探究暖宝宝化学组成和发热原理设计实验论文

暖宝宝自发热秘密的探究及化学组成测定

摘要

设计并进行了对暖宝宝发热原理的探究与化学组成的测定。鉴定暖宝宝反应物、产物，再又原电池模拟反应进行原理，最后进行各组分含量测定。

关键词：暖宝宝发热原理，暖宝宝各组分含量,Fe ,NaCl ,C,蛭石

引言

“暖宝宝”自发热袋成为冬日的流行，它可以30-50度持续发热6-12小时，我们设计了该实验探究它的发热原理以及组成成份。

1.产品概述

目前,在市场上已经出现了很多自发热产品，暖宝宝为片状贴剂，在使用时，去掉外袋，让无纺布袋暴露在空气里，氧气通过透气膜进入里面，暖宝宝开始持续低温发热（58o C）。由于携带方便，发热持久稳定，暖宝宝成为取暖驱寒，热敷理疗的时尚用品。

2.实验部分

2.1实验试剂

暖宝宝，硫酸，盐酸，NaOH，K2Cr2O7 , Na2CO3，苯，K3Fe(CN)6，KSCN，AgNO3，SnCl2,酚酞，甲基橙，硫磷混酸，二苯胺磺酸钠，铁片、碳棒、澄清石灰水，树脂。

2.2实验仪器

G4砂芯漏斗，布氏漏斗，交换柱，250mL容量瓶，移液管，锥形瓶，酸式滴定管，酒精灯，酒精喷灯，干锅，泥三角，石棉网，电流表，定量滤纸。

2.3实验方法

现象

产生大量气泡

水的烧杯

2.3.2产品鉴定

实验操作现象解释

产物取产物观察部分变红褐色，凝结成大块固体，微硬

不松散反应产生Fe2O3，消耗水

Fe2O3取产品加NaOH，过

滤得滤液，滴加

KSCN 有大量不溶物

无明显现象

产物大部分不溶

于碱

滤液无Fe3+

取产品加HCL，过滤得滤液加KSCN血红色产物中有Fe2O3

溶于酸后可能

Mg2+、Al3+

滴NaOH

过滤得沉

淀，加热

灰绿色沉淀，后沉淀部分

消失，变棕黄色

红褐色沉淀加热变红棕色

固体

NaCl同反应物鉴定含NaCl C同反应物鉴定含C

2.3.3模拟暖宝宝

实验步骤现象解释

原电池模拟原理如图使

用碳棒

和铁片

组成原

电池，

接电流

表

○2中NaCl作电解

质

V=0.55V

在该原电池中电

解质是必不可少

的

○2中蒸馏水

V=0.01V

自制暖宝宝按组分含量测定的结果取活性

炭、还原铁粉、蛭石加入盛NaCl

溶液的烧杯中模拟暖宝宝

手触无明显升温水量过多，暖宝宝

样品均匀细腻，水

含量少，升温明显

2.3.4组分含量测定

实验步骤现象解释

活性炭称取样品，80o C下H2SO4溶解。抽滤得滤饼，烘干称重

酒精喷灯灼烧1.5h恒重，称量M样品=4.0134g

M滤饼=1.3200g

M1=M2=0.6822g

滤饼为活性炭和蛭石

C+O2=CO2

蛭石

NaCl称取样品，水溶解，过滤得滤液M样品=0.4002g得NaCl溶液

OH-离子交换树脂离子交换（PH试纸检验交换终点）C HCl=0.001234mol/L

V1=0.710ml

V2=0.800ml

吸附能力OH-

Cl-定量置换OH-

OH-+H+=H2O

HCl标定淋洗液

V

3

=25.22mL

灼烧碳离子交换法K2Cr2O7滴定Fe3+

3.实验结论与数据处理

由暖宝宝反应物：C、Fe、NaCl ，产物：C、Fe2O3、NaCl，可组成原电池氧化还原反应得：

3.1暖宝宝组分

活性炭（15.89%）、还原铁粉（37.87%）、蛭石（17.00%）、NaCl（6.81%）、水

3.2暖宝宝发热原理

利用原电池加快氧化反应速度，将化学能转变为热能。

负极：Fe-2e-=Fe2+

正极：O2 + 2H2O + 4e-=4OH-

总反应：2Fe + O2 + 2H2O=2Fe(OH)2

4Fe(OH)2 + 2H2O + O2=4Fe(OH)3↓

2Fe(OH)3 ==== Fe2O3+3H2O

使用蛭石来保温。通过透气膜的透氧速率控制放热的时间和温度。

4.现象分析与讨论

A实验方案讨论

1.碳和蛭石的测定失败方案

高温酸溶，过滤，得沉淀加NaOH除硅酸。过滤，称沉淀即为C的质量。

失败原因：未掌握蛭石性质，取蛭石于过量NaOH溶液和HCl溶液中，加热，蛭石不溶。得到数据实为活性炭和蛭石的质量。

改进方案：（1）加浓HNO3与C反应（舍，不易操作且产生NO、NO2）

（2）加热消耗碳以质量差计算含量。

2.测定NaCl失败方案

用AgNO3测量Cl-方案：成本过高

重量法：取样品水溶后滤液加AgNO3沉淀，称量沉淀计算NaCl质量

舍去原因：Cl-含量过少，多次过滤、转移、称量造成损失，误差太大。

改进方案，离子交换法：阴离子交换柱Cl-定量交换OH-，再滴定测得OH-

测定电导率法：测NaCl电导率，与标准曲线对比得C NaCl，简洁易行，由于时

间不够未进行

3. K2Cr2O7滴定Fe2+法失败两次

第一次，由于估计铁粉含量过低，加入的掩蔽剂（硫磷混酸H3PO4+Fe3+=Fe（HPO4）2-）量不足，Fe3+黄色影响滴定终点颜色突变的观察，导致滴定失败。

第二次，滴定时，指示剂在滴定过程中被消耗，滴定终点没有颜色突变，现象为：无色→淡绿→深绿→棕绿（不变），失败。

改进方案，滴定前加足量掩蔽剂，滴定接近终点时补加指示剂，实验成功。

4.K2Cr2O7滴定Fe2+法注意事项

酸度控制在HCl介质中反应，过酸时Cl-消耗K2Cr2O7；酸度过低甲基橙褪色慢

还原剂SnCl2还原甲基橙到无色，用甲基橙指示Fe3+还原终点

掩蔽剂硫磷混酸：生成的Fe3+呈黄色，H3PO4与Fe3+生成无色Fe（HPO4）2-；降低Fe3+/ Fe2+电位，滴定突越增大，减少误差

若选用NH4F F-与Fe3+生成无色FeF3，但是F-也与Fe2+配位，因此舍去。

B现象讨论

1.鉴定铁粉：只能证明样品有铁元素，不能证明一定为铁粉。

检验Fe2+、不存在Fe3+以证明溶液中的铁均来自酸化的铁粉，反应物中没有FeO或Fe2O3。

煮沸溶液、液面覆盖苯，均为保证Fe2+未被氧化，但事实证明，氧化反应迅速，用KSCN