【暖宝宝】发热贴原理解析 暖宝宝发热原理是什么

【暖宝宝】发热贴原理解析 暖宝宝发热原理是什么
取暖贴发热原理解析
“取暖贴”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-2e-=Fe2+
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
探究过程设计
1 实验用品
原电池反应槽、导线、灵敏电流表、铁片、碳棒、5%NaCl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、酒精灯、铂丝、蒸发皿、取暖贴用后的剩余混合物(黑褐色固体)、NaOH溶液、稀HCl、AgNO3溶液、H2O、KSCN溶液、澄清石灰水等。
2 实验步骤
①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。
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。
[现象]第一份滤液中加入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,滴加KSCN溶液,无明显现象。[结论]样品不与碱反应。
(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。将滤液分成两份。一份加入KSCN溶液,溶液马上变为血红色。
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。
(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。
③实验中的问题设计
(1)为什么取暖贴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)为什么取暖贴要使用双层包装?(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)为什么取暖贴能发热,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)
3 探究结论分析
通过观察到的实验现象,大家综合多种因素得出结论:取暖贴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。

暖宝宝发热原理是什么
暖宝宝中的发热原料是由铁粉、活性炭、蛭石、无机盐和水等合成的聚合物,撕开明胶层,可马上与空气中的氧气作用,发生放热反应。
铁粉
空气中的氧气与铁粉发生反应产生氧化铁,铁被腐蚀的时候会释放出热量。这些热量能令铁粉的温度达到68摄氏度左右;军用级别的取暖器温度能达到90摄氏度。一般工厂将铁碾碎或者用水喷射熔化了的铁来得到铁粉。有趣的是,大家每年光吃谷物早餐就要吃掉200万磅铁粉。
多孔的小袋子
打开塑料包装袋,空气就渗入了暖宝宝小袋子中,袋子中开始进行能发热的化学反应。小孔越多意味着空气越多,因此足用暖宝宝的小孔比一般暖宝宝更多(毕竟鞋中的空气没那么流通)。
活性炭
活性炭的作用是吸附住空气中的水分,保证氧化过程顺利进行。它还有导热功能,因此它能均匀散热。加热后的木炭体积膨胀,在碳原子间会留出数以百万计的小孔,这样一来每克碳的表面积会增加至两千平方千米。一磅活性炭的表面积有留六个足球场那么大——这些缝隙用来吸附水分足够了。
氯化钠
氯化钠(盐)作为多雪城市的除冰剂,会腐蚀汽车的脆弱部位。在这里,氯化钠(与水一起)是一种能促使铁粉腐蚀的催化剂。
蛭石(Vermiculite)
这种含水的硅酸镁铝在加热的时候会膨胀,看上去就像蠕虫一样。因此其名字得名于拉丁语中名为vermiculus的蠕虫。它很轻,吸水能力强,在暖宝宝中不发生化学反应,它的味道也不臭,因此它是一种能防火的超级材料。它是绝缘体,有些建筑材料中也会用到它。它和活性炭一起将铁粉分散开来,避免暖宝宝中的填充物发热太快灼伤皮肤。爬虫学家会用这种东西来保持爬虫的蛋处于舒适状态——当然你也可以用自己的手来替代它。

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