冯思源+郑一舟+崔杰
文章编号:1008-0546(2017)01-0097-01 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2017.01.032
现代社会,人们的生活节奏越来越快,于是便免不了快餐的出现,在日常生活中,就出现了方便面等一些快餐食品,虽然快速、便捷,不过,相对于一顿正常的饭菜来说,却缺乏太多人体自身生命活动所需要的营养,最近,市场上还出现了一种“自热米饭”, 简简单单就能够对饭菜进行加热。
自热米饭是如何制热的呢?
为了研究自热米饭的制热秘密,我们决定通过实验来探寻发热包的化学反应原理。
实验过程:组装好实验器材,向量杯中倒入自热米饭包装中的“发热包”物质,然后向量杯内倒入发热水。在短时间内,发热包中的物质就与发热水迅速的反应。下面是实验视频截图。
实验表明:发热包内的物质与水反应后,能够在短时间内产生大量的热量,从而达到制热的目的。
通过多方查阅我们得知:自热米饭发热包中的主要成分为生石灰(氧化钙CaO), 而生石灰(氧化钙CaO)与水反应后会产生大量的热量, 从而煮熟了米饭,温热了配菜。
由此可知, 氧化钙与水完全反应的比例为56∶18 = 28∶9,也就是说,28g的氧化钙能够与9g的水完全反应。
在“无机化合物的标准热力学数据表”中查得下列数据:
水的反应热ΔH(H2O)=-285.8kJ/mol
氧化钙的反应热ΔH(CaO)=-634.9kJ/mol
氢氧化钙的反应热ΔH[Ca(OH)2]=-985.2kJ/mol
所以化学反应的反应热为:
ΔH =ΔH[Ca(OH)2]-ΔH(CaO)-ΔH(H2O)
=-985.2-(-634.9)-(-285.8)
=-64.5(kJ/mol)
计算可知,100g的氧化钙与水完全反应放出的热量为115kJ,可使100g水的温度上升:
Δt =Q/cm=115×103J/[4.2×103J/(kg·℃) ×0.1kg]=273.8℃
说明氧化钙与水完全反应能够放出大量的热量,从而达到制热的目的。
生活中一个一次性水杯的容积大约为180mL,能装大约180g的水。
那么,100g的氧化钙与水完全反应放出的热量又能使180mL的水温度升高多少呢?
根据计算可知,水升高的温度为:
Δt =Q/cm=115×103J/[4.2×103J/(kg·℃)×0.18kg]=152℃
也就是說,在常温常压下,100g的氧化钙与水完全反应后产生的热量能够使一杯(一次性水杯)水沸腾一段时间。
由于生成物的化学能低于反应物的化学能,而总能量守恒,反应物与生成物化学能的差额,转化为热能放出,从而煮熟了米饭,温热了配菜。
(指导教师:贵州省贵阳市第一实验中学王光志)