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【生活化学】留学生吃自热火锅引消防警报,消防员懵了。危老师来解析其中的化学原理

 金笑书屋 2020-02-28

“自热火锅”又叫“自煮火锅”、“懒人火锅”,在巴蜀地区非常受欢迎,据说“自热火锅”销售的月流水已过百万,可谓是科技改变生活!但是其中也存在一定的安全隐患,比如爆炸,烫伤,使玻璃破碎,还能引起消防警报。下面危老师收集了相关资料,探究一下这种“自热火锅”的发热原理,并且为何引起消防警报的。

先来看看最近在美国发生的一个热门事件:

号称美食吃货届神奇发明之一的“自热式方便火锅”这两天在美国惹了个小麻烦,不但引起一所寄宿学校全校撤离,还吸引了很多美国媒体来仔细研究它。

它与传统火锅的区别就是:不用火,不插电,只需要一瓶冷水,神奇就神奇在里面自带一个发热包遇到水后在3-5秒钟内即刻升温。

图片来源:美国中文网

罗德州寄宿学校的留学生收到父母从中国邮寄的自热火锅后,就迫不及待地打开吃了。晚上5点48分学校突然一氧化碳警报器触发,全校师生迅速撤离,当地消防队员立即赶到。虽然全校师生已经从大楼中撤离,消防员也锁定了报警的宿舍,但是消防员还是无法判断到底是什么引起的一氧化碳超标,因为宿舍内没有天然气或燃木元素。

该名中国留学生说道,家人刚从中国寄来了牛肉“自热火锅”晚餐,包括一个自助加热的小包,事发时他正在做这顿晚餐。经证实,在“自热火锅”附近,一氧化碳表检测到的气体含量极高,正常值80,而当时测试值高达150。

事情发生后,连消防员也一脸无奈。消防员说自己头一次见到这小东西的“威力”,而论坛上关于这个话题引起了广泛讨论。最终,消防局只能不断发推特,让美国网友们也见识下!

图片来源:美国中文网

据了解,加热包主要成分是焙烧硅藻土、铁粉、铝粉、焦炭粉、活性炭、盐、生石灰、碳酸钠等。发热原理其实很简单,石灰发热包当中的氧化钙 (又称生石灰,Calcium oxide)遇水就会放热的化学反应,转化成氢氧化钙(又称熟石灰,Calcium Hydroxide),释放热能并产生水蒸气,从而煮熟食物。无火火锅盒盖设有的小气孔,是用来排走盒内的水蒸气。

加热时,方便火锅的底部最高温度可达96℃,而普通玻璃是热的不良导体,玻璃越厚,当一侧接触高温的时候,受力不均匀更易造成玻璃破裂。如果自热包破损,可能会喷出高温液体。如果通气孔堵塞,盒子甚至会炸开。

自热火锅是新鲜产品,华人购买后一定要仔细阅读书明说明书来使用发热包。在食用自热食品之前,要检查加热包是否有破损,如果包装袋有破损,就会导致大量的水与生石灰发生剧烈的反应,进而膨胀,并可能发生爆炸。这些高热的物质如果溅到人的身上,会引起灼伤和烧伤。

同时还要对饭盒上面的出气孔进行仔细的检查,一定要让它处于打开的状态,而不能像泡方便面一样,习惯性地在上面压一个重物,否则在密闭的空间,生石灰和水发生反应,确实会引发爆炸。

如果家里用的是玻璃餐桌,最好在“自热食品”下面加隔热垫,免得玻璃炸裂。加热水虽然不是有毒物质,但是我们不建议饮用,因为它不符合饮用水标准,使用完后要谨慎处理,防止误喝。

“自热食品”属于航空危险品,华人回美时候要特别注意,不能携带或托运此类食品!(来源:美国中文网等)

上面只说到了自热火锅的发热原理,这个只要学过初中化学的同学都知道生石灰加水就能产生大量热,所以生石灰的用处就很多了,例如可以做成自热饭盒,在野外就餐也不用生火。那为何自热火锅会引起一氧化碳警报器响呢?

我们来看自热火锅发热包的主要成分是:碳酸钠、焙烧硅藻土、铁粉、铝粉、焦炭粉、活性炭、盐,生石灰。下面看看各个成分的作用:

生石灰:

生石灰(CaO),与水反应生成熟石灰Ca(OH)2 ,氧化钙与水反应会放出大量的热,使水沸腾,所以能加热火锅。反应的化学方程式:CaO+H2O=Ca(OH)2

碳酸钠:

碳酸钠可以和熟石灰反应生成碳酸钙沉淀。反应的化学方程式:Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH 。

硅藻土

SiO2·nH2O,由于它孔隙大,常用作吸附材料(也常用来当干燥剂吸水)。在发热包中起到一个缓冲反应速率的作用。吸收大部分的水,保持反应速率。

铁粉、铝粉、焦炭粉、活性炭、盐

组成原电池。这个就和暖宝宝里面是差不多的道理了。(暖宝宝中是铁粉作为负极,石墨粉作为正极吸附氧气,所以正极发生还原反应的是氧气)

铝粉作为原电池负极,铁粉和焦炭粉作为正极,活性炭同样是吸附作用,盐与上述反应生成的NaOH充当电解液。

负极反应:

正极反应:

设计原电池就是为了缓和氧化钙和水的剧烈反应,使反应速率可控,硅藻土等吸附剂的加入也是为了缓和反应的,这些都是发热包安全性的保障。(参考资料:知乎https://www.zhihu.com/question/54416088)

所以火锅发热的同时,也产生氢气。产生的氢气是造成一氧化碳报警器报警的原因。如果是一般的烟雾消防报警器或者火灾报警器是不会触发的。而一氧化碳报警器是检验一氧化碳等可燃或有毒气体泄露的,原理是利用一氧化碳的还原性,用电化学的方法来检测一氧化碳的含量,因此,氢气、酒精、甲醛、烷烃类等都可能会引起警报。

一氧化碳报警器适用于燃气、石油、化工、消防、冶金、宾馆、矿井等可燃气体使用和有毒气体存在的场所,在国内学校是很少用到的,而国外可能安全措施做得比较全面,因此宿舍里也会装有。

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