初中化學計算復習的微項目化實踐
——以“奧運火炬里的碳中和”為例

張 靜

（蘇州市第一初級中學校 江蘇 蘇州 215000）

一、項目確立

化學計算是化學基本技能的重要組成部分。初中化學涉及的計算，大體可分為三類：①化學式的相關計算；②化學方程式的相關計算；③溶液的相關計算。以上知識點分散于教材不同章節，學生往往將它們視作一個個孤立的知識點，無法將它們看作一個整體。項目式教學在實現學生學科知識、認識思路、學科觀念結構化方面具有獨特價值［1］。為了在復習時將這些內容組成一個有機整體，筆者設計了“奧運火炬里的碳中和”這個微項目，期望在有效復習化學計算的同時，使學生深刻體會碳中和的必要性和緊迫性。

二、項目規劃

本微項目的主要內容分為三部分：火炬燃料知多少、身體力行碳中和、大力發展新能源。通過學習和討論，幫助學生復習并牢固掌握常見的三類化學計算，體會理論與實際相結合的重要性，讓學生學會有效運用相關數據，開展方案探討，提高解決實際問題的能力。具體教學流程如圖1。

圖1 教學流程圖

三、項目實施

任務1：火炬燃料知多少

【視頻引入】火炬小劇場——奧運火炬的燃料變遷

【教師提問】從視頻中，可以知道有哪些物質曾用作火炬的燃料？

【學生回答】曾用作火炬燃料的有：金屬鎂、天然樹脂、液化石油氣、橄欖油、丙烷混合氣、綠氫。

【教師提問】金屬鎂用作火炬燃料的次數很少，同學們認為主要是什么原因？

【學生回答】金屬鎂燃燒時生成氧化物會形成白煙，空氣污染嚴重。

【教師介紹】1976年奧運會火炬燃料是橄欖油，其中含有一定量的角鯊烯（C30H50）。

【活動1】請根據角鯊烯的化學式C30H50，計算⑴角鯊烯中碳、氫元素的質量比為多少？

（2）41 g角鯊烯與多少克水中所含氫元素的質量相等？（已知：C-12，H-1）

【學生反饋】角鯊烯中碳氫元素質量比為36：5；41 g角鯊烯與45 g水所含氫元素質量相等。

【教師提問】從1984年奧運會開始，奧運火炬基本都是采用以丙烷為主的混合氣，它和鎂相比有何優點？

【學生回答】丙烷完全燃燒時只生成二氧化碳和水，二氧化碳本身是空氣組成成分，因此對空氣的影響與鎂燃燒相比小多了。

【教師講述】同學們回答得非常正確。這是2008年北京夏季奧運會火炬——祥云。祥云火炬采用的燃料正是以丙烷為主的混合氣體。這是丙烷分子的微觀模型（給出圖片）。

【教師提問】那么一支祥云火炬完全燃燒，最多會產生多少二氧化碳氣體呢？請同學們猜一猜。

【學生回答】估計幾十克吧，最多不會超過一百克。

【教師講述】同學們的猜測到底準確不準確呢？我們就來具體計算一下。

【活動2】查閱資料可知：一支祥云火炬中裝有約0.21 kg丙烷，平均燃燒時長為15 min。試計算其完全燃燒時，最多會產生多少克二氧化碳？

【學生反饋】真沒想到一支火炬完全燃燒會產生630 g二氧化碳，比預想的要多得多。

【教師講述】沒有調查就沒有發言權。同學們通過計算，發現產生的二氧化碳比想象的要多很多。

【教師提問】那么大量的二氧化碳排放，對環境會不會產生不利影響呢？

【學生回答】會產生“溫室效應”，使得氣溫升高，南北極冰川融化……

【教師講述】正如同學們所說，大量的二氧化碳排放會對地球環境產生很多不利影響，因此包括中國在內的世界各國都在大力推進“碳中和”。所謂“碳中和”，就是指在一定時間內，二氧化碳的產生量與吸收量基本相當。

任務2：身體力行碳中和

【教師提問】請同學們想一想，我們可以采用哪些方法來吸收二氧化碳呢？

【學生回答】可以像實驗室一樣，采用氫氧化鈉等堿性溶液來吸收二氧化碳。

【方案探討一】若用氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳，實際效果怎么樣呢？

【活動1】請同學們通過計算藥品用量，自己動手配置50 g溶質質量分數為10%的氫氧化鈉溶液。

【活動2】剛才配制的氫氧化鈉溶液最多可以吸收多少克二氧化碳？

【學生反饋】只能吸收2.75 g二氧化碳，太少了。

1.7.5 抑瘤率測定實驗 荷瘤小鼠給藥30 d后，停藥24 h頸椎脫臼處死，固定于手術蠟板上，將小鼠右前肢腋下腫瘤剖出，稱量腫瘤重量并計算腫瘤抑制率，計算公式為：

【教師提問】同學們都覺得吸收的二氧化碳太少了，那有什么辦法能讓溶液吸收更多二氧化碳呢？

【學生回答】可以增大溶質質量分數，甚至配制成飽和溶液。

【活動3】若要配制室溫（20℃）時的氫氧化鈉飽和溶液，還需向其中加入多少克固體氫氧化鈉，并使其完全溶解？該飽和溶液溶質質量分數為多少？（已知：20℃時，S（NaOH）=109 g）

【學生反饋】還需加入44.05 g氫氧化鈉固體，該飽和溶液的溶質質量分數約為52.2%。

【活動4】若要完全吸收一支祥云火炬燃燒產生的二氧化碳，至少需要室溫時的飽和氫氧化鈉溶液多少克？

【學生反饋】沒想到完全吸收一支祥云火炬產生的二氧化碳，竟然需要2 194.4 g飽和氫氧化鈉溶液。

【教師講述】根據同學們的計算，吸收630 g 二氧化碳需要將近2 200 g 飽和氫氧化鈉溶液，其中溶質氫氧化鈉需要將近1 100 g。相關資料顯示，2022年全球氫氧化鈉產量達到8 070萬噸，而2021年全球二氧化碳排放量達到363億噸，同學們從這組數據中能夠發現什么？

【學生回答】二氧化碳排放量遠大于氫氧化鈉產量，靠大量氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳是行不通的。

【學生回答】可以通過植樹造林，依靠綠色植物的光合作用來吸收二氧化碳。

【方案探討二】依靠綠色植物的光合作用吸收二氧化碳，實際效果又如何呢？

【活動5】已知：綠色植物在晴天時，通常每天每平方米葉片約能夠吸收5 g 二氧化碳來進行光合作用。

若一顆樹上有約105片表面積為1.6 cm2的葉片，則該樹一天最多可吸收多少克二氧化碳？一支祥云火炬燃燒產生的二氧化碳至少需要幾個晴天才能被這棵樹完全吸收呢？

【學生反饋】該樹一天可吸收80 g二氧化碳，完全吸收一支祥云火炬產生的二氧化碳要8個晴天。

通過綠色植物光合作用吸收二氧化碳的效率比想象中的要低很多。

【教師補充】通過簡單計算我們發現，植樹造林能夠解決一部分問題，僅僅通過植樹造林的方式吸收二氧化碳，效率也是低下的。

【教師提問】通過以上分析，我們得出結論：單純依靠吸收二氧化碳來實現碳中和，幾乎是不可能的，必須轉換思路。那還能從哪方面想辦法呢？

【學生回答】必須從減少排放上想辦法，比如采用新能源替代傳統的化石能源。

任務3：大力發展新能源

【教師提問】同學們知道哪些屬于新能源？

【學生回答】主要有太陽能、地熱能、氫能……

【教師提問】剛才同學們提到了氫能。這次北京冬奧會的火炬飛揚，就是采用的綠氫作燃料。采用氫氣作燃料，有什么優點呢？

【學生回答】氫氣燃燒生成物只有水，沒有二氧化碳。

【教師補充】氫氣是一種理想能源，但無法從自然界直接大量獲取。傳統的制取氫氣方法是電解水，可是如果消耗的電能是通過燒煤等方法得來的，那么又會產生大量的二氧化碳。

【活動1】已知：目前采用電解水制氫時，每制取1 kg氫氣要消耗56 kW·h 的電。全國平均供電煤耗是330 g/kW·h。求：若某火力發電廠每天使用褐煤（假設平均含碳量為60%）進行發電，則通過電解水制得1 kg氫氣，發電廠至少會向空氣中排放多少千克二氧化碳?

【學生反饋】如果采用傳統燒煤發電，為了獲得1 kg氫氣，需要排放40.7 kg二氧化碳，有點得不償失。

【教師補充】如果是通過化石燃料燃燒制得氫氣，那么在制取過程中會有二氧化碳排放，這樣的氫氣稱之為“灰氫”。如果通過可再生能源制得氫氣，例如通過可再生能源發電進行電解水制氫，在此過程中完全沒有碳排放，這樣得到的氫氣稱之為“綠氫”。北京冬奧會火炬飛揚，采用的燃料就是綠氫。綠氫才是一種真正意義上的理想能源。

【教師提問】在生活中，我們每個人可以為實現碳中和做些什么力所能及的事情呢？

【學生討論】少開車，多坐公交地鐵，甚至騎車出行；夏天空調溫度調高一度；隨手關燈、關電源……

【教師總結】希望我們每一個人都從身邊小事做起，為實現碳中和貢獻自己的力量。

四、項目效果評價

評價設計是微項目實踐過程中不可或缺的一個環節。為了更好地關注學生的整個學習過程，筆者在本微項目中設計了如下評價表，便于學生在學習過程中進行自評和互評，為今后的教學積累經驗。

表1 評價表

五、項目教學反思

1.理論與實踐結合，提升學生成就感

《義務教育化學課程標準》（2022年版）注重學生核心素養的培養，核心素養是在問題情境中借助問題解決的實踐培育起來的［2］。本次項目式教學，從奧運會火炬燃料的變遷引出碳中和，再由碳中和引出新能源，三者之間是層層遞進的關系，在這個過程中，學生通過動手實踐，解決了一個又一個問題，獲得的成就感遠比單純的筆頭練習要多。

2.聯系生活實際，讓計算更有意義

化學是一門實踐性很強的學科，而常規教學偏重理論知識點的講授，學生習慣從理論上推斷方案的可行性，頗有“紙上談兵”的味道。在本次微項目教學中，學生通過具體計算來論證方案的實際可行性以及實際效果，既復習了化學計算相關內容，又能體會理論計算對實踐的指導作用。