高考化學知識點：2022北京冬奧會

　　材料篇

　　1頭盔

　　如何讓滑雪頭盔既輕便又具有更高的防護性能？在頭盔的材料方面，科研團隊選用了碳纖維、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，拉伸強度提高了3倍。碳纖維雖然大幅度提高了材料的硬度和強度，但也降低了韌度。

　　為此，科研團隊不斷調整頭盔材料的成分和比例，經過多輪的測試，終于實現了頭盔材料硬度和韌度的平衡。這款頭盔掂量起來與市面上銷售的滑雪頭盔重量差不多，但其外殼硬、內殼軟，防護性能出眾，能夠有效減少運動員的頭部損傷。

　　2服飾

　　2022年冬奧會上運動員的“戰袍”可謂是集結了科學家們的心血，一件“戰袍”運用了許多現代高科技技術手段。在保暖方面，科研人員研發了“堡壘”綜合保暖系統，給運動員的衣服上裝上電池。

　　對于觀眾們而言，復合材料帶來的“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，盡享冰雪運動的無窮魅力。該加熱衣服使用了輕薄的疊加態材料發揮保溫性能，在人體腹部和腰部等部位通過石墨烯片進行加熱，同時配有微信小程序，藍牙連接后，觀眾可以在手機上實時查看服裝各部位的溫度，并通過輸入溫度值，對加熱效果進行快速精準調控。

　　這項保暖“黑科技”是將柔性石墨烯、氣凝膠、疊加態等材料復合使用，柔性石墨烯發熱材料起效迅速，加熱狀態下表面溫度可穩定在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，厚度約為傳統隔熱材料的1/3至1/5，且具備防火疏水性；標準規格的疊加態材料單位面積重量48g/m2，在相同保暖效果下，厚度相當于羽絨服的1/5。

　　3坐席

　　坐席臺階表面鋪設一層具有封裝外殼的坐板，外殼內裝有石墨烯片，通過實時通電來發揮石墨烯的發熱功能，使座板表面溫度迅速提升。為了保證了坐板非加熱側的隔熱性，研究團隊將氣凝膠材料與石墨烯片結合使用，發揮氣凝膠的隔熱作用，減少熱量向環境的散失，確保了在外部環境寒冷的情況下，熱量也能充分向人體傳導。

　　考慮到室外觀眾席可能存在化雪情況，移動加熱坐墊內部又存在電子元件，所以會更注重外層材料的防水性，采用疏水材料來封裝石墨烯片。這些材料和技術實現的加熱保溫功能并不僅僅局限于冰雪運動。未來，復合材料和個體加熱技術會更具普惠性，逐漸惠及百姓日常生活。

　　4碲化鎘發電玻璃

　　國家速滑館和張家口冬奧會館BIPV建筑一體化項目應用了我國科研團隊自主開發的碲化鎘發電玻璃，這是新型綠色環保建筑材料，它不僅具有建筑材料的特性，而且能夠發電，具有弱光性能好，抗衰減等優點。

　　環保篇

　　1二氧化碳跨臨界直冷制冰

　　在冬奧賽時階段，僅制冰一項就可減少二氧化碳排放量約900噸。本次冬奧會，選用二氧化碳跨臨界直冷制冰系統，冰面溫差控制在0.5攝氏度以內，碳排量接近于零，這項技術大規模應用于北京冬奧會，這在奧運史上也是首次。這不僅減少了傳統制冷劑對臭氧層的破壞還可以對制冰過程中產生的大量高品質余熱回收再利用，滿足運動員生活熱水、融冰池融冰、冰面維護澆冰等能源需求。

　　2火炬“飛揚”

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

　　火炬的外殼采用了碳纖維材料，手感非常輕，碳纖維的質量只有鋼的四分之一左右，但是強度是鋼的7至9倍，隨便怎么摔也摔不壞，而且通過使用復合材料避免了冬季傳遞火炬時冰涼的觸感。這次，研發團隊用碳纖維與樹脂形成的復合材料來做奧運火炬，堪稱世界首創，展現了中國的高端制造能力。

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

　　這里采用了第三代樹脂材料的聚硅氮烷樹脂，它兼具有機物附著力強大與無機物耐高溫的特點，同時集耐腐蝕、抗磨損和防污防水、超薄膜等優勢于一身，恰好能解決火炬所需的各種要求。“飛揚”火炬所包含的高壓儲氫技術、大比例氫減壓技術以及氫燃燒技術，完美地詮釋了綠色奧運、科技奧運的理念。

　　3氫能客車

　　氫能客車到底是如何助力冬奧，實現綠色零碳出行？該客車搭載氫能公司自主研發的“氫騰”燃料電池系統，最高載客47+1人，設計時速100公里，加滿氫僅需10分鐘，總續駛里程超過600公里，適應低溫、爬坡等路況，滿足北方城市低溫運行要求。相較傳統化石能源車輛，氫能客車每行駛100公里，可減少約70公斤二氧化碳排放，相當于14棵普通樹木一年的吸收量，實現了零排放、零污染。

　　4碳中和

　　當前北京市冬奧場館已100%使用綠電，不僅從源頭減少場館碳排放，還積極開發、利用可再生能源。例如，延慶山地新聞中心建有光伏發電系統，實現電力“自發自用、余電上網”；延慶冬奧村采用高壓電鍋爐供暖，實現100%可再生能源供應熱力。而且，北京周邊的風能、太陽能等清潔能源在轉化為綠電之后，從發出到被冬奧場館消納，全部實現了動態可視。在北京冬奧電力運行保障指揮平臺上，每一度綠電都可追溯，可查證。

　　實驗篇

　　1天宮課堂——“變”出奧運五環

　　航天員通過化學反應讓奧運五環在中國空間站上飄浮。這堂課由王亞平主講并操作實驗，指令長翟志剛負責視頻拍攝，葉光富從旁協助。首先王亞平在透明的五環模型中加入了無色的透明溶液依次是1、4、5號環中的碳酸鈉、2號環中的碘化鉀、碘酸鉀，3號環中的乙酸溶液，看似完全相同的透明五環在加入不同試劑后就顯現出了不同顏色。

　　1號環中的碳酸鈉遇到溴百里酚藍就呈現出鮮亮的藍色（溴百里酚藍是一種常用的酸堿指示劑，本體是橙色粉末，溶解在清水中呈現的是綠色，當它遇到堿性的碳酸鈉就會呈現藍色，而遇到酸性溶液時則會變成漂亮的橙色）。

　　2號環中的黑色就比較復雜不僅有顯色反應還有氧化-還原反應，碘化鉀、碘酸鉀遇到乙酸后產生了碘單質，它與之前加入的淀粉相結合就變成了深如黑色的深藍色。3號環的橙色來自另一種酸堿指示劑—甲基橙（它本身呈弱堿性，當遇到pH值≦3.1的溶液時呈紅色，當溶液pH值在3.1~4.4時呈橙色，當溶液pH值超過4.4時呈黃色），所以它遇到3號環中的乙酸呈現出橙色，而在4號環中遇到堿性的碳酸鈉溶液就呈現出鮮亮的黃色，5號環中的綠色相當于黃環和藍環中溶液的混合。

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