巧用化學(xué)反應(yīng) 解決救援難題

縱建瑞

摘要：為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，筆者在教學(xué)中開展了研究性課程，設(shè)計(jì)了一系列的課外活動，鼓勵學(xué)生嘗試用所學(xué)的高中化學(xué)知識解決生活中的難題，學(xué)生們奇思妙想，設(shè)計(jì)了很多有意義的作品。

關(guān)鍵詞：化學(xué)反應(yīng);科學(xué)探究;創(chuàng)新;救援

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)明確提出要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，在實(shí)際教學(xué)過程中，為了培養(yǎng)學(xué)生探究態(tài)度和能力，筆者設(shè)計(jì)了一系列與高中化學(xué)相關(guān)的研究性課題。學(xué)生通過積極探索，深入思考，以個人或小組的名義制作了很多有意義的作品，提高了同學(xué)們學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，增強(qiáng)了融合化學(xué)和其他學(xué)科以解決實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)了同學(xué)們的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，促進(jìn)了學(xué)生的個性發(fā)展[1]。

一、? 奇思妙想，井下救援

經(jīng)常有新聞報(bào)道，小孩子不小心掉到?jīng)]有井蓋的深井里，由于井口小，井下環(huán)境復(fù)雜，供氧不足，在很短的時間內(nèi)小孩就會有生命危險(xiǎn)，而救援的消防官兵趕到后，由于沒有合適的救援器材，造成救援遲緩，甚至動用大型機(jī)械挖掘，費(fèi)時費(fèi)力，造成各種惡性事故的發(fā)生[2]。我班的同學(xué)發(fā)明的深井救援網(wǎng)，利用一張漁網(wǎng)破開兩半，中間安裝救生圈，下面配有重物，先伸到井下，利用化學(xué)反應(yīng)先給井下人員送氧，救生圈遇水充氣或者利用電動充氣泵充氣，當(dāng)人被救生圈救起，將漁網(wǎng)合攏，包裹住人，對救生圈放氣，把網(wǎng)拉上去即完成救援。這種救援方式救援時間短，安全可靠，操作方便，非常實(shí)用。裝置如圖：

裝置有以下部分：

1.救生圈：用布包裹住救生圈，大大提高救生圈的強(qiáng)度，在布上裝上滑道，方便救生網(wǎng)的的合并。

2.救援網(wǎng)：救援網(wǎng)先破解為兩半（網(wǎng)邊有防撞傷的突起物，防被救人員碰到井壁受傷），收攏為一邊，當(dāng)救生圈浮起時，被救人進(jìn)入救生圈后，網(wǎng)合攏并鉸接在一起，再把救生圈放氣，收攏網(wǎng)提出則完成救援。

3.化學(xué)供氧反應(yīng)：利用二氧化錳催化分解過氧化氫或者過氧化鈉與二氧化碳或水蒸氣反應(yīng)獲取氧氣。

4.設(shè)想救生圈可遇水充氣，但是還沒有想到合適的方案，只能退而求其次借助打氣筒或電動充氣泵（汽車電源）充氣。

二、? 集智取長，水中救援

由于各種自然或人為因素導(dǎo)致汽車落水的事故時有發(fā)生，由于車門外水壓太大，車內(nèi)電源短路，車內(nèi)人無法打開車門，悲劇也偶有發(fā)生。我班同學(xué)通過集智取長，發(fā)明了汽車落水自動開門裝置，其原理是利用化學(xué)反應(yīng)生成大量氣體，產(chǎn)生超高氣壓通過千斤頂自動打開車門，這種辦法自動開門，所需時間短，安全可靠。其附帶的救生氣囊可脫離車架，人可以抓住救生氣囊逃離車體，這樣為不會游泳的人創(chuàng)造更大的逃生幾率。其原理如圖：

裝置有以下幾個部分：

1.水淹自動啟動裝置：當(dāng)水進(jìn)入駕駛室，水位達(dá)到一定高度時，水壓讓少量水由單向門進(jìn)入啟動室，水與過氧化鈉反應(yīng)產(chǎn)生氣體推動活塞向右運(yùn)動，同時活塞帶動拉線門開關(guān)打開門栓，完成啟動過程。啟動室的化學(xué)反應(yīng)：2 Na?2O2+2H2O ==4NaOH + O2 ↑。

2.氣壓推門裝置：活塞向右運(yùn)動推動鹽酸溶液進(jìn)入反應(yīng)室與碳酸氫鈉粉末發(fā)生反應(yīng)，生成的二氧化碳?xì)怏w越來越多，超高的氣壓推動活塞向左運(yùn)動從而打開車門。反應(yīng)室的化學(xué)反應(yīng)：NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑。反應(yīng)物也可選其他物品，只要能產(chǎn)生高壓即可。

3.救生裝置：車門被推開后，連接救生氣囊的閥門打開，救生氣囊充氣，車內(nèi)人員抓住救生氣囊即可逃離車體，這樣為不會游泳的人創(chuàng)造了更大的逃生幾率。

三、? 躬身實(shí)踐，冰橋救援

一場冰雪過后，路上結(jié)冰，陡坡前往往是事故高發(fā)地段，如高架橋的引橋處，行人摔到、汽車上不去，嚴(yán)重影響交通安全。我班同學(xué)通過深入研究，躬身實(shí)踐，發(fā)明了冰雪天汽車上坡防滑橡膠履帶，其原理是利用鐵粉遇到空氣發(fā)熱，把履帶凸起扣在冰雪上，大大增大摩擦，供行人或汽車通過。當(dāng)冰雪融化后，用專用汽車回收即可，裝置如圖：

裝置有以下幾個部分：

1.防滑膠墊：膠墊內(nèi)外形狀均如汽車履帶，內(nèi)部凸起處裝有自發(fā)熱藥筒，可在鋪設(shè)后很快融化凸起處冰雪，以保證膠墊不打滑。膠墊可選用耐壓耐用汽車輪胎材料，內(nèi)部有鐵絲以保證收到擠壓時會降低冰的熔點(diǎn)，加快其余部分雪的熔化。

2.藥筒：

藥筒中填充的原料是鐵粉、水、木粉、活性炭、食鹽和沸石等，鐵粉是主要的發(fā)熱材料。其工作原理類似暖寶寶，基本的反應(yīng)方程式是：4Fe+3O2+nH2O=2Fe2O3· nH2O，利用的是原電池原理，鐵粉發(fā)生吸氧腐蝕放出熱量。此材料為真空包裝，當(dāng)膠墊展開后，鋪路機(jī)壓破包裝袋，鐵粉與空氣接觸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)發(fā)熱，溫度可達(dá)40℃，效果可長達(dá)4小時以上，足以保證凸起處的冰雪熔化，以保證膠墊牢固與陡坡接觸。

3.藥筒的重復(fù)利用

藥筒內(nèi)藥物裝有一次性的加熱粉，設(shè)計(jì)為可替換裝置。當(dāng)藥筒使用后，卷起膠墊，則可抽出藥筒，換裝新的即可。

4.折疊功能：

膠墊設(shè)計(jì)為可折疊，用專用汽車?yán)蕉钙虑罢归_鋪設(shè)，當(dāng)膠墊展開時，藥筒真空包裝將破裂，膠墊發(fā)熱扣在陡坡上，供行人汽車通過。當(dāng)不需要時，專用汽車將膠墊卷起回收。

同學(xué)們親身實(shí)踐，用20幾個暖寶寶做成的樓梯防滑履帶，在今年大雪過后的餐廳樓梯上試用，往年常見的摔倒現(xiàn)象再也不見，這種躬身實(shí)踐的經(jīng)歷讓他們品嘗到了創(chuàng)新的樂趣，提高了同學(xué)們的科學(xué)素養(yǎng)。

類似的創(chuàng)新作品還有很多，雖然學(xué)生們探索化學(xué)知識在生活中的應(yīng)用還在起步階段，理論與實(shí)際還有一定的差距，但他們開拓思維，勇于創(chuàng)新，主動學(xué)習(xí)，積極解決遇到的困難，在這個過程中提升了同學(xué)們的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，加強(qiáng)了各學(xué)科之間的溝通與銜接，為逐步形成了正確的價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，因而是非常有意義的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 山香教師招聘考試命題研究中心.教育理論基礎(chǔ)[M].北京：首都師范大學(xué)出版社，2015.

[2] 安徽省公安消防總隊(duì).繩索救援應(yīng)用技術(shù)[M].長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2018.