初中化學燃料專題復習的項目式教學

摘 要：本文以初中化學“打火機中燃料的探究”為學習主題開展項目式教學，通過探究燃料的成分、探索燃料的來源、探秘燃料的選法及探析爆炸的原因四個項目任務，幫助學生深刻理解物質的組成與結構、性質與變化等基本知識及它們間的關系，旨在幫助學生形成學習研究物質組成的一般思路和方法。

關鍵詞：項目式教學；打火機中的燃料；專題復習

文章編號：1008-0546（2024）11-0085-03

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

一、項目主題內容分析

燃料的組成與性質是初中階段化學學習的重點內容之一，對學生形成化學觀念、養成科學態度有著十分重要的作用。

有關燃料的知識，在人教版化學九年級上冊的第一、六、七單元中均有介紹，如蠟燭燃燒、一氧化碳的燃燒、甲烷燃燒、化石燃料的利用、乙醇汽油和可燃冰的利用、煤和石油的綜合利用等。在之前的學習中，學生對物質的組成、性質和變化已經有了初步認識，初步形成了“宏觀—微觀—符號”

三重表征的觀念，并具有了從物質性質、能量變化、元素守恒等多個角度分析問題、解決問題的能力。

本項目的學習是在學生學完第七單元“燃料及其應用”后的一節復習課，通過對打火機中的燃料丁烷的探究，學習研究物質組成的一般思路和方法，探索燃料的來源，了解較為完整的石油綜合利用的過程；掌握打火機的工作原理，了解燃料選擇的方法，拓展燃燒和爆炸的知識，了解防爆方法，幫助學生深刻理解物質的組成、結構、性質和變化之間的關系。

二、項目教學目標

本項目教學目標具體包含以下幾點。

（1）通過查閱資料、觀看視頻等方式獲得打火機燃料的信息，激發探究燃料組成的興趣，通過實驗探究，構建定性、定量認識物質組成的一般思路和方法。

（2）通過對燃料來源的探究，了解較為完整的石油煉制過程和認識其中所發生的變化，了解選擇燃料的方法。

（3）通過點燃打火機中的燃料等實驗探究，了解打火機的工作原理，初步認識丁烷的性質，學會運用觀察、實驗等手段獲取化學事實的方法。

（4）通過展示化學事實，進一步形成“變化體現性質”的觀念，利用所學知識設計打火機的安全使用說明書，進一步認識物質的組成與結構、性質與變化及它們之間的關系。

三、項目實施過程

1. 任務1 探究燃料的成分

［情境創設］展示幾種常見的打火機，讓學生感受打火機的種類、生產情況及使用不當給生活所帶來的火災、爆炸等負面影響。

［教師］常見的液體燃料有哪些？主要含有哪些元素？打火機中液體燃料的成分是什么？

［學生］常見的液體燃料有酒精、汽油、煤油等。它們均主要含有碳、氫元素，有的還含有氧元素。打火機中液體燃料的成分可能是碳、氫、氧元素。

［教師］請設計實驗證明液體燃料中的碳、氫元素組成。

［學生活動］學生小組討論、合作，教師協助設計實驗方案，具體方案如下。

方案一：將打火機點火，在火焰上方罩一只干而冷的燒杯，一段時間后，若觀察到燒杯壁上有小液滴，即水霧產生后，倒轉燒杯，并迅速倒入少量澄清石灰水，振蕩，若澄清石灰水變渾濁，說明燃料中含有C、H元素。

方案二：打火機點火后，將漏斗罩在打火機火焰的上方，漏斗罩上方用橡皮管連接一個注射器。一段時間后，再向右拉動注射器收集氣體，并將收集到的氣體通入澄清石灰水中，若澄清石灰水變渾濁；若觀察到漏斗的頸部有明顯的小液滴，即水霧存在，說明該燃料中含有C、H元素。

學生分兩組，分別按方案一和方案二進行實驗。兩實驗中均發現有小液滴產生，澄清石灰水最終均變渾濁，得出結論：液體燃料中含有碳、氫元素。

［教師］該燃料中含有氧元素嗎？請設計定量實驗來測定氧元素是否存在。

［學生活動］學生設計實驗方案并進行實驗。先分別稱量圖1中裝置B、C的質量，記為m1、m2；再將質量為m的打火機中燃料在密閉裝置A中點燃，使其完全燃燒，將產生的氣體全部通入裝置B、C中；最后再次分別稱量裝置B、C的質量，記為m3、m4。

［教師］根據化學變化前后元素質量守恒，可按圖2所示的計算過程來思考燃料中是否含有氧元素。

［學生］上述方案中存在以下問題：①不能確定燃料燃燒時產物只有CO2和H2O；②該裝置測定產生的二氧化碳和水的質量不精準；③裝置A有可能會爆炸；④樣品有可能氣化。

［教師活動］播放用現代元素分析儀測定丁烷的實驗過程，呈現測定結果：碳元素的質量分數是82.68%，氫元素的質量分數是17.32%，無氧元素。

［學生活動］根據數據計算碳原子與氫原子的個數比為：82.6812∶17.321≈2∶5

［教師］根據碳、氫原子的個數比是否可以確定其化學式為C2H5？

［學生］不可以，化學式也可能為C4H10，還需要知道其相對原子質量。

［教師活動］播放用質譜儀測定其相對分子質量過程的視頻，根據圖譜分析該燃料的相對分子質量為58。根據上述數據可知該燃料的化學式為C4H10。

［學生活動］學生總結確定燃料物質化學式的一般方法（見圖3）。

［設計意圖］鞏固從定性角度分析物質組成的方法；學會定量分析實驗數據、計算物質的元素原子個數及確定有機物的一般方法。

2. 任務2 探索燃料的來源

［教師］如何獲得丁烷？

［學生］它應該是從石油中獲得，通過分餾得到丁烷氣體的。

［教師］我們獲得的丁烷只是經過石油的物理變化分餾獲得嗎？

［學生活動］試著用流程圖的方式表示出石油加工獲得丁烷的過程。

［學生］獲得丁烷的過程有兩個。第一個過程是：將石油常壓蒸餾—獲得C4以下的石油氣—蒸餾分離出丁烷；第二個過程是：將石油常壓蒸餾—獲得C20以上的重油—減壓蒸餾—各種油—經催化裂化獲得液化石油氣—蒸餾分離出丁烷。

［教師］第一個過程發生的是物理變化，第二個過程也是物理變化嗎？催化裂化是什么？提示：催化裂化是在熱和催化劑的作用下，使重質油發生分解的過程。例如，C16H34催化劑加熱、加壓C8H18＋C8H16。

［學生］第二個過程即石油的催化裂化是化學變化。

［教師］通過丁烷獲得過程的分析，同學們有哪些收獲？

［學生］通過對石油煉制的探索，認識了石油的綜合利用除了分餾外，還有減壓蒸餾，還有催化裂化，既有物理變化又有化學變化，且并還認識了石油中的某些物質除了燃燒外還能發生分解反應。

［設計意圖］較深入、全面地認識石油煉制的過程；學會從變化的角度認識物質生成過程。

3. 任務3 探秘燃料的選法

［教師］物質性質決定用途。甲烷、丙烷和丁烷的常見物理性質如表2所示，這三種氣體的物理性質差異很大？

［學生］它們的沸點差距較大，丁烷的沸點較高，且稍加壓易液化。

［教師］為何選擇丁烷作打火機燃料？

［學生］可能是丁烷稍加壓易液化，便于貯存在打火機中，對打火機材料的耐壓要求低；丁烷的沸點較高，當壓強減小到一個大氣壓時，易氣化為氣體，所以選擇丁烷作打火機燃料。

［教師］請設計一個實驗證明當打開打火機燃料閥時，丁烷液體變為了氣體？解決該問題需要了解打火機的打火原理，請觀察打火機的內部構造，試著分析上述問題。

［學生］我們可以在水中按壓開關，如果水中冒泡說明燃料閥中出來的是氣體，且該氣體不溶于水，同時在水中也保證了逸出的氣體不會被燒掉。

［演示實驗］首先將打火機放入盛有水的水槽（放置了一瓶裝滿水的集氣瓶）中，然后在水下按壓打火機開關，可觀察到水中產生了氣泡，用排水法收集一瓶氣體。

［教師］通過剛才的實驗，可進一步確定打開打火機開關，液態丁烷變為了氣體，這說明在相同條件下，減小壓強可以增大分子間間隔，實現液體到氣體的轉化；選擇丁烷作打火機燃料的原因就是丁烷稍加壓易液化，便于貯存在打火機中；丁烷的沸點較高，易氣化為氣體。除此之外，選擇丁烷作打火機燃料還有其他原因嗎？

［演示實驗］按壓打火機開關，丁烷被點燃。

［教師］按動開關時，連接開關的電子打火器產生火花，同時翹板帶動燃料閥門打開，壓強減小，在常溫下常壓下，丁烷液體變為了氣體，丁烷氣體和空氣中的氧氣接觸，遇到電火花被點燃。［2］打火機中選擇丁烷為燃料的原因是否還跟燃料的化學性質有關？

［學生］可能與三種燃料的著火點有關系，丁烷的著火可能較低，比較容易點燃。

［教師］查閱資料可知，甲烷、丙烷、丁烷的著火點分別為538℃、450℃、287℃。

［學生］還可能因為三種燃料在等量氧氣中燃燒時，丁烷燃耗的會更加充分。等質量燃料充分燃燒時，丁烷消耗的氧氣少，說明了相同燃料燃燒時丁烷燃燒的會更加充分，還可能與熱值大小有關。思考質量為mg的三種氣體燃料燃燒時哪個消耗的氧氣少？

［學生活動］根據方程式計算并匯報等質量甲烷、丙烷和丁烷完全燃燒消耗氧氣的質量。

［設計意圖］感受性質與用途的關系，進一步學會從物理、化學性質兩個角度分析物質的用途。

4. 任務4 探析爆炸的原因

［教師］每年兒童因玩打火機而引發的爆炸、火災非常多。打火機受到外部打擊產生碎裂時，內部被壓縮的液體丁烷瞬間被解壓，接觸到空氣的液體瞬間汽化，氣體膨脹而發生爆炸。這種爆炸屬于物理性爆炸。丁烷氣體有沒有可能發生化學性爆炸？

［學生］根據所學的爆炸知識可以確定會發生化學性爆炸，因為丁烷為可燃性氣體，只要是在有限空間內急劇燃燒，會發生化學性爆炸。

［教師］丁烷是易燃氣體，與空氣混合能形成爆炸性混合物，其爆炸極限是1.6%～8.5%，當遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險。請根據今天所學，設計一份打火機燃料成分及安全使用的說明書。

［學生活動］各小組根據要求從外觀、內容、表述等方面研討和設計打火機燃料成分及安全使用的說明書，展示成果并總結今天所學的內容和知識。

［設計意圖］通過對爆炸的分析，再次認識丁烷性質，并體驗化學與安全之間的密切關系，提升安全意識和合理使用化學品觀念。

五、項目教學反思及改進建議

在整個項目式教學過程中，始終以完成驅動性任務來推進教學進程，學生通過四個項目任務逐步認識了丁烷的組成、結構、性質，真正體驗了研究物質的一般過程和思路，深化了學生對物質的組成與結構、性質與變化之間關系的認識。

學生在認識丁烷的組成和構成時，在教師支持下設計了驗證丁烷燃燒生成水和二氧化碳的實驗，并根據質量守恒定律知識，還設計了測定水和二氧化碳的實驗方法，取得了滿意的教學效果，踐行了“做中學”“用中學”“創中學”的理念。但是耗時稍多，可將部分該內容作為前置性作業分小組討論。

從整個項目式教學環節來看，四個任務連續性推進使得本節課知識環環相扣，學生不只是單純的完成某一個項目任務，任務之間是相互聯系、相互滲透的。學生認識了丁烷的組成和結構，會分析丁烷可能發生的變化，通過實驗認識了丁烷的性質，還會分析選擇丁烷做燃料的原因以及打火機爆炸的可能原因，總之，讓學生真實感受到了物質“結構－性質－變化”之間的密切關系。

參考文獻

［1］王晶，鄭長龍.普通高中教科書 選擇性必修3 有機化學基礎［M］.北京： 人民教育出版社，2023.

［2］劉東方，李研，劉偉，等.初中化學“燃燒的條件”項目式教學實踐 ——探究打火機的工作原理［J］.中小學教學研究，2023（5）：59-65．