氧化鈣與水反應放熱性能實驗儀

文貴陽市第一中學高二（25）班 馮思源

一、設計圖紙

氧化鈣與水的反應是一個強放熱反應，為便于實驗測定，我決定先制作隔熱裝置，為反應創造良好的隔熱環境。圖1為設計的最終實驗裝置圖。

圖1

二、制作裝置

1.隔熱層

隔熱層由外殼、反應桶以及兩桶間隔熱材料組成。

（1）外殼

先將剪好的鐵皮折成桶狀，用鐵絲把鐵皮拴牢。焊接外殼底部時，我在頂部放幾塊杠鈴片，使熔化后的焊絲更易附著于接縫處。

（2）反應桶

先計算所需材料的尺寸，再用大鋼尺在不銹鋼帶上劃好尺寸，并用美工刀勾勒出輪廓，再沿輪廓外沿平齊地剪下。

由于不銹鋼帶比鐵皮光滑，制作桶底時在上面畫圓比較困難，所以我用釘子敲出一個凹陷處，這才將圓心固定。焊絲為“藥芯焊絲”，熔化后帶有強烈的刺鼻性氣味，出于安全考慮，焊接時我戴上了口罩。

焊接完反應桶后，必須對焊接處的氣密性進行檢查。我通過黑夜透光實驗，很快就修補了所有漏縫，順利通過氣密性檢測。

（3）連接外殼與反應桶

用裁剪好的隔熱材料將反應桶裹緊，小心翼翼地旋進外殼，并用已裁剪的不銹鋼圓環將外殼和反應桶密封。

由于存在裁剪誤差，雙層圓環在內、外焊接時會出現許多凹凸處，導致接口不齊，產生較大的縫隙。又由于焊液都聚集在邊沿，只有冷卻后迅速加一點焊絲，縫隙兩側才能連通；如果加熱時間太長，新加的焊絲又會立即分散。

2.食物桶

食物桶側面為40.84cm×10cm的矩形，制作外殼和食物桶時桶底比側壁大，故取42cm×10cm的尺寸劃線。食物桶相對較小，不銹鋼帶不易彎曲，用鐵絲固定時，我用燕尾夾將其上下兩頭夾平、夾穩，這樣就能先將接縫焊好。

由于裁剪時材料兩端不夠整齊，接口處有縫隙，熔化后的焊絲難免從縫隙中滴落至食物桶內壁，可將其收集起來二次利用。為使食物桶能平穩地置于隔熱層上加熱，我剪下一個外徑16cm、內徑13cm的圓環，將圓環與食物桶頂焊接。很快，食物桶就基本成型了。

根據設計圖，需在食物桶側壁靠近擋板處裹一層隔熱材料，并用鋁箔膠帶將接口處包裹。對食物桶側壁進行隔熱處理后，嘗試將其安裝至隔熱層之上。側壁隔熱材料能在適當的擠壓下與隔熱層內壁緊密接觸，使反應桶成為一個相對密閉的空間。

3.頂蓋

（1）蓋面

頂蓋底面直徑為16cm。測量家中鍋蓋面的傾角之后，我將蓋面與水平面的夾角定為20°，蓋面為一個扁平圓錐體的側面。通過計算可知，所需蓋面材料為一個半徑約為8.5cm、圓心角約為338°的扇形。

用精密圓規刻劃好蓋面材料后，將其裁剪下來并彎曲焊接。蓋面成型之后對其內部進行加固。為保護使用者不被劃傷，用鋁箔膠帶對蓋面邊緣進行處理。

（2）固定圓餅

為使蓋子固定，蓋底加焊一個突出的圓餅，使其剛好能卡在食品盛放口。為增大反應的熱效率，需在頂蓋內部放置隔熱材料，即在圓餅與蓋面之間填充硅酸鋁針刺毯。

（3）頂蓋提手

在焊接提手側面時，要求一次性焊好。在頂蓋上用電鉆打一個溫度計孔，在外殼上裝上緊固帶，將硅橡膠密封圈套在食物桶外沿，最后用鋁箔膠帶把尖銳的地方包起來（鋁箔也能反射一部分熱輻射）。

圖3 裝置整體效果俯視圖

圖4 裝置整體效果圖

三、實驗測定

經過多次實驗，我繪制出了食物區的水溫與時間的關系曲線，如圖5所示。（指導老師：盧履智）

圖5 氧化鈣與水反應實驗數據統計圖