自熱食品中發(fā)熱包成分的探究

河北省邯鄲市復(fù)興中學(xué) 莘彬鋒

臻臻和同學(xué)們到戶外郊游野餐，在超市買了自熱米飯和自煮火鍋。他們拆開包裝，將食材放入中層食盒后，撕掉發(fā)熱包塑料膜，并將其平鋪于外層盒子底部，然后將冷水倒在發(fā)熱包上，并迅速將中層食盒置于外層盒子上，蓋上盒蓋。溫度迅速升至150 ℃，有蒸氣冒出，并聽到“咕嚕咕嚕”的響聲，15分鐘后便可以食用，而且保溫時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3小時(shí)。同學(xué)們對(duì)此現(xiàn)象頗感興趣，回到學(xué)校后決定對(duì)發(fā)熱包成分進(jìn)行探究。

【查閱資料】1.發(fā)熱包主要由生石灰、鐵粉、鎂粉、鋁粉、活性炭、氯化鈉、碳酸鈉中的若干種成分組成。

2.氫氧化鎂和氫氧化鋁均為不溶于水的白色固體，但氫氧化鋁可溶于氫氧化鈉溶液。

探究一：發(fā)熱包成分的確定

臻臻同學(xué)取出發(fā)熱包內(nèi)灰黑色的固體粉末，分成兩份，分別為粉末一和粉末二。

1.用磁鐵靠近固體粉末一，發(fā)現(xiàn)有黑色物質(zhì)被磁鐵吸引，則證明該粉末中含有鐵粉。用磁鐵將鐵粉全部吸出后，剩余粉末標(biāo)為樣品A。

2.取適量樣品A 于大試管中，向其中加入足量稀鹽酸，一會(huì)兒后發(fā)現(xiàn)有氣泡產(chǎn)生，將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水中，澄清石灰水不變渾濁，說(shuō)明發(fā)熱包中不含碳酸鈉；過(guò)濾，得到濾渣B 和濾液C，濾渣B是活性炭，則說(shuō)明發(fā)熱包中含有活性炭；向?yàn)V液C 中加入足量氫氧化鈉溶液，先有白色沉淀產(chǎn)生，然后沉淀全部溶解，得到無(wú)色溶液，則說(shuō)明發(fā)熱包中含有鋁粉，不含鎂粉。

【結(jié)論解釋】加入足量稀鹽酸產(chǎn)生氣泡，是因?yàn)殇X、鎂之一或兩者和稀鹽酸反應(yīng)生成了氫氣；活性炭不溶于水，故濾渣B 是活性炭；加入足量氫氧化鈉溶液，開始時(shí)有白色沉淀生成，后來(lái)又全部消失，說(shuō)明濾液C 中不含有鎂離子，則發(fā)熱包中不含鎂粉，含有鋁粉。

紅紅同學(xué)將固體粉末二置于燒杯中，加水溶解，用手輕輕觸碰燒杯外壁，發(fā)燙，說(shuō)明反應(yīng)迅速放出大量的熱；過(guò)濾，取適量濾液滴入無(wú)色酚酞溶液，溶液變紅，說(shuō)明發(fā)熱包中含有生石灰；另取適量濾液于試管中，向其中加入稀硝酸和硝酸銀溶液，有白色沉淀生成，證明發(fā)熱包中含有氯化鈉。

探究二：發(fā)熱包工作原理

【作出猜想】同學(xué)們猜測(cè)發(fā)熱包放熱主要來(lái)自于生石灰與水的反應(yīng)。

【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】明明同學(xué)取適量生石灰于錐形瓶中，錐形瓶口塞雙孔橡膠塞，一孔插盛水的膠頭滴管，一孔插玻璃導(dǎo)管，玻璃導(dǎo)管另一端伸入盛水的燒杯中。擠壓膠頭滴管，將水加入到生石灰中，發(fā)現(xiàn)錐形瓶中溫度迅速升高，玻璃導(dǎo)管口有氣泡產(chǎn)生，但溫度又很快下降，燒杯中的水倒流入錐形瓶中，說(shuō)明該反應(yīng)很快結(jié)束，不能長(zhǎng)時(shí)間保溫。

【作出猜想】同學(xué)們大膽猜測(cè)應(yīng)該還有其他放熱反應(yīng)存在，如鐵生銹。

【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】同學(xué)們根據(jù)資料介紹，將一定量的鐵粉、活性炭和食鹽水放入錐形瓶中，不久后發(fā)現(xiàn)錐形瓶外壁微燙并持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。該現(xiàn)象解釋了發(fā)熱包的保溫原理。原來(lái)鐵粉與活性炭構(gòu)成了無(wú)數(shù)微小的原電池，鐵與氧氣和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中緩慢放出熱量，這個(gè)過(guò)程持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)，所以保溫時(shí)間能達(dá)到3小時(shí)。

【拓展反思】1.發(fā)熱包應(yīng)密封防潮保存。

2.只能往發(fā)熱包上加冷水，不能加熱水。加熱水可能會(huì)導(dǎo)致水劇烈沸騰，引發(fā)危險(xiǎn)。

3.要將自熱食品蓋子上的透氣孔打開，否則容易造成小型的爆炸，甚至燙傷人。

4.使用后的發(fā)熱包應(yīng)包好按照垃圾分類標(biāo)準(zhǔn)投放。