巧用化學反應 解決救援難題

縱建瑞

摘要：為了培養學生的科學探究與創新意識，筆者在教學中開展了研究性課程，設計了一系列的課外活動，鼓勵學生嘗試用所學的高中化學知識解決生活中的難題，學生們奇思妙想，設計了很多有意義的作品。

關鍵詞：化學反應;科學探究;創新;救援

化學學科核心素養明確提出要培養學生的科學探究與創新意識，在實際教學過程中，為了培養學生探究態度和能力，筆者設計了一系列與高中化學相關的研究性課題。學生通過積極探索，深入思考，以個人或小組的名義制作了很多有意義的作品，提高了同學們學習化學的興趣，增強了融合化學和其他學科以解決實際問題的能力，培養了同學們的創新精神和實踐能力，促進了學生的個性發展[1]。

一、? 奇思妙想，井下救援

經常有新聞報道，小孩子不小心掉到沒有井蓋的深井里，由于井口小，井下環境復雜，供氧不足，在很短的時間內小孩就會有生命危險，而救援的消防官兵趕到后，由于沒有合適的救援器材，造成救援遲緩，甚至動用大型機械挖掘，費時費力，造成各種惡性事故的發生[2]。我班的同學發明的深井救援網，利用一張漁網破開兩半，中間安裝救生圈，下面配有重物，先伸到井下，利用化學反應先給井下人員送氧，救生圈遇水充氣或者利用電動充氣泵充氣，當人被救生圈救起，將漁網合攏，包裹住人，對救生圈放氣，把網拉上去即完成救援。這種救援方式救援時間短，安全可靠，操作方便，非常實用。裝置如圖：

裝置有以下部分：

1.救生圈：用布包裹住救生圈，大大提高救生圈的強度，在布上裝上滑道，方便救生網的的合并。

2.救援網：救援網先破解為兩半（網邊有防撞傷的突起物，防被救人員碰到井壁受傷），收攏為一邊，當救生圈浮起時，被救人進入救生圈后，網合攏并鉸接在一起，再把救生圈放氣，收攏網提出則完成救援。

3.化學供氧反應：利用二氧化錳催化分解過氧化氫或者過氧化鈉與二氧化碳或水蒸氣反應獲取氧氣。

4.設想救生圈可遇水充氣，但是還沒有想到合適的方案，只能退而求其次借助打氣筒或電動充氣泵（汽車電源）充氣。

二、? 集智取長，水中救援

由于各種自然或人為因素導致汽車落水的事故時有發生，由于車門外水壓太大，車內電源短路，車內人無法打開車門，悲劇也偶有發生。我班同學通過集智取長，發明了汽車落水自動開門裝置，其原理是利用化學反應生成大量氣體，產生超高氣壓通過千斤頂自動打開車門，這種辦法自動開門，所需時間短，安全可靠。其附帶的救生氣囊可脫離車架，人可以抓住救生氣囊逃離車體，這樣為不會游泳的人創造更大的逃生幾率。其原理如圖：

裝置有以下幾個部分：

1.水淹自動啟動裝置：當水進入駕駛室，水位達到一定高度時，水壓讓少量水由單向門進入啟動室，水與過氧化鈉反應產生氣體推動活塞向右運動，同時活塞帶動拉線門開關打開門栓，完成啟動過程。啟動室的化學反應：2 Na?2O2+2H2O ==4NaOH + O2 ↑。

2.氣壓推門裝置：活塞向右運動推動鹽酸溶液進入反應室與碳酸氫鈉粉末發生反應，生成的二氧化碳氣體越來越多，超高的氣壓推動活塞向左運動從而打開車門。反應室的化學反應：NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑。反應物也可選其他物品，只要能產生高壓即可。

3.救生裝置：車門被推開后，連接救生氣囊的閥門打開，救生氣囊充氣，車內人員抓住救生氣囊即可逃離車體，這樣為不會游泳的人創造了更大的逃生幾率。

三、? 躬身實踐，冰橋救援

一場冰雪過后，路上結冰，陡坡前往往是事故高發地段，如高架橋的引橋處，行人摔到、汽車上不去，嚴重影響交通安全。我班同學通過深入研究，躬身實踐，發明了冰雪天汽車上坡防滑橡膠履帶，其原理是利用鐵粉遇到空氣發熱，把履帶凸起扣在冰雪上，大大增大摩擦，供行人或汽車通過。當冰雪融化后，用專用汽車回收即可，裝置如圖：

裝置有以下幾個部分：

1.防滑膠墊：膠墊內外形狀均如汽車履帶，內部凸起處裝有自發熱藥筒，可在鋪設后很快融化凸起處冰雪，以保證膠墊不打滑。膠墊可選用耐壓耐用汽車輪胎材料，內部有鐵絲以保證收到擠壓時會降低冰的熔點，加快其余部分雪的熔化。

2.藥筒：

藥筒中填充的原料是鐵粉、水、木粉、活性炭、食鹽和沸石等，鐵粉是主要的發熱材料。其工作原理類似暖寶寶，基本的反應方程式是：4Fe+3O2+nH2O=2Fe2O3· nH2O，利用的是原電池原理，鐵粉發生吸氧腐蝕放出熱量。此材料為真空包裝，當膠墊展開后，鋪路機壓破包裝袋，鐵粉與空氣接觸，發生化學反應發熱，溫度可達40℃，效果可長達4小時以上，足以保證凸起處的冰雪熔化，以保證膠墊牢固與陡坡接觸。

3.藥筒的重復利用

藥筒內藥物裝有一次性的加熱粉，設計為可替換裝置。當藥筒使用后，卷起膠墊，則可抽出藥筒，換裝新的即可。

4.折疊功能：

膠墊設計為可折疊，用專用汽車拉到陡坡前展開鋪設，當膠墊展開時，藥筒真空包裝將破裂，膠墊發熱扣在陡坡上，供行人汽車通過。當不需要時，專用汽車將膠墊卷起回收。

同學們親身實踐，用20幾個暖寶寶做成的樓梯防滑履帶，在今年大雪過后的餐廳樓梯上試用，往年常見的摔倒現象再也不見，這種躬身實踐的經歷讓他們品嘗到了創新的樂趣，提高了同學們的科學素養。

類似的創新作品還有很多，雖然學生們探索化學知識在生活中的應用還在起步階段，理論與實際還有一定的差距，但他們開拓思維，勇于創新，主動學習，積極解決遇到的困難，在這個過程中提升了同學們的化學學科核心素養，培養了他們的創新精神和實踐能力，加強了各學科之間的溝通與銜接，為逐步形成了正確的價值觀、必備品格和關鍵能力奠定了堅實的基礎，因而是非常有意義的。

參考文獻：

[1] 山香教師招聘考試命題研究中心.教育理論基礎[M].北京：首都師范大學出版社，2015.

[2] 安徽省公安消防總隊.繩索救援應用技術[M].長沙：湖南科學技術出版社，2018.