“暖宝宝”反应原理和产物组成的探究
2007年.第 10期 研究性学习探索
“暖宝宝"反应原理和产物组成的探究
熊宗齐.徐 泓
(宣城中学,安徽宣城 242000)
文章编号:1005—6629(2007)10—0025—02 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
1 活动设计的背景
冬天寒冷的时候,人们会使用各种方式来御寒
保暖。其中有一种很方便的贴片——暖宝宝,它薄
如纸、轻如棉、柔软而富有弹性,使用时只须往相
应部位一贴,立刻就能发热,温度最高达63c【=,平
均53c【=。持续时间在10—12dx时,对腰 ,肩 ,胃...
2007年.第 10期 研究性学习探索
“暖宝宝"反应原理和产物组成的探究
熊宗齐.徐 泓
(宣城中学,安徽宣城 242000)
文章编号:1005—6629(2007)10—0025—02 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
1 活动设计的背景
冬天寒冷的时候,人们会使用各种方式来御寒
保暖。其中有一种很方便的贴片——暖宝宝,它薄
如纸、轻如棉、柔软而富有弹性,使用时只须往相
应部位一贴,立刻就能发热,温度最高达63c【=,平
均53c【=。持续时间在10—12dx时,对腰 ,肩 ,胃,
腿及关节等疼痛均有缓解作用,在寒冷的冬季对防
止冻伤、驱寒有很好的效果,而且携带方便,发热
持久稳定。
“暖宝宝”是铁 ,蛭石,活性炭 ,无机盐,水
等合成的混合物。其中蛭石是一种铁镁质铝硅酸盐
矿物,成分为Mgo~(H20)4Mga[A1Si,0ld(On)2,因加热
时能迅速膨胀,弯曲呈水蛭 (蚂蟥)状而得名。蛭
石一般呈褐色、褐黄色或暗绿色,带油脂的玻璃光
泽。莫氏硬度1.5~2.8,比重2.1—2.7。用加热或化
学方法使其膨胀,体积可膨胀20倍左右。加热后的
蛭石变成银灰色,比重下降No.6~0.9。约有80%的
膨胀蛭石用于建筑工业,是良好的隔热、隔音材
料。蛭石是当今世界首屈一指的超级保温材料。将
蛭石经过一系列复杂的化学处理。提取出来的蛭石
薄膜呈半透明。这种薄膜
层的保温性能极好,用
来制作防火覆盖层、房顶防热、高温衬垫、熔炉或
锅炉用的膨胀连接件。冰箱等家用电器、孵化器的
防热层和电缆外包层等都很适宜。
那么暖宝宝怎么会有这么持久而又稳定的热量
呢?它的发热原理又是怎样的呢?本活动通过收集
相关资料,对 “暖宝宝”的反应原理和使用过后的
产物进行探究和鉴定。
2 与新课程的融合
这一活动适用于普通高中化学课程
中必修
模块1中 “主题2化学实验基础”的 “体验科学探究
的过程。学习运用以实验为基础的实证研究方法”
和 “初步学会物质的检验、分离、提纯和溶液配制
等实验技能” “主题3常见无机物及其应用”的
“根据生产 、生活中的应用实例或通过实验探究,
了解钠、铝、铁、铜等金属及其重要化合物的主要
性质。能列举合金材料的重要应用” 以及必修模
块2中 “主题2化学反应与能量”的 “举例说明化学
能与电能的转化关系及其应用”。
3 活动设计的原理
“暖宝宝”是利用铁氧化反应放热来发热。实
际上也就是根据铁在潮湿空气中发生吸氧腐蚀的原
理。同时利用活性炭的强吸附性。在活性炭的疏松
结构中储有水蒸气,水蒸气液化成水滴,流出与空
气和铁粉接触,在氯化钠的催化作用下较为迅速的
发生反应生成氢氧化铁,放出热量。
铁在自然条件下的氧化反应速度是缓慢的,若
能加快这种反应,如设法加大铁的表面积,使用
水,食盐和活性炭形成原电池来促进反应,就可以
得到发热袋所需的温度,成为发热袋的热源。
负极 :Fe一2e-=Fe2
正极 :02+2H2O+4e-=40H一
总反应:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+2H20+02=4Fe(OH)3、l
2Fe(OH)3 Fe203+3H20
4 活动开展的过程.
4.i 活动用品准备 NaC1溶液
原电池反应槽、导线、灵敏电流表、铁片、碳
棒、5%NaC1溶液、烧杯、试管、漏斗、滤纸、铁
架台、胶头滴管、玻璃棒、pH试纸、药匙、酒精
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26 化学教学 2007年,第 10期
灯、铂丝、蒸发皿、暖宝宝用后的剩余混合物 (黑
褐色 固体 )、NaOH溶 液 、稀HC1、AgNO3溶液 、
H 0、KSCN溶液、澄清石灰水 、数码相机和摄像
头(用于实验过程及现象的记录)等。 ’
4.2 活动步骤设计
4.2.1 原理探究
将铁片和碳棒用导线连接 (在导线间接人灵敏
电流表),平行插入盛有5%NaC1溶液的原电池反应
槽中,观察实验现象。
原电池装置图 夏敏电流计指针偏转
实验结论:铁和碳可以形成原电池来加速铁的
氧化反应。从而更快地释放出热量。
4.2.2 产物探究
(1)取少量样品,加水溶解 ,有大量不溶物。
过滤,得到无色透明滤液,将滤液分成四份。
第一份滤液中加入KSCN溶液。无明显现象。
第二份加A.AgNO3溶液,出现白色沉淀。第三份滴
加NaOH溶液,无明显现象。第四份做焰色反应火
焰为黄色。
说明样品可部分溶解 。产物中含有NaCI,溶入
水后的滤液中不含Fe Al ,M 。
(2)另取少量样品,加入过量NaOH溶液,有
大量不溶物。过滤,得到无色透明滤液。取少量滤
液于试管中,滴~IIKSCN溶液,无明显现象。说明
样品不与碱反应。
(3)另取少量样品,加入过量HCI溶液,过
滤,得到金黄色澄清滤液。将滤液分成两份。一份
加入KSCN溶液,溶液立即变为血红色。
另一份滴~IINaOH溶液 ,一开始无明显现象,
mpH试纸调节溶液的pH值为7,使NaOH溶液将剩
余的HCI溶液中和。继续滴~11NaOH溶液 。渐渐开
始出现墨绿色沉淀,振荡,沉淀消失。继续滴加
NaOH溶液至过量 ,沉淀部分消失 ,变为棕黄色。
静置分层,上层为无色透明溶液,下层积聚着红褐
色沉淀,过滤,将得到的固体加热,得红棕色固
体 ,该固体不溶于水,溶于酸得棕黄色溶液,初步
确定为Fe2o 。
逐滴滴加NaOH溶液时的实验现象
墨绿色沉淀为红褐色氢氧化铁沉淀和白色氢氧
化铝 (可能也有氢氧化镁)沉淀的混合物,继续滴
~11NaOH溶液,氢氧化铝沉淀逐渐消失,最终剩余
红褐色氢氧化铁沉淀。
(4)将滤渣收集起来,烘干,得黑色粉末,点
燃 ,能够燃烧 ,产生的气体能使澄清石灰水变浑
浊。初步确定其为碳粉。
4.3 探究结论分析
通过观察到的实验现象,我们综合多种因素得
出结论:暖宝宝的反应原理为利用原电池加快氧化
反应速度,将化学能转变为热能。为了使温度能够
持续更长,产品使用了矿物材料蛭石来保温。因为
产品在使用前不能发生反应所 以袋子材质要很特
别,由原料层,明胶层和无纺布袋组成。无纺布袋
是采用微孔透气膜制作的。它还得有一个常规不透
气的外袋——明胶层。在使用时,去掉外袋,让内
袋 (无纺布袋)暴露在空气里,空气中的氧气通过
透气膜进入里面。放热的时间和温度就是通过透气
膜的透氧速率进行控制的。如果透氧太快,热量一
下子就放掉了,而且还有可能烫伤皮肤。如果透氧
太慢,就没有什么温度了。使用后为黑褐色固体。
其中含碳粉、NaC1固体、Fe2o,固体以及含镁铝的
盐类。
5 活动 中预设问题的设计
(1)为什么暖宝宝在用之前和用之后的固体状
态不一样呢?(用之前内有NaC1溶液,各物质未反应,
故为糊状物;用之后都转化为固体,故相对较硬)
(2)为什么暖宝宝要使用双层包装?(外层是一
个常规不透气的外袋,用来隔绝空气,使用时需要
有氧气参与,故内层采用微孔透气膜制作的无纺布
袋)
(3)为什么暖宝宝能发热,而且能保持如此之
长的时间? (它是通过铁粉的缓慢氧化放热。再通
过原电池原理加速氧化,使化学能转变为电能。然
后利用蛭石来保持温度,故能常达12dx时之久。而
且整个过程温度基本恒定)
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