初中化学燃料专题复习的项目式教学

摘 要：本文以初中化学“打火机中燃料的探究”为学习主题开展项目式教学，通过探究燃料的成分、探索燃料的来源、探秘燃料的选法及探析爆炸的原因四个项目任务，帮助学生深刻理解物质的组成与结构、性质与变化等基本知识及它们间的关系，旨在帮助学生形成学习研究物质组成的一般思路和方法。

关键词：项目式教学；打火机中的燃料；专题复习

文章编号：1008-0546（2024）11-0085-03

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

一、项目主题内容分析

燃料的组成与性质是初中阶段化学学习的重点内容之一，对学生形成化学观念、养成科学态度有着十分重要的作用。

有关燃料的知识，在人教版化学九年级上册的第一、六、七单元中均有介绍，如蜡烛燃烧、一氧化碳的燃烧、甲烷燃烧、化石燃料的利用、乙醇汽油和可燃冰的利用、煤和石油的综合利用等。在之前的学习中，学生对物质的组成、性质和变化已经有了初步认识，初步形成了“宏观—微观—符号”

三重表征的观念，并具有了从物质性质、能量变化、元素守恒等多个角度分析问题、解决问题的能力。

本项目的学习是在学生学完第七单元“燃料及其应用”后的一节复习课，通过对打火机中的燃料丁烷的探究，学习研究物质组成的一般思路和方法，探索燃料的来源，了解较为完整的石油综合利用的过程；掌握打火机的工作原理，了解燃料选择的方法，拓展燃烧和爆炸的知识，了解防爆方法，帮助学生深刻理解物质的组成、结构、性质和变化之间的关系。

二、项目教学目标

本项目教学目标具体包含以下几点。

（1）通过查阅资料、观看视频等方式获得打火机燃料的信息，激发探究燃料组成的兴趣，通过实验探究，构建定性、定量认识物质组成的一般思路和方法。

（2）通过对燃料来源的探究，了解较为完整的石油炼制过程和认识其中所发生的变化，了解选择燃料的方法。

（3）通过点燃打火机中的燃料等实验探究，了解打火机的工作原理，初步认识丁烷的性质，学会运用观察、实验等手段获取化学事实的方法。

（4）通过展示化学事实，进一步形成“变化体现性质”的观念，利用所学知识设计打火机的安全使用说明书，进一步认识物质的组成与结构、性质与变化及它们之间的关系。

三、项目实施过程

1. 任务1 探究燃料的成分

［情境创设］展示几种常见的打火机，让学生感受打火机的种类、生产情况及使用不当给生活所带来的火灾、爆炸等负面影响。

［教师］常见的液体燃料有哪些？主要含有哪些元素？打火机中液体燃料的成分是什么？

［学生］常见的液体燃料有酒精、汽油、煤油等。它们均主要含有碳、氢元素，有的还含有氧元素。打火机中液体燃料的成分可能是碳、氢、氧元素。

［教师］请设计实验证明液体燃料中的碳、氢元素组成。

［学生活动］学生小组讨论、合作，教师协助设计实验方案，具体方案如下。

方案一：将打火机点火，在火焰上方罩一只干而冷的烧杯，一段时间后，若观察到烧杯壁上有小液滴，即水雾产生后，倒转烧杯，并迅速倒入少量澄清石灰水，振荡，若澄清石灰水变浑浊，说明燃料中含有C、H元素。

方案二：打火机点火后，将漏斗罩在打火机火焰的上方，漏斗罩上方用橡皮管连接一个注射器。一段时间后，再向右拉动注射器收集气体，并将收集到的气体通入澄清石灰水中，若澄清石灰水变浑浊；若观察到漏斗的颈部有明显的小液滴，即水雾存在，说明该燃料中含有C、H元素。

学生分两组，分别按方案一和方案二进行实验。两实验中均发现有小液滴产生，澄清石灰水最终均变浑浊，得出结论：液体燃料中含有碳、氢元素。

［教师］该燃料中含有氧元素吗？请设计定量实验来测定氧元素是否存在。

［学生活动］学生设计实验方案并进行实验。先分别称量图1中装置B、C的质量，记为m1、m2；再将质量为m的打火机中燃料在密闭装置A中点燃，使其完全燃烧，将产生的气体全部通入装置B、C中；最后再次分别称量装置B、C的质量，记为m3、m4。

［教师］根据化学变化前后元素质量守恒，可按图2所示的计算过程来思考燃料中是否含有氧元素。

［学生］上述方案中存在以下问题：①不能确定燃料燃烧时产物只有CO2和H2O；②该装置测定产生的二氧化碳和水的质量不精准；③装置A有可能会爆炸；④样品有可能气化。

［教师活动］播放用现代元素分析仪测定丁烷的实验过程，呈现测定结果：碳元素的质量分数是82.68%，氢元素的质量分数是17.32%，无氧元素。

［学生活动］根据数据计算碳原子与氢原子的个数比为：82.6812∶17.321≈2∶5

［教师］根据碳、氢原子的个数比是否可以确定其化学式为C2H5？

［学生］不可以，化学式也可能为C4H10，还需要知道其相对原子质量。

［教师活动］播放用质谱仪测定其相对分子质量过程的视频，根据图谱分析该燃料的相对分子质量为58。根据上述数据可知该燃料的化学式为C4H10。

［学生活动］学生总结确定燃料物质化学式的一般方法（见图3）。

［设计意图］巩固从定性角度分析物质组成的方法；学会定量分析实验数据、计算物质的元素原子个数及确定有机物的一般方法。

2. 任务2 探索燃料的来源

［教师］如何获得丁烷？

［学生］它应该是从石油中获得，通过分馏得到丁烷气体的。

［教师］我们获得的丁烷只是经过石油的物理变化分馏获得吗？

［学生活动］试着用流程图的方式表示出石油加工获得丁烷的过程。

［学生］获得丁烷的过程有两个。第一个过程是：将石油常压蒸馏—获得C4以下的石油气—蒸馏分离出丁烷；第二个过程是：将石油常压蒸馏—获得C20以上的重油—减压蒸馏—各种油—经催化裂化获得液化石油气—蒸馏分离出丁烷。

［教师］第一个过程发生的是物理变化，第二个过程也是物理变化吗？催化裂化是什么？提示：催化裂化是在热和催化剂的作用下，使重质油发生分解的过程。例如，C16H34催化剂加热、加压C8H18＋C8H16。

［学生］第二个过程即石油的催化裂化是化学变化。

［教师］通过丁烷获得过程的分析，同学们有哪些收获？

［学生］通过对石油炼制的探索，认识了石油的综合利用除了分馏外，还有减压蒸馏，还有催化裂化，既有物理变化又有化学变化，且并还认识了石油中的某些物质除了燃烧外还能发生分解反应。

［设计意图］较深入、全面地认识石油炼制的过程；学会从变化的角度认识物质生成过程。

3. 任务3 探秘燃料的选法

［教师］物质性质决定用途。甲烷、丙烷和丁烷的常见物理性质如表2所示，这三种气体的物理性质差异很大？

［学生］它们的沸点差距较大，丁烷的沸点较高，且稍加压易液化。

［教师］为何选择丁烷作打火机燃料？

［学生］可能是丁烷稍加压易液化，便于贮存在打火机中，对打火机材料的耐压要求低；丁烷的沸点较高，当压强减小到一个大气压时，易气化为气体，所以选择丁烷作打火机燃料。

［教师］请设计一个实验证明当打开打火机燃料阀时，丁烷液体变为了气体？解决该问题需要了解打火机的打火原理，请观察打火机的内部构造，试着分析上述问题。

［学生］我们可以在水中按压开关，如果水中冒泡说明燃料阀中出来的是气体，且该气体不溶于水，同时在水中也保证了逸出的气体不会被烧掉。

［演示实验］首先将打火机放入盛有水的水槽（放置了一瓶装满水的集气瓶）中，然后在水下按压打火机开关，可观察到水中产生了气泡，用排水法收集一瓶气体。

［教师］通过刚才的实验，可进一步确定打开打火机开关，液态丁烷变为了气体，这说明在相同条件下，减小压强可以增大分子间间隔，实现液体到气体的转化；选择丁烷作打火机燃料的原因就是丁烷稍加压易液化，便于贮存在打火机中；丁烷的沸点较高，易气化为气体。除此之外，选择丁烷作打火机燃料还有其他原因吗？

［演示实验］按压打火机开关，丁烷被点燃。

［教师］按动开关时，连接开关的电子打火器产生火花，同时翘板带动燃料阀门打开，压强减小，在常温下常压下，丁烷液体变为了气体，丁烷气体和空气中的氧气接触，遇到电火花被点燃。［2］打火机中选择丁烷为燃料的原因是否还跟燃料的化学性质有关？

［学生］可能与三种燃料的着火点有关系，丁烷的着火可能较低，比较容易点燃。

［教师］查阅资料可知，甲烷、丙烷、丁烷的着火点分别为538℃、450℃、287℃。

［学生］还可能因为三种燃料在等量氧气中燃烧时，丁烷燃耗的会更加充分。等质量燃料充分燃烧时，丁烷消耗的氧气少，说明了相同燃料燃烧时丁烷燃烧的会更加充分，还可能与热值大小有关。思考质量为mg的三种气体燃料燃烧时哪个消耗的氧气少？

［学生活动］根据方程式计算并汇报等质量甲烷、丙烷和丁烷完全燃烧消耗氧气的质量。

［设计意图］感受性质与用途的关系，进一步学会从物理、化学性质两个角度分析物质的用途。

4. 任务4 探析爆炸的原因

［教师］每年儿童因玩打火机而引发的爆炸、火灾非常多。打火机受到外部打击产生碎裂时，内部被压缩的液体丁烷瞬间被解压，接触到空气的液体瞬间汽化，气体膨胀而发生爆炸。这种爆炸属于物理性爆炸。丁烷气体有没有可能发生化学性爆炸？

［学生］根据所学的爆炸知识可以确定会发生化学性爆炸，因为丁烷为可燃性气体，只要是在有限空间内急剧燃烧，会发生化学性爆炸。

［教师］丁烷是易燃气体，与空气混合能形成爆炸性混合物，其爆炸极限是1.6%～8.5%，当遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。请根据今天所学，设计一份打火机燃料成分及安全使用的说明书。

［学生活动］各小组根据要求从外观、内容、表述等方面研讨和设计打火机燃料成分及安全使用的说明书，展示成果并总结今天所学的内容和知识。

［设计意图］通过对爆炸的分析，再次认识丁烷性质，并体验化学与安全之间的密切关系，提升安全意识和合理使用化学品观念。

五、项目教学反思及改进建议

在整个项目式教学过程中，始终以完成驱动性任务来推进教学进程，学生通过四个项目任务逐步认识了丁烷的组成、结构、性质，真正体验了研究物质的一般过程和思路，深化了学生对物质的组成与结构、性质与变化之间关系的认识。

学生在认识丁烷的组成和构成时，在教师支持下设计了验证丁烷燃烧生成水和二氧化碳的实验，并根据质量守恒定律知识，还设计了测定水和二氧化碳的实验方法，取得了满意的教学效果，践行了“做中学”“用中学”“创中学”的理念。但是耗时稍多，可将部分该内容作为前置性作业分小组讨论。

从整个项目式教学环节来看，四个任务连续性推进使得本节课知识环环相扣，学生不只是单纯的完成某一个项目任务，任务之间是相互联系、相互渗透的。学生认识了丁烷的组成和结构，会分析丁烷可能发生的变化，通过实验认识了丁烷的性质，还会分析选择丁烷做燃料的原因以及打火机爆炸的可能原因，总之，让学生真实感受到了物质“结构－性质－变化”之间的密切关系。

参考文献

［1］王晶，郑长龙.普通高中教科书 选择性必修3 有机化学基础［M］.北京： 人民教育出版社，2023.

［2］刘东方，李研，刘伟，等.初中化学“燃烧的条件”项目式教学实践 ——探究打火机的工作原理［J］.中小学教学研究，2023（5）：59-65．