高考化學(xué)知識(shí)點(diǎn)：2022北京冬奧會(huì)

　　材料篇

　　1頭盔

　　如何讓滑雪頭盔既輕便又具有更高的防護(hù)性能？在頭盔的材料方面，科研團(tuán)隊(duì)選用了碳纖維、玻璃纖維、彈性體三種成分合成的新材料，在保持沖擊韌度不變的情況下，頭盔的剛度提高了4倍，拉伸強(qiáng)度提高了3倍。碳纖維雖然大幅度提高了材料的硬度和強(qiáng)度，但也降低了韌度。

　　為此，科研團(tuán)隊(duì)不斷調(diào)整頭盔材料的成分和比例，經(jīng)過(guò)多輪的測(cè)試，終于實(shí)現(xiàn)了頭盔材料硬度和韌度的平衡。這款頭盔掂量起來(lái)與市面上銷(xiāo)售的滑雪頭盔重量差不多，但其外殼硬、內(nèi)殼軟，防護(hù)性能出眾，能夠有效減少運(yùn)動(dòng)員的頭部損傷。

　　2服飾

　　2022年冬奧會(huì)上運(yùn)動(dòng)員的“戰(zhàn)袍”可謂是集結(jié)了科學(xué)家們的心血，一件“戰(zhàn)袍”運(yùn)用了許多現(xiàn)代高科技技術(shù)手段。在保暖方面，科研人員研發(fā)了“堡壘”綜合保暖系統(tǒng)，給運(yùn)動(dòng)員的衣服上裝上電池。

　　對(duì)于觀眾們而言，復(fù)合材料帶來(lái)的“黑科技”讓他們可以不懼寒冷，穿著保暖衣服、坐在保暖坐板上觀看冰雪比賽，盡享冰雪運(yùn)動(dòng)的無(wú)窮魅力。該加熱衣服使用了輕薄的疊加態(tài)材料發(fā)揮保溫性能，在人體腹部和腰部等部位通過(guò)石墨烯片進(jìn)行加熱，同時(shí)配有微信小程序，藍(lán)牙連接后，觀眾可以在手機(jī)上實(shí)時(shí)查看服裝各部位的溫度，并通過(guò)輸入溫度值，對(duì)加熱效果進(jìn)行快速精準(zhǔn)調(diào)控。

　　這項(xiàng)保暖“黑科技”是將柔性石墨烯、氣凝膠、疊加態(tài)等材料復(fù)合使用，柔性石墨烯發(fā)熱材料起效迅速，加熱狀態(tài)下表面溫度可穩(wěn)定在40攝氏度以上，溫度分布均勻；氣凝膠材料在同等隔熱性能下，厚度約為傳統(tǒng)隔熱材料的1/3至1/5，且具備防火疏水性；標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的疊加態(tài)材料單位面積重量48g/m2，在相同保暖效果下，厚度相當(dāng)于羽絨服的1/5。

　　3坐席

　　坐席臺(tái)階表面鋪設(shè)一層具有封裝外殼的坐板，外殼內(nèi)裝有石墨烯片，通過(guò)實(shí)時(shí)通電來(lái)發(fā)揮石墨烯的發(fā)熱功能，使座板表面溫度迅速提升。為了保證了坐板非加熱側(cè)的隔熱性，研究團(tuán)隊(duì)將氣凝膠材料與石墨烯片結(jié)合使用，發(fā)揮氣凝膠的隔熱作用，減少熱量向環(huán)境的散失，確保了在外部環(huán)境寒冷的情況下，熱量也能充分向人體傳導(dǎo)。

　　考慮到室外觀眾席可能存在化雪情況，移動(dòng)加熱坐墊內(nèi)部又存在電子元件，所以會(huì)更注重外層材料的防水性，采用疏水材料來(lái)封裝石墨烯片。這些材料和技術(shù)實(shí)現(xiàn)的加熱保溫功能并不僅僅局限于冰雪運(yùn)動(dòng)。未來(lái)，復(fù)合材料和個(gè)體加熱技術(shù)會(huì)更具普惠性，逐漸惠及百姓日常生活。

　　4碲化鎘發(fā)電玻璃

　　國(guó)家速滑館和張家口冬奧會(huì)館BIPV建筑一體化項(xiàng)目應(yīng)用了我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)自主開(kāi)發(fā)的碲化鎘發(fā)電玻璃，這是新型綠色環(huán)保建筑材料，它不僅具有建筑材料的特性，而且能夠發(fā)電，具有弱光性能好，抗衰減等優(yōu)點(diǎn)。

　　環(huán)保篇

　　1二氧化碳跨臨界直冷制冰

　　在冬奧賽時(shí)階段，僅制冰一項(xiàng)就可減少二氧化碳排放量約900噸。本次冬奧會(huì)，選用二氧化碳跨臨界直冷制冰系統(tǒng)，冰面溫差控制在0.5攝氏度以?xún)?nèi)，碳排量接近于零，這項(xiàng)技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于北京冬奧會(huì)，這在奧運(yùn)史上也是首次。這不僅減少了傳統(tǒng)制冷劑對(duì)臭氧層的破壞還可以對(duì)制冰過(guò)程中產(chǎn)生的大量高品質(zhì)余熱回收再利用，滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)員生活熱水、融冰池融冰、冰面維護(hù)澆冰等能源需求。

　　2火炬“飛揚(yáng)”

　　火炬“飛揚(yáng)”以祥云紋樣“打底”，自下而上，從祥云紋逐漸過(guò)渡到雪花圖案，最后在頂端化身為飛揚(yáng)的火焰。不僅有漂亮的外觀，“飛揚(yáng)”的外殼也蘊(yùn)含著“黑科技”。

　　火炬的外殼采用了碳纖維材料，手感非常輕，碳纖維的質(zhì)量只有鋼的四分之一左右，但是強(qiáng)度是鋼的7至9倍，隨便怎么摔也摔不壞，而且通過(guò)使用復(fù)合材料避免了冬季傳遞火炬時(shí)冰涼的觸感。這次，研發(fā)團(tuán)隊(duì)用碳纖維與樹(shù)脂形成的復(fù)合材料來(lái)做奧運(yùn)火炬，堪稱(chēng)世界首創(chuàng)，展現(xiàn)了中國(guó)的高端制造能力。

　　由于北京冬奧會(huì)火炬接力將在冬季低溫環(huán)境中進(jìn)行，“飛揚(yáng)”采用氫燃料，不但保證了火炬能在極寒天氣中使用而且環(huán)保，為了使火焰的顏色更接近真實(shí)的火焰，采用焰色反應(yīng)的原理給氫火炬著色。但氫氣作燃料，燃燒溫度就會(huì)高于800℃，一般的復(fù)合材料在500℃的火里一燒就沒(méi)了。

　　這里采用了第三代樹(shù)脂材料的聚硅氮烷樹(shù)脂，它兼具有機(jī)物附著力強(qiáng)大與無(wú)機(jī)物耐高溫的特點(diǎn)，同時(shí)集耐腐蝕、抗磨損和防污防水、超薄膜等優(yōu)勢(shì)于一身，恰好能解決火炬所需的各種要求。“飛揚(yáng)”火炬所包含的高壓儲(chǔ)氫技術(shù)、大比例氫減壓技術(shù)以及氫燃燒技術(shù)，完美地詮釋了綠色奧運(yùn)、科技奧運(yùn)的理念。

　　3氫能客車(chē)

　　氫能客車(chē)到底是如何助力冬奧，實(shí)現(xiàn)綠色零碳出行？該客車(chē)搭載氫能公司自主研發(fā)的“氫騰”燃料電池系統(tǒng)，最高載客47+1人，設(shè)計(jì)時(shí)速100公里，加滿(mǎn)氫僅需10分鐘，總續(xù)駛里程超過(guò)600公里，適應(yīng)低溫、爬坡等路況，滿(mǎn)足北方城市低溫運(yùn)行要求。相較傳統(tǒng)化石能源車(chē)輛，氫能客車(chē)每行駛100公里，可減少約70公斤二氧化碳排放，相當(dāng)于14棵普通樹(shù)木一年的吸收量，實(shí)現(xiàn)了零排放、零污染。

　　4碳中和

　　當(dāng)前北京市冬奧場(chǎng)館已100%使用綠電，不僅從源頭減少場(chǎng)館碳排放，還積極開(kāi)發(fā)、利用可再生能源。例如，延慶山地新聞中心建有光伏發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電力“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”；延慶冬奧村采用高壓電鍋爐供暖，實(shí)現(xiàn)100%可再生能源供應(yīng)熱力。而且，北京周邊的風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源在轉(zhuǎn)化為綠電之后，從發(fā)出到被冬奧場(chǎng)館消納，全部實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)可視。在北京冬奧電力運(yùn)行保障指揮平臺(tái)上，每一度綠電都可追溯，可查證。

　　實(shí)驗(yàn)篇

　　1天宮課堂——“變”出奧運(yùn)五環(huán)

　　航天員通過(guò)化學(xué)反應(yīng)讓奧運(yùn)五環(huán)在中國(guó)空間站上飄浮。這堂課由王亞平主講并操作實(shí)驗(yàn)，指令長(zhǎng)翟志剛負(fù)責(zé)視頻拍攝，葉光富從旁協(xié)助。首先王亞平在透明的五環(huán)模型中加入了無(wú)色的透明溶液依次是1、4、5號(hào)環(huán)中的碳酸鈉、2號(hào)環(huán)中的碘化鉀、碘酸鉀，3號(hào)環(huán)中的乙酸溶液，看似完全相同的透明五環(huán)在加入不同試劑后就顯現(xiàn)出了不同顏色。

　　1號(hào)環(huán)中的碳酸鈉遇到溴百里酚藍(lán)就呈現(xiàn)出鮮亮的藍(lán)色（溴百里酚藍(lán)是一種常用的酸堿指示劑，本體是橙色粉末，溶解在清水中呈現(xiàn)的是綠色，當(dāng)它遇到堿性的碳酸鈉就會(huì)呈現(xiàn)藍(lán)色，而遇到酸性溶液時(shí)則會(huì)變成漂亮的橙色）。

　　2號(hào)環(huán)中的黑色就比較復(fù)雜不僅有顯色反應(yīng)還有氧化-還原反應(yīng)，碘化鉀、碘酸鉀遇到乙酸后產(chǎn)生了碘單質(zhì)，它與之前加入的淀粉相結(jié)合就變成了深如黑色的深藍(lán)色。3號(hào)環(huán)的橙色來(lái)自另一種酸堿指示劑—甲基橙（它本身呈弱堿性，當(dāng)遇到pH值≦3.1的溶液時(shí)呈紅色，當(dāng)溶液pH值在3.1~4.4時(shí)呈橙色，當(dāng)溶液pH值超過(guò)4.4時(shí)呈黃色），所以它遇到3號(hào)環(huán)中的乙酸呈現(xiàn)出橙色，而在4號(hào)環(huán)中遇到堿性的碳酸鈉溶液就呈現(xiàn)出鮮亮的黃色，5號(hào)環(huán)中的綠色相當(dāng)于黃環(huán)和藍(lán)環(huán)中溶液的混合。

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