2025版新教材高中化学第4章化学反应与电能研究与实践4暖贴的设计与制作课件新人教版选择性必修1

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研究与实践4　暖贴的设计与制作【研究目的】市场上销售的一种暖贴是利用金属的电化学腐蚀原理制作的，它具有发热温和、放热时间长、使用方便和安全等特点。通过收集资料、实验研究和动手制作，了解这种暖贴的发热原理，培养分析和解决实际问题的能力。【阅读材料】材料一　主要成分：铁粉、水、活性炭、蛭石、吸水性树脂、食盐等。使用方法：将暖贴的真空包装沿切入口打开，揭去后面的衬纸，贴于内衣的外侧，用手铺平即可。可贴于人体的肩部、腹部、背部、腰部、胃部及相关关节部位。材料二　使用后的暖贴，打开后有红褐色粉末。【实验仪器】真空包装机【实验药品】铁粉、活性炭粉、水、食盐、蛭石、吸水性树脂、无纺布、塑料袋、双面胶【实验步骤】(1)将铁粉、活性炭粉、水、食盐、蛭石(保温作用)倒入烧杯搅拌；(2)加入吸水性树脂，使混合物呈糊状；(3)将混合物装入无纺布袋，其中一面贴上双面胶；(4)最后放入塑料袋，真空包装。【思考与讨论】1．为什么暖贴在用之前和用之后的固体状态不一样呢？答案：用之前内有NaCl溶液，各物质未反应，故为糊状物；用之后都转化为固体，故相对较硬。使用后为黑褐色固体，其中含炭粉、NaCl固体、Fe2O3固体以及含镁铝的盐类。2．为什么暖贴要使用双层包装？答案：外层是一个常规不透气的外袋，用来隔绝空气，使用时需要有氧气参与，内层采用微孔透气膜制作的无纺布袋，方便反应及保持清洁。3．为什么暖贴能发热，而且能保持如此之长的时间？答案：暖贴的反应原理为利用原电池加快氧化反应速率，将化学能转变为热能。为了使温度能够持续更长，使用了矿物材料蛭石来保温。4．暖贴中的化学反应原理是什么？(写出相应方程式)答案：Fe和活性炭为原电池的两极，NaCl溶液为电解质加快金属的腐蚀，放出热量。负极：Fe－2e－===Fe2＋正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－总反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3↓2Fe(OH)3===Fe2O3＋3H2O跟|踪|训|练1.暖贴的主要成分有铁粉、水、食盐、活性炭、吸水性树脂等，下列说法错误的是(　　)A．暖贴工作时发生了吸氧腐蚀B．食盐是电解质，铁粉作负极材料C．正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．暖贴使用后铁粉最终转化为Fe(OH)2D解析：由于氯化钠溶液呈中性，故暖贴工作时发生了吸氧腐蚀，A正确；在形成的原电池中，食盐是电解质，铁粉作负极材料，电极反应为2Fe－4e－===2Fe2＋， B正确；正极反应式O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；总反应为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，但Fe(OH)2不稳定，最终与氧气、水反应生成Fe(OH)3，然后氢氧化铁受热分解为Fe2O3，D错误。故选D。2．某同学研读如下一次性保暖贴说明书，并分析暖贴工作原理。品名：一次性保暖贴主要成分：铁粉、水、食盐、活性炭、蛭石、吸水性树脂产品性能：平均温度55℃，最高温度63℃，发热时间12小时以上(1)暖贴工作时，铁粉发生的反应为__________(填“氧化反应”或“还原反应”)。(2)写出使用暖贴时的注意事项：__________________________________________________________________________________________。氧化反应使用前需密封保存防止失效，使用过程中由于产生高温现象，故不能紧贴皮肤张贴暖宝，防止灼伤皮肤(3)暖贴发热时，正极材料为________；食盐的作用为________________________。(4)当暖贴放热结束时，铁粉转化成的物质中可能含有_____________________________。活性炭电解质溶液，增强导电性Fe(OH)2、Fe(OH)3、Fe2O3解析：根据保暖贴的成分可知，铁粉和活性炭在氯化钠溶液中形成原电池，铁作负极，碳作正极，铁发生吸氧腐蚀，铁电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，碳极的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，总反应为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，铁发生吸氧腐蚀放出热量，据此分析解题：(1)由分析可知，暖贴工作时，铁粉发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，属于氧化反应。(2)由分析可知，使用暖贴时的注意事项为：使用前需密封保存防止失效，使用过程中由于产生高温现象，故不能紧贴皮肤张贴暖宝，防止灼伤皮肤。(3)由分析可知，暖贴发热时，正极材料为活性炭，食盐的作用为电解质溶液，增强导电性。(4)由分析可知，暖贴工作原理的总反应为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，且Fe(OH)2具有还原性，很容易被空气中的O2氧化，反应的化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)3受热易分解为Fe2O3，故当暖贴放热结束时，铁粉转化成的物质中可能含有Fe(OH)2、Fe(OH)3、Fe2O3。3．化学与生活密切相关，“暖宝宝”贴是一种便捷取暖用品。是利用铁(①)的氧化反应放热来发热。实际上是根据铁在潮湿空气(②)中发生吸氧腐蚀的原理。同时利用活性炭的强吸附性，在活性炭的疏松结构中储有水(③)蒸气，水蒸气液化成水滴，流出与空气和铁粉接触，在氯化钠(④)的催化作用下较为迅速的发生反应生成氢氧化铁(⑤)，放出热量，生成的氢氧化铁会缓慢分解生成氧化铁(⑥)。其总反应：4Fe＋3O2＋6H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3＋3H2O。(1)上述短文标有序号的物质中进行分类：属于混合物的是____(填序号，下同)，属于单质的是____，属于氧化物的是______，属于碱的是____，属于盐的是____。(2)在反应4Fe＋3O2＋6H2O===4Fe(OH)3中，作为还原剂的物质是____________。若反应中消耗了3 mol O2，则生成Fe(OH)3的物质的量为____ mol。②①③⑥⑤④铁(Fe)4解析：(1)题中各物质，属于混合物的是空气；属于单质的是铁；属于氧化物的是水和氧化铁；属于碱的是氢氧化铁；属于盐的是氯化钠。(2)该反应中，Fe化合价由0升为＋3价，被氧化，本身作还原剂；根据O2与Fe(OH)3的数量关系34可知，若反应中消耗了3 mol O2，则生成Fe(OH)3的物质的量为4 mol。