所需的氧氣，則質(zhì)量很大，將大大提高發(fā)射的成本和難度。

(1)若飛船上有三名航天員，請(qǐng)計(jì)算來(lái)回火星一趟，理論上需要氧氣________kg。(按空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)為21%計(jì)算；氧氣的密度是1.43 g/L)

(2)有人提出在飛船上供氧的兩個(gè)方案：

①通過太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電流來(lái)電解水；

②通過下列化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氧氣：2Na₂O₂+2CO₂====2Na₂CO₃+O₂

從減少飛船發(fā)射質(zhì)量和消除呼吸過程中產(chǎn)生的二氧化碳的角度，請(qǐng)你評(píng)價(jià)這兩個(gè)方案最主要的優(yōu)缺點(diǎn)。

(3)也有科學(xué)家提出研究使航天員人工冬眠的技術(shù)或加快飛船速度，縮短航行時(shí)間來(lái)減少氧氣的攜帶量。你是否有較好的方案，請(qǐng)舉一例：_______。你提出該方案的簡(jiǎn)要理由：_______。

Answer 1

解析：(1)理論上需要氧氣的質(zhì)量為：

6 570 000 L×21%×2×3×1.43 g/L=11 838 kg。

(2)題目提示要從兩方面去考察問題。從CO₂的循環(huán)處理來(lái)看，方案②要優(yōu)于方案①，但通過計(jì)算可知，產(chǎn)生同質(zhì)量的O₂，方案②消耗原料質(zhì)量大，發(fā)射成本高，從這點(diǎn)看，方案①要優(yōu)于方案②。我們最熟悉的CO₂與O₂之間的循環(huán)就是植物的光合作用了，它與人的呼吸作用過程恰好相反，且成本低，簡(jiǎn)單易行。

答案：(1)11 838  (2)方案①：優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生同質(zhì)量的氧氣，飛船發(fā)射時(shí)質(zhì)量較��；缺點(diǎn)是不能同時(shí)消除呼吸過程中產(chǎn)生的二氧化碳。方案②：優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生氧氣的同時(shí)能消除呼吸過程中產(chǎn)生的二氧化碳；缺點(diǎn)是產(chǎn)生同質(zhì)量的氧氣時(shí)飛船發(fā)射質(zhì)量較大。(3)在飛船內(nèi)種植光合作用效率較高的植物  二氧化碳和氧氣循環(huán)利用，既能減輕飛船發(fā)射的質(zhì)量，同時(shí)又能消除呼吸過程中產(chǎn)生的二氧化碳