暖宝宝的原理及其环保应

暖宝宝的原理及其环保应 暖宝宝的原理及其环保应用 概述及基本原理: “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Mg(HO)Mg[AlSiO](OH)，因加热时能迅速0.52433102 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，比重下降到0.6,0.9。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。 基本原理 暖宝宝发热材料主要由铁粉、活性碳、蛭石、水、盐等材料构成。加入相关成分材料可以增加远红外功能、负离子功能、药性的功能。 暖贴所用内袋是在无纺布上敷的一种可透气薄膜，它是以PE为载体，通过特殊工艺使透气膜形成独特的微孔结构。这些高密度分布在薄膜表面的特殊结构能像皮肤一样进行呼吸。从而使取暖袋内袋中的发热材料与内袋的两个面可以平整均匀的吸附在一起。形成一个完整的暖贴片。该透气膜透气量均匀性又决定了产品发热温度、保持时间等的稳定性。 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、NaCl固体、Fe2O3固体以及含镁铝的盐类。 发热原理: “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: -2+Fe-2e,Fe --正极:O2 + 2H2O + 4e,4OH 总反应:2Fe + O2 + 2H2O,2Fe(OH)2 2Fe(OH)2 + 2H2O + 3O2,4Fe(OH)3? 2Fe(OH)3 =Fe2O3+3H2O?原理探究: [操作]将铁片和碳棒用导线连接(在导线间接入灵敏电流表)，平行插入盛有5%NaCl溶液的原电池反应槽中，观察实验现象。 [现象]电流表指针偏转，铁片上出现红褐色物质。 [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。 暖宝宝成分分析 1.铁粉和活性炭: 检验方法:先将少许“黑色粉末”溶于稀硫酸，冒出大量地气泡，再观察溶液颜色呈现绿色(可能是铁粉和氧化铜)。将所得绿色溶液稀释，仍旧是浅绿色(排除硫酸铜的可能性，只有铁粉)。接着，将较多“黑色粉末”放在致密的铁丝网上用酒精灯加热试图点燃，并在上方罩涂有澄清石灰水的干燥烧杯不多久，烧杯内壁出现一层白膜(C+O2=CO2,Ca(OH)2+CO2=CaCO3+2H2O) 取暖的原理在于铁粉在空气中缓慢氧化放出热量，而活性炭起着吸附空气中的水蒸气和氧气，加快缓慢氧化的速度。 2.蛭石: 蛭石一种铁镁质铝硅酸盐矿物，成分为Mg0.5(H2O)4Mg3[AlSi3O10](OH)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。 检验方法:(1)取少量样品(暖宝宝用过后的黑色混合物)，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。 (现象)一份滤液中加入KSCN溶液，无明显现象。第二份加入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。 [结论]说明样品可部分溶解，产物中含有NaCl,溶入水后的滤液中不含Fe3+,Al3+,Mg2+。 (2)另取少量样品，加入过量HCl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.另一份滴加NaOH溶液，一开始无明显现象，用pH试纸调节溶液的pH值为7，使NaOH溶液将剩余的HCl溶液中和。继续滴加NaOH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Fe2O3。 [结论]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，继续滴加NaOH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。 (3) 另取少量样品，加入过量HCl溶液，过滤，得到金黄色澄清滤液。向其中加入适量的NaF，然后滴加NaOH溶液，一开始无明显现象，用pH试纸调节溶液的pH值为7，使NaOH溶液将剩余的HCl溶液中和。继续滴加NaOH溶液，渐渐开始出现白色沉淀。继续滴加NaOH溶液至过量，沉淀不消失，初步确定为Mg2+. [结论] 白色沉淀为氢氧化镁。 实验中的问题 : (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NaCl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12小时之久，而且整个过程温度基本恒定)