基于发热包工作原理的初中化学科学探究试题

基于发热包工作原理的初中化学科学探究试题

孔兴蕊，张飒

(河北省石家庄市新华区教育局 0)

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自加热食品、暖宝宝等物品在生活中得到了广泛的应用，方便了人们的生活。这些自加热食品中的自热包和暖宝宝的工作原理是什么?在各地的中高考试题或者模拟试题中有一些探究工作原理的试题。经过查阅文献，我们了解了自加热食品中自热包的工作原理并命制了科学探索试题。

一、自加热食品发热包的工作原理

1. 发热包的材料

根据文献及2019年一些省市的中考试题中给出的发热包的材料有:

(1)2019年陕西中考试题信息:生石灰、活性炭、铝粉、铁粉、碳酸钠、氯化钙、硫酸镁;

(2)2019年广东省中考试题信息:生石灰、焙烧硅藻土、活性炭、铁粉、铝粉、碳酸钠等;

(3)文献所给信息:生石灰、活性炭、焦炭粉、焙烧硅藻土、铁粉、铝粉、碳酸钠、盐(猜测是NaCl)(下述文献所给信息)。

对比发现自加热食品的发热包中都用到生石灰、活性炭、铝粉、铁粉、碳酸钠等物品。

2. 发热包工作原理

发表在期刊《数码设计》中的《便携式加热饭盒产品创新设计研究》(作者:何芷璠*，钟诗瑶，李畅，王英男，汲南)一文中详细阐述了发热包中的各成分及作用。

文献截图

梳理各物质的作用:

(1)在使用时，需向自热食品中加水，产生大量的热，发生反应:CaO+H2 O=Ca(OH) 2(放热)，同时还有铝粉、铁粉和盐溶液形成的原电池(反应放热，原电池反应使溶液呈碱性，减缓CaO与H2O的反应)。

(2)焙烧硅藻土、焦炭粉、活性炭的作用:吸水以缓冲反应速率，干燥剂(未食用前吸收食品袋中的水防潮);

(3)盐、碳酸钠:形成电解质溶液，碳酸钠溶液同时会与Ca(OH)2反应生成CaCO3。

二、基于发热包工作原理的科学探究试题

基于以上对发热包成分及原理的学习研究，我们命制了以下以探究发热包原理和成分的科学探究试题:

自加热食品为外出旅行人们的饮食提供了便利。图1①所示为某品牌自加热食品加热包的主要成分表，②为其使用说明。化学小组的同学对其中的发热包进行了如下探究。

图 1

探究Ⅰ:发热包的放热效果如何?

同学们将发热包中物质取出放置于烧杯中，向其中加入足量的水，观察到水很快就沸腾起来。请用化学方程式表示发热包遇水后放出大量热的一个原理。待烧杯内现象平静后，底部仍有大量固体存在。

探究Ⅱ:烧杯底部固体的成分是什么?

【进行猜想】在仔细查看了发热包的主要成分表后，小组同学认为未溶解的固体中可能有:①活性炭、②铝粉、③铁粉和④中的一种或几种物质。

【实验1】取一定量烧杯内固体于锥形瓶中，滴入足量稀盐酸(如图2所示)，观察到瓶内剧烈产生气泡，反应停止后仍有少量黑色固体剩余，经讨论大家一致认为该黑色固体为活性炭，判断的依据是。

为进一步确定生成气体的固体成分，同学们对生成的气体进行了实验。

【实验2】利用图3所示装置进行实验，观察到，说明剩余固体中含有④的存在。在a端点燃气体，未产生燃烧现象，说明剩余固体不能与稀盐酸反应产生可燃性气体，于是排除了固体中铁粉和铝粉的存在。小华认将实验中“a端未产生燃烧现象”作为“固体中不含铁粉和铝粉”的证据不够严谨，她对图3所示装置进行了如下改进。再次实验后a端产生了燃烧现象，且烧杯内壁出现水雾。为进一步确定固体中铁粉或铝粉的存在，又进行了实验3。

【实验3】(1)另取少量固体，进行实验(填写操作和现象)判定固体中含有铁粉。

(2)另取少量固体于烧杯中，向其中加入硫酸亚铁溶液中，观察到

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