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2022.6.30 地铁里的化学——七氟丙烷灭火系统

今天是六月的最后一天啦。借着写文章的机会每日保持输出保持学习,接下来的计划,把自己收藏的一些未学习过的学习资料边学习边转化为文章保存下来。还是老规矩尽力保证每周有五篇输出,后期可能会对新一轮的备课进行思索探讨。公众号在不断调整,比如内容形式都在更新改进。每天期待的第一件事就是写文章(真是为自己的兴奋点而感动),原来做一个有内容的人输出是如此快乐。

对我自己来说我对化学本身的东西似乎并不感兴趣,让我读化学教材真挺费劲的,但是我对生活中的化学还是蛮上心,想挖掘背后的原理。特别是成为老师以后,遇到类似的素材都会留心能否运用到课堂上。联系到学生也应该更多地为学生呈现相关情境,利用项目式学习引导学生探索化学世界。在新课标的指引下,不久的将来新教材也要应运而生,教材上的知识编排等都会发生改变,然而真实世界不会,万变不离其宗,对于真实世界我们要保留敏感度。

地铁里的发现

前两天坐地铁,在地铁里看到一个小房间关着门,旁边挂着以下牌子,要求确保送气阀门关闭时,人才可以入内。

 

看到这个警告标语的时候我第一时间联系到初中化学的内容是化学方程式的配平,比如告知了反应物生成物,剩下一些个没有呈现的物质需要同学们写出,然后配平完整的化学方程式。因为好多学生上下学坐地铁回家,也可以让学生去找找这个标示牌,体会化学就在我们身边

当然还是需要对相关的原理了解得更深刻。于是我利用手机提取其中的文字进行搜索,果真有相关内容。

七氟丙烷是什么?

首先了解七氟丙烷本身是什么。分子式为C3HF7,结构式如下。它无色、无味、低毒、不导电、不污染被保护对象,不会对财物和精密设施造成损坏。它的灭火原理是物理和化学反应相结合,依靠吸收火场中热能,降低火焰温度的物理方应和热分解产生的自由基与活性自由基反应而中断燃烧的链式反应的化学反应过程来达到灭火的目的。在实际的灭火过程中,七氟丙烷灭火原理是通过化学和物理反应共同进行灭火,主要以化学反应为主。

七氟丙烷为什么能灭火?

在灭火过程中七氟丙烷发生热分解产生CF3CF2CF3CFOCFO等含氟自由基,这些含氟自由基与燃烧反应过程中的HO·OHHO2··O2-NO·等活性自由基发生反应产生CO2H2OHF等,从而中断燃烧过程中的化学链反应。七氟丙烷的快速反应和极好的燃烧抑制能力能够避免灾难性火灾的发生。其中最主要的初级反应是C-C键的断裂和氟化氢的消去反应为CF3CHFCF3CF3CHF+CF3CF3CHFCF3CF3CF=CF2+HF

这些含氟自由基通过与火场中的HOOH等活性自由基发生反应,从而中断燃烧过程中的化学链反应.相关研究认为,H自由基与CF3CF2CFO反应生成HF和一些其他含氟产物对灭火贡献最大,具体反应为CFO+HCO+HFCF2+HCF+HFCF3+HCF2+HF

从上述的理论分析可知,不管是七氟丙烷的受热分解反应,还是其热分解产生的含氟自由基与火场中的H自由基反应,都会产生HF,并且HF产生量主要受七氟丙烷的物理、化学灭火作用方式和作用过程的影响,与七氟丙烷体积分数以及灭火速度密切相关

七氟丙烷会导致温室效应吗?

温室效应是目前国际上作为影响环球变暖的依据,要有效评价一种灭火剂对环境变暖的影响,首先应考虑它对环境的直接与间接影响。七氟丙烷不含有氯或溴,灭火后不破坏臭氧层,臭氧层潜能值ODP0,是一种清洁灭火剂。七氟丙烷灭火后具有温室效应,根据IPCC第四次评估报告中,七氟丙烷温室效应指数值GMP3220,但由于且七氟丙烷仅在出现火灾时进行释放,因此其对温室效应影响作用可以忽略不计。

七氟丙烷有局限性吗?

但七氟丙烷灭火系统不适用于扑救硝化纤维、硝化钠等氧化剂或含氧化剂的化学制品火灾,钾、镁、钠、钛、锆、铀等活泼金属火灾,氢化钾、氢化钠等金属氢化物火灾,过氧化氯、联胺等能自行分解的化学物质火灾,可燃物固体物质的深位火灾(由于可燃固体内部氧化而产生的深部位的无焰燃烧所产生的火灾它需要较高浓度的灭火浓度和长时间的灭火剂浸渍时间才能被扑灭,七氟丙烷灭火剂的释放必须在十秒钟之内完成,达到灭火浓度,否则产生的酸性分解物对人体有害,对被保护设施也有腐蚀性)。如果上述火灾发生了可以怎么办呢?大部分情况下可以直接使用砂土

这素材教学能用吗?

联系到实际教学,我原先的想法破灭了,七氟丙烷灭火并没有确切的化学方程式,过程中反应复杂可以生成许多新物质。但是可以从质量守恒定律的角度进行利用,比如哪些物质不可能是七氟丙烷灭火的过程当中产生的?再比如可以在燃烧与灭火单元进行拓展探讨

刚刚在写作的过程中又有些新想法,能否让学生在生活中寻找相关素材,比如如果找到上述照片所在地进行合影就可以获取积分,仿佛定向越野一样,多有趣呀。另外可以让学生帮助我收集更多教学素材,一个人的力量是有限的,但是集这么多学生的力量,总可以获取新知。既可以让学生深切地体会到化学与生活的联系,又可以为我助攻何乐而不为呢。教师真是一门创造性很大的工作!且行且珍惜!

主要参考资料:
[1] 傅学成陈涛周彪,七氟丙烷与火焰作用过程中产生的氟化氢研究[J]. 燃烧科学与技术, 2011, 17(4):5.
[2] https://baijiahao.baidu.com/s?id=1733232965561439527&wfr=spider&for=pc
[3] https://wenku.baidu.com/view/84e0d3d3971ea76e58fafab069dc5022aaea4615.html
[4] https://baike.baidu.com/item/七氟丙烷/775494?fr=aladdin
[5] https://baijiahao.baidu.com/s?id=1661937871893848538&wfr=spider&for=pc
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