在日常生活中，人們煮飯、洗澡、取暖、行車(chē)等等，總脫離不開(kāi)化學(xué)反應(yīng)提供的熱量。隨著生活水平的提高，人們有越來(lái)越多的地方需要特殊的熱源，如：醫(yī)療上的熱敷，外出時(shí)飯菜的加熱，天冷時(shí)暖手、暖腳……但是如果這些熱源來(lái)自于電能，有一定的局限性和危險(xiǎn)性。當(dāng)你處于空氣稀薄的高原或在人跡罕至的地方，如何取得理想的熱源呢？
聰明的人類(lèi)把眼光轉(zhuǎn)向一些特殊的化學(xué)發(fā)熱材料。這些化學(xué)發(fā)熱材料，具有不受地區(qū)條件限制，效率高，體形細(xì)小方便攜帶，材料價(jià)廉易得，可循環(huán)再用，對(duì)環(huán)境破壞與污染程度較輕微等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)論在高山或是人跡罕至的地方，都能方便地使用，得心應(yīng)手。
一、幾種主要化學(xué)發(fā)熱劑的反應(yīng)原理
1.生石灰與水反應(yīng)放熱
反應(yīng)原理：CaO+H2O=Ca(OH)2+heat
放熱情況：塊狀生石灰與水發(fā)生劇烈反應(yīng)，放出大量的熱，溫度最高可達(dá) 120℃，可持續(xù)3分鐘。1kg CaO與水混合產(chǎn)生的熱量可煮開(kāi)2個(gè)暖水瓶的水。
2.熱冰
反應(yīng)原理：CH3COONa·3H2O(s)+heat H2O CH3COO-(aq)+Na+(aq)+3H2O(aq)，由方程式可反推出，醋酸鈉溶液結(jié)晶時(shí)會(huì)放出大量的熱，結(jié)晶的樣子就像水結(jié)冰似的，而且用手摸時(shí)會(huì)有熱的感覺(jué)，故稱(chēng)其為“熱冰”。
放熱情況：升溫快速，熱量較低，一般為50℃左右，持續(xù)時(shí)間較短，加熱后，會(huì)重新變成溶液，可重復(fù)利用。
3.鐵粉氧化發(fā)熱
反應(yīng)原理：鐵粉與水、氧氣等物質(zhì)發(fā)生緩慢氧化反應(yīng)，放出熱量。
放熱情況：可持續(xù)發(fā)熱12小時(shí)~24小時(shí)，溫度保持在50℃~60℃左右，并可通過(guò)控制藥品與空氣的接觸的量來(lái)控制溫度。
二、實(shí)驗(yàn)部分
1.實(shí)驗(yàn)一
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄緾aO加熱飲用水的情況，從而推測(cè)CaO加熱食物的情況。
實(shí)驗(yàn)操作：取100g CaO與水混合，再把盛有100mL水的鐵飯盒迅速放在混合物上，用溫度計(jì)插入水中，觀察現(xiàn)象。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：100g CaO與水混合后很快體積膨脹，發(fā)出“咝咝”的響聲，產(chǎn)生大量的水蒸氣，溫度可升至95℃。不到一分鐘，插入水中的溫度計(jì)示數(shù)就上升到62攝氏度，符合人體需要的飲食溫度。
實(shí)驗(yàn)分析：CaO放熱速度快，可迅速加熱食物和水，而且不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，使用安全，適合于加熱熟食，但加熱300mL的食物需250g~300g的生石灰，而生石灰生熱時(shí)體積膨脹，所以用于加熱食物用的飯盒的體積必然較大，攜帶起來(lái)較不方便。
2.實(shí)驗(yàn)二
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄看姿徕c溶液結(jié)晶放熱情況，從而推測(cè)其應(yīng)用范圍。
實(shí)驗(yàn)操作：取一250mL錐形瓶，裝50mL的蒸餾水，加入醋酸鈉使其溶于水中，直到無(wú)法溶解為止。
在錐形瓶?jī)?nèi)再多加一倍量的醋酸鈉，然后放到酒精燈上加熱使其完全溶解，造成過(guò)飽和溶液。
將溶解完的醋酸鈉溶液，用少許的蒸餾水清洗錐形瓶的內(nèi)壁之醋酸鈉，再放到室溫下，使其慢慢地冷卻，若無(wú)其他因素，應(yīng)可成過(guò)飽和的溶液。
在做好的過(guò)飽和醋酸鈉溶液中，加入一些醋酸鈉晶體，會(huì)使溶液迅速地結(jié)晶，并會(huì)放出大量的熱量。
實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象：醋酸鈉溶液結(jié)晶放熱溫度達(dá)到52℃，時(shí)間持續(xù)了35分鐘，加熱醋酸鈉晶體后，又變回成液體。
實(shí)驗(yàn)分析：CH3COONa·3H2O(s) + heat H2O CH3COO-(aq)+Na+(aq)+3H2O(aq)，由反應(yīng)方程式可知，過(guò)飽和溶液中含有醋酸根離子、鈉離子和水分子，當(dāng)加入醋酸鈉晶體時(shí)，便給予溶液一種趨力，使其結(jié)晶。要使過(guò)飽和的醋酸鈉溶液結(jié)晶有三個(gè)條件：動(dòng)能、機(jī)率、方位。而加入醋酸鈉晶體，是提供其結(jié)晶時(shí)所需的概率和方向的條件。由反應(yīng)方程式可知，當(dāng)溶液中的粒子結(jié)晶時(shí)，即反應(yīng)向左進(jìn)行，會(huì)放出熱，這就是為什么錐形瓶摸起來(lái)會(huì)熱的原因。
市場(chǎng)上，裝有醋酸鈉溶液的暖手袋，袋中就有一個(gè)彈簧。壓縮彈簧，產(chǎn)生動(dòng)能，令醋酸鈉結(jié)晶而放出熱量。
3.實(shí)驗(yàn)三
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄渴袌?chǎng)上出售的熱敷袋成分及其構(gòu)造。
實(shí)驗(yàn)操作：剪開(kāi)熱敷袋，觀察到里面的發(fā)熱材料的顏色，并用磁鐵靠近，觀察現(xiàn)象，接著仔細(xì)研究熱敷袋的構(gòu)造及材料，把一片“天地通遠(yuǎn)紅外納米貼”，用手振蕩發(fā)熱后貼在腰部，用溫度計(jì)測(cè)量，并記錄發(fā)熱時(shí)間。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：粉末呈黑黃色，用磁鐵靠近，可被吸住，證明其成分是還原鐵粉、硅藻土、多孔質(zhì)焦炭（煤）粉和食鹽水等，熱敷袋的包裝分內(nèi)外兩層，內(nèi)層為透氣層，并用針扎出了許多氣孔，外層為密封包裝層，使用前，內(nèi)層不與空氣接觸。打開(kāi)包裝后，內(nèi)層中的藥品與空氣接觸，用手振蕩熱敷袋，開(kāi)始發(fā)熱?？沙掷m(xù)發(fā)熱12小時(shí)，溫度保持在50℃以上，并可通過(guò)控制藥品與空氣的接觸的量來(lái)控制溫度，如果感覺(jué)太熱，可在熱敷袋外貼上控溫貼，這種普通的塑料貼紙可堵住氣孔，使熱敷袋溫度下降。貯存使用安全。
實(shí)驗(yàn)分析：天地通遠(yuǎn)紅外納米貼內(nèi)的熱敷袋是利用了鐵粉氧化發(fā)熱的原理，因此可通過(guò)控制藥品與空氣的接觸的量來(lái)控制溫度，在熱敷袋外貼上控溫貼就是減少鐵粉與氧氣的接觸。硅藻土是高吸水性物質(zhì)，可令貯存中無(wú)氫氣發(fā)生，使用中，即使將發(fā)生氧化作用之水分全部吸收，也不會(huì)成為漿狀。只要外層不透氣性袋不打開(kāi)，氧化發(fā)熱劑就不會(huì)氧化，可以長(zhǎng)期貯存。
三、三種主要的發(fā)熱劑對(duì)比
生石灰
醋酸鈉溶液
鐵粉等
溫度（100g材料）
可達(dá)到100℃左右，升溫快速，熱量大，易灼傷皮膚
50℃左右，升溫快速，熱量較低
50℃左右，升溫快速，熱量較低
持續(xù)時(shí)間
3min后溫度有所下降，總體保溫40min左右
35min左右
12h~20h
價(jià)格
1kg 0.38元
1kg晶體50元
1包約100g左右，成本只需0.15元
能否循環(huán)使用
不能
能
不能
是否方便攜帶
發(fā)熱會(huì)膨脹，體積較大，不太方便
較方便
方便
使用方法是否簡(jiǎn)單
簡(jiǎn)單
較麻煩
方便
主要用途
加熱食品、水；取暖等
醫(yī)學(xué)熱敷；取暖等
醫(yī)學(xué)熱敷；取暖等
四、化學(xué)發(fā)熱材料的應(yīng)用
1.在軍事上的應(yīng)用
早在幾十年前，中蘇對(duì)立的年代，抓到一個(gè)不明身份的士兵，只需看他所穿的鞋是否具備發(fā)熱功能便可判知是否敵方或者奸細(xì)?？梢?jiàn)科技在軍事上的運(yùn)用往往是最早的。
現(xiàn)今在國(guó)內(nèi)，傘兵的生活也因?yàn)榛瘜W(xué)發(fā)熱材料有所提高。以前，傘兵主食只有壓縮餅干一個(gè)品種，沒(méi)有加熱裝置，官兵們降落到寒區(qū)后，由于沒(méi)有燃料，只能干嚼餅干，吃冰冷的午餐肉罐頭。為了讓官兵在各種特殊環(huán)境下都吃上熱飯菜，化學(xué)家確定了一種新型化學(xué)材料，并依此研制出一種袋裝加熱裝置，只需往加熱袋中注入少量水，袋中內(nèi)置的特殊材料便瞬間發(fā)熱，將食品放在其上即可加熱食用。即使在-40℃的高寒地區(qū)，士兵仍可在短時(shí)間內(nèi)吃到溫?zé)峥煽诘娘埐恕Ｆ贩N多樣，口味適中，能加熱食用是新一代傘兵口糧的最大特點(diǎn)。
在冰天雪地中，士兵們的衣、鞋都可配有發(fā)熱材料，先進(jìn)的裝備可以提高戰(zhàn)斗力，而這些技術(shù)也已經(jīng)在民用上推廣開(kāi)來(lái)了。
2.在醫(yī)療保健上的應(yīng)用
治療跌打損傷、關(guān)節(jié)腫痛時(shí)，常常需要熱敷，但用普通暖水袋體積太大，使用很不方便。而且溫度難以控制。若用電熱設(shè)備，與人體長(zhǎng)期接觸，則既不安全又不方便。針對(duì)這種情況，一些醫(yī)術(shù)人員利用了化學(xué)的發(fā)熱反應(yīng)，制成一種帶有藥物層的熱敷袋，它是利用鐵粉氧化反應(yīng)放熱原理制成。使用簡(jiǎn)單，發(fā)熱快。使用只需將不透氣性外袋取下，進(jìn)行振蕩即可發(fā)熱。在適宜的溫度下發(fā)熱時(shí)間長(zhǎng)，在平均發(fā)熱溫度50℃左右條件下可持續(xù)發(fā)熱12小時(shí)~20小時(shí)。
3.在日常生活中的應(yīng)用
（1）保暖
一些商店出售的“暖手蛋”，就是用醋酸鈉溶液結(jié)晶時(shí)發(fā)熱制成的。如圖所示，把袋內(nèi)的金屬片彎曲，溶液馬上結(jié)晶并放出熱量，溫度達(dá)50℃左右，放在衣服口袋里，可以暖手1小時(shí)左右，在寒冷的冬天里，帶三四個(gè)“暖手蛋”外出，可以防止雙手凍傷，這些“暖手蛋”結(jié)晶后，可放入熱水中煮5分鐘~10分鐘，即可變回液體，重復(fù)使用。
北方發(fā)明了一種防寒鞋。它在鞋的前鞋膛內(nèi)設(shè)有生熱腔，在生熱腔內(nèi)裝有生熱袋，在鞋后跟部有進(jìn)氣孔，進(jìn)氣孔內(nèi)側(cè)有活塞、氣腔、氣囊。隨穿著者的腳起腳落，使空氣進(jìn)入鞋腔內(nèi)使生熱袋發(fā)熱，溫度基本控制在25℃~38℃之間，累積可持續(xù)85小時(shí)~100小時(shí)。使用過(guò)后，可隨時(shí)將鞋內(nèi)的生熱袋取出，更換新的生熱袋，即可繼續(xù)使用。如果需要更高一點(diǎn)溫度，可在后熱袋上用縫紉針扎若干個(gè)小孔便可達(dá)到目的。
還有一種自發(fā)熱耳包，包括耳包梁和左右兩側(cè)裝有貼耳墊的耳包殼體，其特點(diǎn)是殼體外側(cè)裝有氣窗孔的氣窗門(mén)，殼體對(duì)應(yīng)地開(kāi)有氣孔，通過(guò)開(kāi)合推拉鋼絲控制氣窗門(mén)使兩氣孔開(kāi)關(guān)從而調(diào)節(jié)空氣量，殼體向耳側(cè)方向依次裝有襯里、自發(fā)熱袋、貼耳墊和遠(yuǎn)紅外線布?jí)|，并由卡簧和壓圈固定。這種耳貼具有可連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間提供熱量的優(yōu)點(diǎn)，適用于寒冷地區(qū)從事室外作業(yè)及冰上雪上體育活動(dòng)。
防寒鞋和發(fā)熱耳包是利用了鐵粉發(fā)生緩慢氧化反應(yīng)放出熱量的原理制成的。
（2）食品加熱
近來(lái)，一種帶自熱自冷裝置的新型金屬易拉罐誕生了。當(dāng)開(kāi)動(dòng)啟用開(kāi)關(guān)，即發(fā)熱（制冷）加熱（冷卻）容器中食品。同時(shí)，食品容器密封腔產(chǎn)生膨脹壓力，腔內(nèi)氣腔排氣減壓，數(shù)分鐘后，即可享受熱食品（冷飲品）。不論何時(shí)何地，不論氣候條件如何，哪怕冰天雪地、長(zhǎng)途旅游均可按需要任選食用。這是利用了生石灰與水反應(yīng)放熱的原理。
在冬天外出工作、上學(xué)，從家里自帶午飯，裝在利用這個(gè)原理制成的飯盒中，每次使用只需更換發(fā)熱劑，即可隨時(shí)享用熱騰騰的飯菜了。
（3）不用電的電器
現(xiàn)在，有種不用電的熨斗，熨斗內(nèi)裝有生石灰，灌水30秒后，熨斗溫度可達(dá)100℃左右，可使用10分鐘，更換發(fā)熱體后可再次使用。
五、前景展望
現(xiàn)在市面上的各種發(fā)熱材料，有的使用起來(lái)并不環(huán)保。如CaO的制取需高溫煅燒石灰石，在此過(guò)程中需消耗掉大量的煤，不僅會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，污染空氣，還會(huì)生成大量的CO2，令地球的溫室效應(yīng)進(jìn)一步惡化。如果可利用太陽(yáng)能把石灰石分解CaCO3太陽(yáng)能CaO+CO2↑，把CO2制成干冰，而且把CaO用作發(fā)熱材料，實(shí)現(xiàn)環(huán)保制造CaO以及對(duì)盛放CaO的用具進(jìn)行合理設(shè)計(jì)后，CaO可更大量普遍地應(yīng)用在平民百姓的生活中，而不會(huì)污染環(huán)境。
“暖手蛋”中的醋酸鈉溶液結(jié)晶時(shí)發(fā)熱后，35分鐘后就變冷，回家后要煮熱，下次才可用。使用起來(lái)不太方便，而且使用燃料不利于環(huán)保，如果把“暖手蛋”的外包裝改成空氣夾層，就可延長(zhǎng)發(fā)熱時(shí)間，再利用太陽(yáng)能熱水浸泡“暖手蛋”令其變回液體，以便重復(fù)使用。那就實(shí)現(xiàn)了把太陽(yáng)能以熱能的形態(tài)儲(chǔ)存起來(lái)，什么時(shí)候想用都行，而且每次帶上四五個(gè)在身邊，非常實(shí)用。
目前，市場(chǎng)上的一些醫(yī)療用的一次性熱敷袋的價(jià)格是每個(gè)20元左右，對(duì)于普通百姓而言較為昂貴，未能在生活中普遍使用，發(fā)熱耳包和防寒鞋，也未能普及。所以對(duì)各種熱敷、暖水袋的制作技術(shù)與配方需進(jìn)一步研究及降低成本，使其真正做到用之于民。
另外，我們大膽地設(shè)想，在手套、衣服、圍巾、鞋墊、被褥、坐墊、玩具甚至汽車(chē)座椅上使用化學(xué)發(fā)熱材料，外出時(shí)可以隨時(shí)隨地用化學(xué)發(fā)熱材料給病人熱藥，給嬰兒熱奶，冬天運(yùn)輸熱帶魚(yú)時(shí)用于保持水溫，防止汽車(chē)水箱結(jié)冰……相信不久的將來(lái)，化學(xué)發(fā)熱材料會(huì)更大量更普遍地出現(xiàn)在人們的生活中，也許只需摁一個(gè)按鈕，就給你的生活帶來(lái)一份溫暖、一份呵護(hù)。
（作者學(xué)校：花都區(qū)鄺維煜中學(xué) 指導(dǎo)老師：陳雪薇）
點(diǎn)評(píng)：
早期應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的化學(xué)發(fā)熱材料已逐漸滲透到醫(yī)療保健和人們的日常生活之中。花都區(qū)鄺維煜紀(jì)念中學(xué)課題小組的同學(xué)通過(guò)對(duì)幾種常用化學(xué)發(fā)熱劑反應(yīng)原理的研究以及應(yīng)用介紹，幫助人們?cè)黾恿藢?duì)化學(xué)發(fā)熱材料的認(rèn)識(shí)。
研究小組的同學(xué)在查閱資料過(guò)程中，拓展了自己的知識(shí)面，學(xué)會(huì)了如何收集、整理、分析和利用信息；在探究發(fā)熱劑發(fā)熱原理的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)會(huì)了如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、如何記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，提高了動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的能力；在選取研究?jī)?nèi)容過(guò)程中，學(xué)會(huì)了關(guān)注身邊的化學(xué)現(xiàn)象和化學(xué)問(wèn)題，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到了化學(xué)、社會(huì)與生活之間的密切聯(lián)系，切身感受了化學(xué)對(duì)改善人類(lèi)生活和促進(jìn)社會(huì)發(fā)展所起到的重要作用，激發(fā)了同學(xué)們學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，也增強(qiáng)了學(xué)好化學(xué)的自信心。（孫力克）
來(lái)源:52zhizuo/thread-1598-1-1.html
