摘 要：本文以初中化學(xué)“打火機中燃料的探究”為學(xué)習(xí)主題開展項目式教學(xué)，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(wù)，幫助學(xué)生深刻理解物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與變化等基本知識及它們間的關(guān)系，旨在幫助學(xué)生形成學(xué)習(xí)研究物質(zhì)組成的一般思路和方法。

關(guān)鍵詞：項目式教學(xué)；打火機中的燃料；專題復(fù)習(xí)

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(nèi)容分析

燃料的組成與性質(zhì)是初中階段化學(xué)學(xué)習(xí)的重點內(nèi)容之一，對學(xué)生形成化學(xué)觀念、養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度有著十分重要的作用。

有關(guān)燃料的知識，在人教版化學(xué)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(xué)習(xí)中，學(xué)生對物質(zhì)的組成、性質(zhì)和變化已經(jīng)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(zhì)性質(zhì)、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(xué)習(xí)是在學(xué)生學(xué)完第七單元“燃料及其應(yīng)用”后的一節(jié)復(fù)習(xí)課，通過對打火機中的燃料丁烷的探究，學(xué)習(xí)研究物質(zhì)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(xué)生深刻理解物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化之間的關(guān)系。

二、項目教學(xué)目標

本項目教學(xué)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(fā)探究燃料組成的興趣，通過實驗探究，構(gòu)建定性、定量認識物質(zhì)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(fā)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(zhì)，學(xué)會運用觀察、實驗等手段獲取化學(xué)事實的方法。

（4）通過展示化學(xué)事實，進一步形成“變化體現(xiàn)性質(zhì)”的觀念，利用所學(xué)知識設(shè)計打火機的安全使用說明書，進一步認識物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與變化及它們之間的關(guān)系。

三、項目實施過程

1. 任務(wù)1 探究燃料的成分

［情境創(chuàng)設(shè)］展示幾種常見的打火機，讓學(xué)生感受打火機的種類、生產(chǎn)情況及使用不當給生活所帶來的火災(zāi)、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(xué)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(shè)計實驗證明液體燃料中的碳、氫元素組成。

［學(xué)生活動］學(xué)生小組討論、合作，教師協(xié)助設(shè)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(chǎn)生后，倒轉(zhuǎn)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(xué)生分兩組，分別按方案一和方案二進行實驗。兩實驗中均發(fā)現(xiàn)有小液滴產(chǎn)生，澄清石灰水最終均變渾濁，得出結(jié)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(shè)計定量實驗來測定氧元素是否存在。

［學(xué)生活動］學(xué)生設(shè)計實驗方案并進行實驗。先分別稱量圖1中裝置B、C的質(zhì)量，記為m1、m2；再將質(zhì)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(chǎn)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(zhì)量，記為m3、m4。

［教師］根據(jù)化學(xué)變化前后元素質(zhì)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(xué)生］上述方案中存在以下問題：①不能確定燃料燃燒時產(chǎn)物只有CO2和H2O；②該裝置測定產(chǎn)生的二氧化碳和水的質(zhì)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(xiàn)代元素分析儀測定丁烷的實驗過程，呈現(xiàn)測定結(jié)果：碳元素的質(zhì)量分數(shù)是82.68%，氫元素的質(zhì)量分數(shù)是17.32%，無氧元素。

［學(xué)生活動］根據(jù)數(shù)據(jù)計算碳原子與氫原子的個數(shù)比為：82.6812∶17.321≈2∶5

［教師］根據(jù)碳、氫原子的個數(shù)比是否可以確定其化學(xué)式為C2H5？

［學(xué)生］不可以，化學(xué)式也可能為C4H10，還需要知道其相對原子質(zhì)量。

［教師活動］播放用質(zhì)譜儀測定其相對分子質(zhì)量過程的視頻，根據(jù)圖譜分析該燃料的相對分子質(zhì)量為58。根據(jù)上述數(shù)據(jù)可知該燃料的化學(xué)式為C4H10。

［學(xué)生活動］學(xué)生總結(jié)確定燃料物質(zhì)化學(xué)式的一般方法（見圖3）。

［設(shè)計意圖］鞏固從定性角度分析物質(zhì)組成的方法；學(xué)會定量分析實驗數(shù)據(jù)、計算物質(zhì)的元素原子個數(shù)及確定有機物的一般方法。

2. 任務(wù)2 探索燃料的來源

［教師］如何獲得丁烷？

［學(xué)生］它應(yīng)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(jīng)過石油的物理變化分餾獲得嗎？

［學(xué)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(xué)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(jīng)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(fā)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(zhì)油發(fā)生分解的過程。例如，C16H34催化劑加熱、加壓C8H18＋C8H16。

［學(xué)生］第二個過程即石油的催化裂化是化學(xué)變化。

［教師］通過丁烷獲得過程的分析，同學(xué)們有哪些收獲？

［學(xué)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(xué)變化，且并還認識了石油中的某些物質(zhì)除了燃燒外還能發(fā)生分解反應(yīng)。

［設(shè)計意圖］較深入、全面地認識石油煉制的過程；學(xué)會從變化的角度認識物質(zhì)生成過程。

3. 任務(wù)3 探秘燃料的選法

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

［學(xué)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(xué)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(shè)計一個實驗證明當打開打火機燃料閥時，丁烷液體變?yōu)榱藲怏w？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(nèi)部構(gòu)造，試著分析上述問題。

［學(xué)生］我們可以在水中按壓開關(guān)，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(guān)，可觀察到水中產(chǎn)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(guān)，液態(tài)丁烷變?yōu)榱藲怏w，這說明在相同條件下，減小壓強可以增大分子間間隔，實現(xiàn)液體到氣體的轉(zhuǎn)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(guān)，丁烷被點燃。

［教師］按動開關(guān)時，連接開關(guān)的電子打火器產(chǎn)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?yōu)榱藲怏w，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(xué)性質(zhì)有關(guān)？

［學(xué)生］可能與三種燃料的著火點有關(guān)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(xué)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(zhì)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(guān)。思考質(zhì)量為mg的三種氣體燃料燃燒時哪個消耗的氧氣少？

［學(xué)生活動］根據(jù)方程式計算并匯報等質(zhì)量甲烷、丙烷和丁烷完全燃燒消耗氧氣的質(zhì)量。

［設(shè)計意圖］感受性質(zhì)與用途的關(guān)系，進一步學(xué)會從物理、化學(xué)性質(zhì)兩個角度分析物質(zhì)的用途。

4. 任務(wù)4 探析爆炸的原因

［教師］每年兒童因玩打火機而引發(fā)的爆炸、火災(zāi)非常多。打火機受到外部打擊產(chǎn)生碎裂時，內(nèi)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(fā)生爆炸。這種爆炸屬于物理性爆炸。丁烷氣體有沒有可能發(fā)生化學(xué)性爆炸？

［學(xué)生］根據(jù)所學(xué)的爆炸知識可以確定會發(fā)生化學(xué)性爆炸，因為丁烷為可燃性氣體，只要是在有限空間內(nèi)急劇燃燒，會發(fā)生化學(xué)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(jù)今天所學(xué)，設(shè)計一份打火機燃料成分及安全使用的說明書。

［學(xué)生活動］各小組根據(jù)要求從外觀、內(nèi)容、表述等方面研討和設(shè)計打火機燃料成分及安全使用的說明書，展示成果并總結(jié)今天所學(xué)的內(nèi)容和知識。

［設(shè)計意圖］通過對爆炸的分析，再次認識丁烷性質(zhì)，并體驗化學(xué)與安全之間的密切關(guān)系，提升安全意識和合理使用化學(xué)品觀念。

五、項目教學(xué)反思及改進建議

在整個項目式教學(xué)過程中，始終以完成驅(qū)動性任務(wù)來推進教學(xué)進程，學(xué)生通過四個項目任務(wù)逐步認識了丁烷的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，真正體驗了研究物質(zhì)的一般過程和思路，深化了學(xué)生對物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與變化之間關(guān)系的認識。

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

從整個項目式教學(xué)環(huán)節(jié)來看，四個任務(wù)連續(xù)性推進使得本節(jié)課知識環(huán)環(huán)相扣，學(xué)生不只是單純的完成某一個項目任務(wù)，任務(wù)之間是相互聯(lián)系、相互滲透的。學(xué)生認識了丁烷的組成和結(jié)構(gòu)，會分析丁烷可能發(fā)生的變化，通過實驗認識了丁烷的性質(zhì)，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(xué)生真實感受到了物質(zhì)“結(jié)構(gòu)－性質(zhì)－變化”之間的密切關(guān)系。

參考文獻

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