[科普中国]-自制“暖宝宝”

本帖最后由 yanghuagai 于 2015-10-29 10:26 编辑

钢铁也会玩自燃曹广雪山东省邹城市实验中学莫名其妙的火灾 1984年8月20日晚上,在某大型钢铁厂的半连续轧板车间里，工人们正在检修机器。谁也没想到，一场灾祸正在悄悄地向他们逼近。晚上10点零5分，车间里的一条地沟突然着起了大火。人们还没来得及采取措施，火势就失去了控制，结果造成一人死亡一人受伤。地沟着火，这在国内钢铁企业中，还从来没有发生过。 那条地沟是用水泥浇灌的，长4米，宽0.8米，深1.5米左右，上面覆盖着栅板。地沟的一头是一台机器的底座，另一头有一个0.8米见方的出入口。机器的常年渗漏，让地沟里积累了不少机械润滑油。虽然润滑油可以燃烧，但是自建厂以来，工人们无数次在地沟上面气焊、电焊，火花和熔化的铁水经常掉进沟里，从来都没有发生过事故。而这次既没有火源，也没有火种，大火是怎么烧起来的呢？事后调查发现，火灾发生前，车间已经停机检修了，地沟里的油全部被抽走，只剩下一些混合了的铁皮碎片和铁粉的油渣没有及时挖出。几小时后，工人们开始清理油渣。在这中间，有人感到胸闷，呼吸困难。这时，有人发现地沟出入口闪出一些蓝色的火苗，瞬间火苗燃成大火，吞噬了整个地沟……火灾原因大猜想 关于火灾的原因，有人认为是吸烟引起的。火灾前确实有人在地沟上面吸烟。但是，机械润滑油燃点在500℃左右，而烟头虽然中心部位的温度高达800℃～900℃，但表面温度却只有200℃～300℃。所以，烟头是点不着润滑油的。 有人认为，是铁锹撞击和钢绳摩擦迸出的火花引起了火灾。碰撞和摩擦确实能够产生火花，可是这种火花的能量很低，很难点着其他东西。比如用电砂轮打磨铁制品时，虽然飞溅出的火花很灿烂，但是却连一张纸也点不着。 还有人认为，是照明灯用的电线绝缘层磨损了，火灾是由电线打出的火花引起的。但这种可能性也很快被排除了。 这场奇怪的火灾究竟是什么原因造成的呢？有人提出了一个大胆的假设——是硫化亚铁自燃引起了火灾。硫化亚铁也自燃 经过化验分析，起火地沟里的铁皮，含硫量是一般铁皮的2倍，铁粉的含硫量是一般铁皮的7倍。这是因为地沟里原本有很多润滑油，铁皮和铁粉与油里的硫发生了化学反应，生成了硫化亚铁，而硫化亚铁本身就是自燃性物质。当地沟里的油被抽走后，硫化亚铁直接接触空气而自燃，结果引起了大火。不冒烟的校“火炉” 20世纪70年代日本有人发明了一种取暖袋，它不用火，不用电，只要撕开外袋就能发热，平均温度52℃，可以保持8到18小时。冬天，它可以防止手部冻伤；平时，它可以用来缓解腰痛、腿痛、肩痛等。 如今，我国市场上也有很多类似的产品，它们的功能大同小异，名称却五花八门，像什么暖宝宝、取暖贴、发热贴、一贴热等。它们的反应原理都是一样的：通过铁粉的氧化，把化学能转变为热能。为了使温度能持续更长时间，里面使用了矿物材料蛭石来保温。 下面我们也来动手做一个取暖袋，让它在寒冷的冬天为你带来温暖。 材料：活性炭、还原铁粉、氯化钠、锯末（或蛭石）、水。
实验用品：自封袋（或一次性输液袋）、毛巾（美丽的手袋更好）、数字测温仪、烧杯、药匙、电子称、电动吸气泵。 [attach]428[/attach]步骤：
①按照质量比，活性炭：还原铁粉：氯化钠：锯末（或蛭石）：水=16：38：7：17:22的比例称取上述物质。
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②然后将上述物质混合，搅拌成糊状。
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③快速将上述物质装入自封袋（或输液袋），把里面的空气赶出（可以使用电动吸气泵吸成真空，效果更好），并密封，再用毛巾（手袋、口罩等棉物）包裹起来，可以留着备用了。
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④使用时，只需打开自封袋的口，放入空气，内容物便开始反应并放出热量。下面为实验者测试的温度变化情况（注意，放入空气的量要少，不要一次放入大量空气，以免反应剧烈。）
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⑤用手袋（口罩、毛巾等棉物）将自封袋（或输液袋）包裹起来，使用时，打开自封袋的口，让空气进入，反应开始，放热。封闭，反应进行一段时间，可以随时控制，（这是与市面销售暖宝宝的不同之处）直至反应物全部反应掉为止。
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反应原理：暖宝宝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。
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 该反应是个放热反应 使用锯末（蛭石更好一些）来保温。 通过放入输液袋的空气量控制放热的时间和温度。注意事项：市售暖宝宝提供的反应物量小，所提供温度较低，而本实验药品用量大，产热时间长，开始一定要注意让少量空气流入，同时使用厚的棉布包裹，避免烫伤。

附：暖宝宝组分 活性炭（15.89%）、还原铁粉（37.87%）、蛭石（17.00%）、NaCl（6.81%）、水蛭石的主要化学式为（Mg，Ca）0.7（Mg，Fe，Al）6.0[（Al，Si）8.0]（OH4.8H2O）。常见化学式为 (Mg2.36Fe0.48Al0.16)(Si2.72Al1.28O10(OH)2)(Mg0.32(H2O)4.32)