教学素材：蒸汽眼罩缓解眼疲劳

【教学素材】 蒸汽眼罩是什么？ 湖北省石首市文峰中学 刘涛（正高级教师） 【知识链接】蒸汽眼罩是采用自发热控温技术，通过蒸汽眼罩内部的发热体与空气中的氧气接触后反应发热，释放出的细微温润的水蒸汽。蒸汽眼罩是应眼部护理市场需求而研发出来的一类通用名称的产品，因其可自发形成热量、产生蒸汽而得名。蒸汽眼罩能通过温热的蒸汽热敷，达到缓解眼疲劳、呵护眼部肌肤、保护视力、帮助睡眠等多种效果。 一、蒸汽眼罩的工作原理：蒸汽眼罩内通常含有铁粉、活性炭、盐、水等成分。 （1）蒸汽眼罩的外部反应原理：透过高级医用无纺布均匀释放出蒸汽，利用蒸汽进眼部血液微循环，放松紧张的眼部肌肉，消解眼部的疲劳与不适。 （2）蒸汽眼罩的内部反应原理：利用原电池反应来加快氧化反应速度，将化学能转变为热能，然后利用产生的热使内部材料中的水份稳定蒸发，从而达到利用蒸汽的热度和湿度来达到缓解眼部疲劳，促进眼部血液循环，明目醒神等功效。 二、蒸汽眼罩使用注意事项：  （1）蒸汽眼罩的热敷时间应根据自身使用体验进行选择，不要让眼罩温度过高，避免烫伤。切记，不要戴隐形眼镜来敷蒸汽眼罩！ （2）选择合格的蒸汽眼罩，使用时间不宜过长，一般建议不超过30分钟。 （3）眼部患有疾病或者眼周围有损伤、肿胀、湿疹等异常情况者，不适合使用。如果有眼部不适，建议及时就诊，由专业医生进行评估和治疗。 治疗。 同步训练设计 1．蒸汽眼罩可以舒缓眼部疲劳，其填充物的主要成分是：铁粉、食盐和活性炭等。 （1）全国资源的利用：蒸汽眼罩使用时发热是因为铁粉生锈，其原理是铁粉与空气中的水和______反应： （2）金属资源的保护：蒸汽眼罩使用前需要______保存，防止铁粉生锈； （3）结合上述问题，谈谈你对铁生锈利或弊的认识___________。 1 2．蒸汽眼罩是常见的缓解眼睛疲劳的产品，使用原理是其中的发热剂（含有铁粉、氯化钠、活性炭和吸水树脂等）能释放热量，产生水蒸气。取发热剂进行如下探究。 （1）向发热剂中加入适量硫酸铜溶液，观察到有红色固体出现，说明发热剂含有____，发生反应基本反应类型为________。 （2）发热剂发热的原理是铁粉与________反应生成铁锈放热，铁生锈是缓慢氧化放热不明显，而蒸汽眼罩打开即迅速升温，这与发热剂中含有的氯化钠、活性炭有关，其中活性炭具有________性。 （3）取足量发热剂测定空气中氧气的含量，装置如图，气密性良好。广口瓶容积为150mL，量筒内水的体积为50mL。一段时间后，打开弹簧夹，进入瓶内的水的体积最多为______mL。 （4）影响蒸汽眼罩使用效果的因素很多，请列举一条：________________________。 3．蒸汽眼罩主要由无纺布眼罩和发热剂构成。发热剂主要由活性炭、铁粉和氯化钠混合而成。为测定该发热剂中铁的质量分数，小组同学设计了下图所示的实验： （1）发热剂中的活性炭具有吸附性，这与其具有        的结构有关。 （2）为证明发热剂中含有铁粉，可采用的一种物理方法是             。 （3）计算该发热剂中铁的质量分数（写出计算过程）。 （4）若上述实验中使用的样品已部分变质，其他实验操作相同，则会导致测得的该发热剂中铁的质量分数            （填“偏大”“偏小”或“不变”）。 4．化学视角认识蒸汽眼罩 蒸汽眼罩逐渐走进日常生活，它借助铁生锈产生热量，使材料内部的水分稳定蒸发，利用产生的热度和湿度缓解眼部疲劳。 【实验探究】 （1）探究一：检验蒸汽眼罩内部材料中有铁粉（用化学方法） 选用试剂 预计观察到的实验现象 涉及的化学方程式 （2）探究二：动蒸汽眼罩快速发热的原因 铁生锈，是铁与_______________共同作用的结果，但放热缓慢。哪些因素能加快反应，使蒸汽眼罩快速发热？某小组同学采用对照实验展开探究，设计实验方案如下： （查阅资料：蒸汽眼罩内部材料有铁粉、活性炭、氯化钠、水等。） 药品 方案一 4g铁粉、2mL水 方案二 4g铁粉、2mL水、2g氯化钠 方案三 4g铁粉、2mL水、2g活性炭 方案四 4g铁粉、2mL水、2g活性炭、2g氯化钠 下列方案之间能否形成对照？若能，请指出变量；若不能，请说明理由。 方案二与方案四____________________________________________________ 方案一与方案四_________________________________________ 使用温度传感器收集数据并生成图像如图： 对比分析图像，你获得的结论是________________________； （3）探究三：测量蒸汽眼罩内部材料中铁的质量分数 温馨提示：①实验仪器和药品自选。②实验中的数据可分别用m1、m2、m3等来表示。 你的实验方案_________________。处理数据，计算蒸汽眼罩内部材料中铁的质量分数。 【反思评价】 ①除上述探究中的因素外，影响铁生锈速率的因素还有______________（写一点即可）。 ②如何保存蒸汽眼罩_________________。 ③结合上述探究谈谈你对铁生锈的辩证认识__________________。 5．蒸汽眼罩是我们日常生活中常见的缓解眼睛疲劳的产品，简单实用。某化学兴趣小组的同学对蒸汽眼罩开展了以下研究。 【查阅资料】（1）蒸汽眼罩由无纺布眼罩和发热体构成。发热体内含有铁粉、活性炭、氯化钠、蛭石（保温作用，可以减缓热量散失）、高吸水树脂（良好保水性能，为眼罩提供水蒸气）等。 （2）铁粉、四氧化三铁均能被磁铁吸引。 任务一： 验证蒸汽眼罩发热体内含有铁粉和氯化钠 Ⅰ．甲同学用磁铁吸引了部分发热体内固体粉末，放入试管中，滴加硫酸铜溶液，观察到有红色固体析出，证明发热体内含有铁粉。该反应的化学方程式为 ①　 。 Ⅱ．乙同学另取少量发热体内固体粉末于烧杯中，加入足量水，用玻璃棒搅拌，玻璃棒的作用是　 ② 　。静置后，取上层清液于试管中，加入 ③　 　溶液，产生白色沉淀，证明发热体内含有氯化钠。写出该反应的化学方程式　 ④ 　。 任务二：探究蒸汽眼罩的发热原理 根据“使用方法—打开蒸汽眼罩包装，接触空气即开始发热”，小组同学进行了以下实验：取20g发热体内固体粉末放入密闭容器中，通过数字传感器分别测得氧气和二氧化碳含量变化如图。据图回答：发热体内的物质和空气中的　 ⑤ 　发生了反应，理由 ⑥　。 实验后，同学们观察到部分黑色固体变为红棕色，分析蒸汽眼罩的热量来源于铁粉生锈。有同学提出疑问，铁生锈是缓慢氧化放热不明显，但是蒸汽眼罩打开后会迅速升温，这是为什么呢？他们又设计了以下实验方案进行验证。 方案 药品 1分钟前后氧气含量变化 1分钟前后温度变化 实验1 4g铁粉、2mL水 20.1%→20.1% 16℃→16℃ 实验2 4g铁粉、2mL水、　 g氯化钠 20.1%→20.1% 16℃→16℃ 实验3 4g铁粉、2mL水、2g活性炭 20.1%→20.1% 16℃→16℃ 实验4 4g铁粉、2mL水、2g氯化钠、2g活性炭 20.1%→15% 16℃→55℃→26℃ 实验2中应取用氯化钠的质量是 ⑦ g。 实验4中温度迅速上升的原因是铁粉与　 ⑧ 　共同作用的结果。 【拓展延伸】工厂在蒸汽眼罩密封装袋时，应确保　 ⑨ 　。 6．蒸汽眼罩对缓解眼疲劳、帮助睡眠等具有很重要的作用。蒸汽眼罩由无纺布透气膜和发热体构成。使用眼罩时，去掉外袋，空气中的氧气通过透气膜进入内部，与发热体发生化学反应，释放出热量。某兴趣小组的同学们针对蒸汽眼罩进行了如下项目化学习之旅。 任务一：了解蒸汽眼罩的发热原理 （1）小组同学通过查阅资料得知，蒸汽眼罩的热量来源于铁粉生锈。铁粉生锈是铁与空气中的 共同作用的结果。 （2）蒸汽眼罩内的粉末在使用后变为红棕色，其主要成分是 （填化学式）。 任务二：探究蒸汽眼罩内黑色固体的成分， 【查阅资料】蒸汽眼罩的发热体内含有一些黑色固体和氯化钠、蛭石（具有保温作用，可以减缓热量散失）、高吸水树脂（具有良好的保水性能，为眼罩提供水蒸气）等。 【作出猜想】发热体中的黑色固体除铁粉外，可能还含有活性炭粉。 【进行实验】（3）小组同学想验证此猜想，设计并进行了如下实验。 实验步骤 实验现象 实验结论 ①取少量黑色粉末，用磁铁靠近粉末 。 发热体中的黑色固体含有铁粉和活性炭粉 ②另取少量黑色粉末加入小烧杯中，向其中加入过量的稀盐酸 。 【反思与交流】 （4）步骤②涉及的反应的化学方程式为 。 （5）眼罩放热的时间和温度是通过透气膜的透氧速率进行控制的，如果透气膜透氧速率太快，可能产生的后果是 。 任务三：自制蒸汽眼罩 【自制过程】取与市售眼罩中等量的铁粉和活性炭粉于无纺布袋中，滴加几滴蒸馏水和浓食盐水，混合均匀制得蒸汽眼罩。 【结果分析】（6）测得自制蒸汽眼罩比市售蒸气眼罩的放热时间短，造成这种差异的原因是 。 【表达交流】为了使蒸汽眼罩的使用效果更加明显，蒸汽眼罩应该保存在 的环境中。 7．化学兴趣小组购买了蒸汽眼罩，并阅读外包装的使用说明书，对其发热原理和使用后固体粉末的成分进行了如下探究。 活动1：蒸汽眼罩发热的原因 【查阅说明书】蒸汽眼罩的主要成分有铁粉、活性炭、氯化钠和水。 【实验探究I】氯化钠、活性炭的作用 同学们用传感器定量检测不同成分配比的反应中温度和氧气的变化，用如图装置进行以下四组实验： 实验一 4g铁粉、2mL水 实验二 4g铁粉、2mL水、2g NaCl 实验三 4g铁粉、2mL水、xg活性炭 实验四 4g铁粉、2mL水、2g NaCl、2g活性炭 （1）实验三中，x的值应为 g。 【得到数据】 【实验结论Ⅰ】（2）蒸汽眼罩发热是由于Fe粉与 （写化学式）发生反应生成铁锈。 （3）活性炭和NaCl可以 （填“加快”或“减慢”）铁反应的速率。 活动2：蒸汽眼罩使用后固体成分的探究 拆开一包使用过的蒸汽眼罩，发现有红棕色粉末，这些粉末中除NaCl外还有什么成分？ 【查阅资料】活性炭不与稀盐酸反应。 【实验探究Ⅱ】 实验步骤 实验现象 ①用磁铁吸引固体粉末 部分黑色粉末被磁铁吸引 ②取少量磁铁吸引后剩余的粉末于试管中，加入足量稀盐酸 部分固体溶解，过滤，滤渣为黑色固体，滤液呈黄色 【实验结论Ⅱ】（4）步骤2中滤液呈黄色所涉及的化学方程式为： 。 （5）由上述实验现象可知使用过的蒸汽眼罩中有NaCl和 （填化学式）。 【反思交流】（6）小组成员认为，可以将使用过的蒸汽眼罩中的含铁物质转变为金属单质回收利用，请用方程式表示其中一种反应原理： 。 8．蒸汽眼罩能够自动发热、产生蒸汽，其原理如图1。同学们对蒸汽眼罩进行了如下探究。                          图1 任务一：探究蒸汽眼罩中的成分 【提出问题1】阅读蒸汽眼罩的说明书（如图2)，发现其中含有铁粉，怎样用实验证明铁粉的存在呢？ 图2 【实验1】取少量蒸汽眼罩中粉末于试管中，加入 ，观察到有无色气泡产生，则证明蒸汽眼罩中含有铁粉。写出该反应的化学方程式 。小组内同学提出可以用更简便的物理方法： ，也能证明蒸汽眼罩中含有铁粉。 任务二：探究蒸汽眼罩的发热原理 【作出猜想】除了蒸汽眼罩中的成分， 应该是发热的必需条件。 猜想依据：产品说明书中的注意事项。 【查阅资料】（1）蛭石起保温作用，可以减缓热量散失；吸水树脂有良好的保水性能，为眼罩提供水蒸气。 （2）使用后，蒸汽眼罩中的部分固体由黑色变为红棕色。 【提出问题2】活性炭和氯化钠的作用是什么呢？ 【实验2】在图3的锥形瓶中分别放入题表中①～④四组物质，用温度传感器分别测量相同时间内的温度变化，传感器测得的相应数据如图4。                     图3 组数 实验药品 ① 15g铁粉、4mL水 ② 15g铁粉、4mL水、5g活性炭 ③ 5g铁粉、4mL水、5g氯化钠 ④ xg铁粉、4mL水、5g氯化钠、5g活性炭                         图4 【解释与结论】（1）④组中x为 。 （2）蒸汽眼罩能迅速升温的原因是 。 【交流反思】 （1）从绿色化学的角度考虑，你对使用后的蒸汽眼罩内固体的处理建议是 。 暖宝宝、热敷剂、脱氧剂等也利用了类似的原理，科学能让生活变得更美好。 参考答案 1．（1）O2；（2）密封（3）好处：铁生锈可以吸收O2和H2O，用作干燥剂或双吸剂； 坏处：浪费金属资源（开放题合理即可）。 2．（1）铁粉；置换反应；（2）氧气和水；吸附；（3）30；（4）包装袋密封性不好。 3．（1）疏松多孔；（2）用磁铁吸引；（3）40%；（4）偏小。 4． 选用试剂 预计观察到的实验现象 涉及的化学方程式 稀硫酸（或稀盐酸） 有气泡产生 Fe＋H2SO4＝FeSO4＋H2↑ 或Fe＋2HCl＝FeCl2＋H2↑ （2）水、氧气；能形成对照，变量是活性炭；不能形成对照，变量不唯一；活性炭和氯化钠共同作用可以使蒸汽眼罩快速发热； （3）①取质量为m1，的蒸汽眼罩内部材料于烧杯1中，称量总质量为m2； ②在烧杯2中加入过量的稀硫酸，称量总质量为m3，将稀硫酸全部倒入烧杯1中； ③待反应完全后称取烧杯1内剩余物、烧杯1及烧杯2的总质量为m4（其它答案合理也可）。 【反思评价】①温度（其它答案合理也可）；②密封保存；③既有利又有弊。利：利用反应产生的能量；弊：造成金属锈蚀，资源浪费。 5．任务一：Ⅰ．Fe＋CuSO4＝FeSO4＋Cu； Ⅱ．加快固体物质的溶解；硝酸银；AgNO3＋NaCl＝AgCl↓＋NaNO3； 任务二：氧气；氧气的含量降低，二氧化碳的含量不变；2；水、氯化钠、活性炭； 【拓展延伸】没有水、氯化钠和活性炭的存在。6．（1）氧气、水蒸气（或O2和H2O）；（2）Fe2O3；（3）部分黑色固体被吸引；产生大量气泡，溶液由无色变为浅绿色，有固体剩余；（4）Fe＋2HCl＝FeCl2＋H2↑；（5）蒸汽眼罩温度过高而烫伤眼睛；）6自制蒸汽眼罩中没有加入保温材料蛭石；（7）干燥.。 7．（1）2；（2）H2O、O2；（3）加快；（4）Fe2O3＋6HCl＝2FeCl3＋3H2O；Fe2O3、Fe、C （6）Fe2O3＋3CO ( 高温 )2Fe＋3CO2。 8．【实验1】稀盐酸（或稀硫酸）；Fe＋H2SO4＝FeSO4＋H2↑或Fe＋2HCl＝FeCl2＋H2↑（或 用磁铁吸引）；【作出猜想】空气（或氧气）；【解释与结论】（1）15；（2）氯化钠和活性炭共同作用可加速铁的锈蚀；【交流反思】（1）回收利用（用作除味剂等，合理即可）。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$