馮思源+鄭一舟+崔杰
文章編號:1008-0546(2017)01-0097-01 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2017.01.032
現代社會,人們的生活節奏越來越快,于是便免不了快餐的出現,在日常生活中,就出現了方便面等一些快餐食品,雖然快速、便捷,不過,相對于一頓正常的飯菜來說,卻缺乏太多人體自身生命活動所需要的營養,最近,市場上還出現了一種“自熱米飯”, 簡簡單單就能夠對飯菜進行加熱。
自熱米飯是如何制熱的呢?
為了研究自熱米飯的制熱秘密,我們決定通過實驗來探尋發熱包的化學反應原理。
實驗過程:組裝好實驗器材,向量杯中倒入自熱米飯包裝中的“發熱包”物質,然后向量杯內倒入發熱水。在短時間內,發熱包中的物質就與發熱水迅速的反應。下面是實驗視頻截圖。
實驗表明:發熱包內的物質與水反應后,能夠在短時間內產生大量的熱量,從而達到制熱的目的。
通過多方查閱我們得知:自熱米飯發熱包中的主要成分為生石灰(氧化鈣CaO), 而生石灰(氧化鈣CaO)與水反應后會產生大量的熱量, 從而煮熟了米飯,溫熱了配菜。
由此可知, 氧化鈣與水完全反應的比例為56∶18 = 28∶9,也就是說,28g的氧化鈣能夠與9g的水完全反應。
在“無機化合物的標準熱力學數據表”中查得下列數據:
水的反應熱ΔH(H2O)=-285.8kJ/mol
氧化鈣的反應熱ΔH(CaO)=-634.9kJ/mol
氫氧化鈣的反應熱ΔH[Ca(OH)2]=-985.2kJ/mol
所以化學反應的反應熱為:
ΔH =ΔH[Ca(OH)2]-ΔH(CaO)-ΔH(H2O)
=-985.2-(-634.9)-(-285.8)
=-64.5(kJ/mol)
計算可知,100g的氧化鈣與水完全反應放出的熱量為115kJ,可使100g水的溫度上升:
Δt =Q/cm=115×103J/[4.2×103J/(kg·℃) ×0.1kg]=273.8℃
說明氧化鈣與水完全反應能夠放出大量的熱量,從而達到制熱的目的。
生活中一個一次性水杯的容積大約為180mL,能裝大約180g的水。
那么,100g的氧化鈣與水完全反應放出的熱量又能使180mL的水溫度升高多少呢?
根據計算可知,水升高的溫度為:
Δt =Q/cm=115×103J/[4.2×103J/(kg·℃)×0.18kg]=152℃
也就是說,在常溫常壓下,100g的氧化鈣與水完全反應后產生的熱量能夠使一杯(一次性水杯)水沸騰一段時間。
由于生成物的化學能低于反應物的化學能,而總能量守恒,反應物與生成物化學能的差額,轉化為熱能放出,從而煮熟了米飯,溫熱了配菜。
(指導教師:貴州省貴陽市第一實驗中學王光志)