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即热饭盒工作原理浅析

  摘要: 对于原电池原理引起的腐蚀来说,负极材料是受到破坏的,并且其腐蚀速度要比化学腐蚀快得多,而正极材料则受到保护。铁粉和食盐的存在能加速Mg与水的反应,也恰恰是因为镁粉、铁粉和食盐溶液组成了原电池的缘故。在这个原电池中,Mg和Fe分别作两个电极,食盐溶液作电解质溶液,由于Mg比Fe活泼,所以 Mg作负极,Fe作正极。

  关键词 化学能 热能 原电池 短路

  鲁科版化学教材必修二在介绍化学能向热能转化时,引用了即热饭盒这个实例作为问题的切入点。大部分同学都能够认识到Mg + 2H2O ====Mg(OH)2 + H2 ↑反应为释放能量的反应,其多余的能量会以热能的形式释放出来,从而使食物受热,实现了化学能向热能的转化。但是对于铁粉和食盐在反应中所起的作用却众说纷纭,莫衷一是,下面我谈一下自己的观点。

  一、Mg与水的反应条件

  常温下Mg与水反应非常缓慢,几乎看不到明显的实验现象;在沸水中Mg与水反应速率加快,能观察到明显的实验现象:①Mg片表面有气体——H2产生②向反应后的溶液中滴加酚酞试液,溶液变成红色,说明有碱性物质Mg(OH)2生成。即热饭盒中Mg与水能够放出大量的热,说明铁粉和食盐的存在可以加快Mg与水的反应。

  二、铁粉和固体食盐在反应中的作用

  金属腐蚀规律告诉我们,电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀。对于原电池原理引起的腐蚀来说,负极材料是受到破坏的,并且其腐蚀速度要比化学腐蚀快得多,而正极材料则受到保护。铁粉和食盐的存在能加速Mg与水的反应,也恰恰是因为镁粉、铁粉和食盐溶液组成了原电池的缘故。在这个原电池中,Mg和Fe分别作两个电极,食盐溶液作电解质溶液,由于Mg比Fe活泼,所以Mg作负极,Fe作正极。其电极反应式如下所示:

  负极:Mg-2e-=Mg2+

  正极:2H2O+2e- =H2↑+2OH-

  电池反应:Mg + 2H2O ====Mg(OH)2 + H2 ↑

  从电池反应来看食盐并没有参与这个反应,但是它的存在却可以增强溶液的导电性,使原电池的电流强度增大。这样镁粉、铁粉、固体食盐和水混合后,形成了无数个微型原电池,自然会使反应速率加快。

  三、短路的原电池

  物理学知识告诉我们,电源在短路时会把电能部分转化为热能。由镁粉、铁粉和食盐溶液所组建的原电池同样也没有连接用电器,所以会形成短路,把部分电能转化成热能释放出来,因此即热饭盒的能量转化形式可以表述为:化学能→电能→热能。

  (2006?韶关)目前市面上有一种新型饭盒“即热饭盒”,其原理是在饭盒底部有两层,一层存放水,另一层存放镁和铁的混合物.使用时打开隔离层,即发生以下反应:Mg+2H2O═X+H2↑

  根据上述信息回答下列问题:

  (1)该饭盒底部“即热”的原理是将化学能转化为 能;

  (2)已知X是一种碱,请写出X的化学式 ,你推断X的化学式的依据是

  考点:有关化学式的计算和推断;物质发生化学变化时的能量变化;质量守恒定律及其应用.

  专题:化学式推断十字法.

  分析:(1)根据一层存放水,另一层存放镁和铁的混合物.使用时打开隔离层,则发生化学反应来分析能量的变化;

  (2)利用质量守恒定律及化学反应方程式来推断X的化学式.

  解析:(1)因使用时打开隔离层,发生金属镁与水的化学反应,该反应放出热量,将化学能转化为热能(或内能),故答案为:热(或内);

  (2)由反应为Mg+2H2O═X+H2↑,根据质量守恒定律可知, 反应前后的元素种类和原子的种类和个数不变,反应前有1个镁原子、4个氢原子、2个氧原子,则反应后共有1个镁原子、4个氢原子、2个氧原子,反应后已经有2个氢原子,则X中含有1个镁原子、2个氢原子、2个氧原子,且X是一种碱,则化学式为Mg(OH)2,故答案为:Mg(OH)2;质量守恒定律.

  点评:本题以生活中的化学知识为信息来考查能量的转化及物质化学式的推断,学生应明确能量守恒及质量守恒定律在解题中的应用.

  来源:简单化学网

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