探究暖宝宝化学组成和发热原理设计实验论文.doc

暖宝宝发热原理与组分测定-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（58oC）。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2.3.1反应物鉴定 实验操作现象解释暖宝宝内容物取暖宝宝内容物观察暖宝宝均匀细腻的黑色固体，其中混杂白瓷色的小颗粒，湿润含少量水还原铁粉煮沸稀硫酸加入样品，加苯覆盖，长滴管加入K3Fe(CN)6产生大量气泡溶液变成蓝色有Fe2+存在，推测反应物为铁粉NaCl取样品溶于水，离心，取上清液做焰色反应加入酸化的AgNO3火焰呈黄色产生白色沉淀有NaCl活性炭取样品灼烧，罩一涂有澄清石灰水的烧杯杯壁白色浑浊有C2.3.2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NaClC同反应物鉴定含C2.3.3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，接电流表中NaCl作电解质V=0.55V在该原电池中电解质是必不可少的中蒸馏水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，80oC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=4.0134gM滤饼=1.3200gM1=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）CHCl= 0.001234mol/LV1=0.710mlV2=0.800ml吸附能力OH- Cl-Cl-定量置换OH-OH-+H+=H2OHCl标定淋洗液Fe称取样品，HCl加热溶解，过滤得滤液m暖宝宝=2.0003g30min溶解完全滤液透明淡绿色Sn2+2Fe3+=Sn4+2Fe2+6Fe2+Cr2O72-+14H+ 6 Fe3+2Cr3+7H2OSnCl2还原，趁热K2Cr2O7滴定C K2Cr2O7=0.6540mol/LV1=25.50mLV2=25.28mLV3=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。3.3含量测定数据处理含量M样品M滤饼M剩余活性炭15.89%4.0134g1.3200g0.6822g蛭石17.00%NaCl编号12M样品/g0.4002gCHCl/mol*L-10.001234VHCl/mL0.7100.800平均相对偏差/%5.96平均NaCl含量6.81%Fe编号123m暖宝宝/g2.0003C K2Cr2O7/mol*L-10.0089V K2Cr2O7/mL25.5025.2825.22平均相对偏差/%0.45平均Fe含量37.87%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CNaCl，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检验溶液总是变成淡红色，因此此处只能推测反应物为铁粉。2鉴定Fe2O3：酸溶后加碱，灰绿沉淀-沉淀部分消失-变棕黄色-红褐色沉淀加热变红棕色固体现象解释，样品中的蛭石可以部分溶于酸，得到Mg2+和Al3+,遇碱生成氢氧化沉淀，浅灰绿色沉淀为红褐色Fe(OH)3和白色Al(OH)3（可能也有Mg(OH)2）的混合物，继续滴加NaOH溶液，Al(OH)3逐渐消失，最终剩余红褐色Fe(OH)3沉淀。C数据误差1称取暖宝宝不准确由于暖宝宝的原电池原理，拆开瞬间迅速与氧气反应，Fe被氧化，导致称量总质量偏大。实验中采取相关措施：迅速称取刚拆封的样品，煮沸溶液溶解样品，液面覆盖苯隔绝氧气，但是效果不明显，用KSCN检验仍有Fe3+。因此改进方案，将样品中的Fe完全氧化为Fe2O3，准确称取含Fe2O3的样品进行计算，但是将Fe完全氧化耗时太大，舍去。最终以刚拆封样品质量作为总质量，导致结果偏小。2活性炭损失由于活性炭的半径过小，抽滤、转移时有少量活性炭损失（堵塞漏斗，附着于漏斗壁），导致结果偏小。改进：选用致密滤纸，减少过滤、转移次数。1. 氧化还原法滴定Fe2+K2Cr2O7滴定为氧化还原滴定，反应速率较慢，滴定前加热至微沸，趁热滴定加快反应，但滴定过程降温K2Cr2O7易过量，导致结果偏小。改进：加热至沸后立即开始滴定。Determine the