内容正文:
人教版化学 九年级上册
第七单元
跨学科实践活动 6
调查家用燃料的变迁与合理使用
第七单元 能源的合理利用与开发
柴 草
煤
液化石油气
天然气
主讲人:______ 学 校:______
活动内容见教材第 182 页
人教版 九年级化学上册 第七单元
跨学科实践活动6 调查家用燃料的变迁与合理使用
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本课在第七单元的位置
课 题 1
燃料的燃烧
(第158—168页)
课 题 2
化石能源的合理利用
(第169—177页)
实验活动 4
燃烧条件的探究
(第181页)
跨学科实践活动 6
调查家用燃料
(第182页)
①
课题 1(第158—168页)
燃烧需要什么条件,怎样让燃料烧得更充分。
②
课题 2(第169—177页)
煤、石油、天然气从哪里来,烧完留下什么。
③
本课(第182页)
把这两笔账,算回自己家的灶台。
学完这一单元,最该能回答的一个问题是:我家的火,为什么是现在这个样子?
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这节课要解决什么
“从古至今,尤其是近几十年来,家用燃料经历了巨大的变化。我国幅员辽阔,
不同地区家用燃料不尽相同。”
——教材第182页
①
家用燃料经历了
怎样的变化?
②
变化的
原因是什么?
③
这些燃料的使用
带来什么影响?
④
使用中
有哪些注意事项?
这四个问题,就是本次活动的任务单。
教材开头这段话没有直接给答案——答案在你家的厨房里,也在近几十年的资料里。
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活动目标
01
运用调查研究的方法收集资料,了解家用燃料的变迁。
02
基于家用需求,从燃烧效果、储存、环境保护、成本等角度理解家用燃料的变迁。
03
结合燃料的性质与燃烧的条件,理解改变燃料加工方式、改进燃烧装置等对燃料合理使用的意义,对家用燃料的选择与合理使用提出改进建议。
以上三条为教材第182页“活动目标”原文,未作改写。
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活动怎么排
阶段 时间 主要任务
课前调查 约 1 周 分组领任务;访谈家长、抄燃气表和电表、查资料,填写调查表
课内交流 1 课时 各组汇报,每组 8 分钟;组间互评,教师点评补充
课后延伸 3 天 修改调查报告;完成一份“家庭用气建议单”,在班级或社区展示
第一组 现在用什么
任务一
第二组 怎么变来的
任务二
第三组 以后用什么
任务三
每组至少交一份原始记录:燃气表读数、缴费单、访谈原话或照片。没有原始记录,报告不算完成。
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三代人的厨房
奶 奶
·土灶烧秸秆、树枝
·灶膛大,靠风箱送风
·烟大,墙面容易熏黑
爸 爸
·先烧煤球、蜂窝煤
·后来换成煤气罐
·要用减压阀和胶管
我
·管道天然气,拧开就打火
·还有电磁炉、电水壶
·做饭时几乎不见烟
同一间厨房,火为什么会变?
各地差别很大。教材第182页:“我国幅员辽阔,不同地区家用燃料不尽相同。”下面以你自己家的调查为准。
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任务一:调查家用燃料
任务一 调查家用燃料
教材第182页
1
调查家中目前使用的燃料及其用途。
2
家用燃料在使用时有一些常见处理方式,如改变燃料的组成、形态,选用合适的燃具,调节燃具进气量等。
向家长询问使用燃料时是否进行过这方面的处理,运用燃烧调控等知识解释这些做法的科学原理。
要点:“改变组成、形态”“选用燃具”“调节进气量”这三件事,都能用第165页“燃料的充分燃烧”来解释。
访谈时记原话,别替家长总结。
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把调查做成一张表
调查项目 我家的实际情况
燃料名称 如:管道天然气(灶具用)、电(热水器用)
主要用途 做饭、烧水、洗澡、取暖
使用设备 灶具、热水器、取暖器的名称与型号
每月用量与费用 查燃气表、电表或缴费单;每月约___元
储存与输送 管道入户、钢瓶、堆放
家长做过的处理 调风门、换灶具、改燃料、加装烟囱
安全设施 燃气报警器、灭火器、通风条件
用量和费用照实抄,不要估算;这是后面算“划不划算”的唯一依据。
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调查发现①:一个厨房不止一种燃料
灶 具
天然气或液化石油气
要火力集中、随开随用、能爆炒
热水器
燃气热水器 或 电热水器
要持续、稳定、排烟通畅
取 暖
空调、电暖器、煤炉
要不间断,更要不中毒、不起火
用途不同,对燃料的要求就不同——“选择”这件事从这里开始。
所以调查表不能只填一行。农村或城乡结合部,还可能保留柴灶、沼气池(教材第172页)。
回到班里先做一件事:把各组表格里的“燃料名称”汇总到黑板上,看一共出现了几种。
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调查发现②:家里做过的三件事
改变燃料的组成、形态
煤压成蜂窝煤;石油变成液化气;秸秆粪便变沼气
选用合适的燃具
燃气灶、燃气热水器;不同的气源要用不同的灶具
调节燃具进气量
调风门,把黄色火焰调成蓝色火焰
这三种做法,出自教材第182页任务一第2条。接下来的三页,逐一用化学解释。
解释的落点只有一个:教材第165页“燃料的充分燃烧”。
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解释一:为什么要改变组成和形态
煤 → 蜂窝煤
加黏土压成带孔的蜂窝状,增大煤与氧气的接触面。
依据:第165页“燃料与空气要有足够大的接触面”
石油 → 液化石油气
丙烷、丁烷等加压液化装进钢瓶,体积小、好运输。
依据:第170页“加压后可储存在钢瓶中”
煤 → 煤气
隔绝空气加强热,得到含CO、H₂、CH₄的混合气体,可管道输送。
依据:第169页煤的综合利用
秸秆、粪便 → 沼气
在密闭沼气池中发酵,产生以甲烷为主的可燃气体。
依据:第172页
变的是形态和组成,为的是三件事:好烧、好存、好送。
注意:改的是“燃料怎么用”,不是把燃料的化学性质变了——烧出来的产物还是二氧化碳和水。
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解释二:为什么灶具要“配对”
燃气灶为什么“火大气足”
·燃气和空气先混合,火焰短、温度高
·火盖把火焰分成一圈小火苗,受热均匀
·锅架高度让外焰正好接触锅底
一条必须记住的常识
·不同燃气的成分和供气压力不同,喷嘴孔径也不同
·气源与灶具不匹配,燃烧不正常,会产生一氧化碳
·换气源要换灶具或改喷嘴,由燃气公司操作
教材依据(第165页):“燃烧时要有足够的空气(氧气),燃料与空气要有足够大的接触面”
合适的灶具,就是在替我们做这两件事。
说明:本页“喷嘴孔径”“换气源换灶具”属生活安全常识,不是教材原文,讲课时可点明。
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解释三:黄焰为什么既费气又危险
看到的现象
火焰呈黄色或橙色,锅底出现黑色物质
正常的样子
蓝色火焰,短而有力,锅底干净
风门开度小
空气不足
燃烧不充分
黄焰、黑烟、CO
办法:调大风门,火焰由黄变蓝;火苗高度不超过锅底。
化学上发生了什么
氧气充足:C + O2 → CO2 (碳完全燃烧,放热多)
氧气不足:燃料不能充分燃烧,产生黑烟和一氧化碳(第165页)
火焰发黄不是“火旺”,是气多空气少:同样一锅水,费气还污染。
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任务一的汇报支架
①
我家现在用____,主要用来____,每月大约用____。
②
家长做过的一件处理是____,目的是____。
③
从化学上看,这样做是因为____。
三点齐全才算讲完:有数据、有原话、有解释。每组 3 分钟。
说不清的地方正好是回查教材的地方——先翻第165页,再翻第182页。
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任务二:了解家用燃料的变迁
任务二 了解家用燃料的变迁
教材第182页
1
查阅资料,调查近几十年来我国及本地区家用燃料的变化。
2
汇总调查结果,整理这些家用燃料的来源、成分、燃烧时发生的主要反应、燃烧产物等,尝试归纳它们的优缺点。
3
从家用需求出发,考虑家用燃料应具备的特点。在此基础上,综合多种因素分析家用燃料变迁的原因。
第2条里的“主要反应”,就是我们下面六张档案卡要填的东西。
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家用燃料走过的大致四段
20世纪50—70年代
农村烧秸秆、柴草;城市烧煤球、蜂窝煤。灶台边常年一层灰。
20世纪80—90年代
钢瓶液化石油气进了楼;部分城市通上管道煤气。
2000年以来
西气东输,管道天然气入户;燃气热水器逐渐普及。
近年来
天然气配电磁炉;太阳能热水器、新能源汽车进入家庭。
把这四段连起来看:烧的东西在变,灶具在变,厨房里的活越来越少。
时间轴为一般情况,依据教材第169—175页与公开统计资料整理;本地区以调查结果为准。
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档案① 柴草
柴 草
秸秆、树枝、杂草——最古老,也最直接的一种燃料
【来源】农作物秸秆、树枝、杂草
【主要成分】含碳、氢、氧的有机物,如纤维素
【存放】捆扎堆放,随用随取
【燃烧】与氧气反应,生成二氧化碳和水
有机物 + O2 → CO2 + H2O 等
【产物】CO2、H2O,还有大量烟尘
【火焰】不稳定,受潮后很难点着
优点 就地取材,几乎不花钱,不依赖管网
不足 热值低、烟尘大、占地方;厨房容易熏黑
依据:教材第175页把植物、动物、微生物及其废弃物统称为生物质,柴草属于生物质。
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档案② 煤
煤
“煤是复杂的混合物”——这一句,解释了它为什么“脏”
【来源】古代生物的遗骸经一系列复杂变化形成,不可再生
【主要成分】复杂的混合物,主要含碳,还含氢、氧、氮、硫
【燃烧】利用碳与氧气反应放热
碳燃烧的化学方程式
C + O2
CO2
【产物】CO2、SO2、氮的氧化物、烟尘;氧气不足时还有CO
【灰渣】不能燃烧的矿物质,最后变成炉渣
优点 储量大(2021年 2 079 亿吨,表7-3)、价格低
不足 不可再生;SO2 和氮的氧化物形成酸雨;灰渣多
教材第173—174页:“煤燃烧时产生二氧化硫、氮的氧化物等污染物……溶于雨水,会形成酸雨。”
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档案③ 管道煤气
管道煤气
把煤变成气,就能用管道送进楼里
【来源】将煤隔绝空气加强热分解,得到焦炭、煤焦油、煤气等
【主要成分】一氧化碳、氢气和甲烷等组成的混合气体
【输送】管道入户
一氧化碳燃烧的化学方程式
2CO + O2
2CO2
【产物】CO2、H2O(氢气、甲烷燃烧也生成水和二氧化碳)
【特点】燃烧效率比直接烧煤高,不用运煤、不用清渣
优点 管道输送,拧开就用;厨房干净
不足 CO 有毒;泄漏遇火源会爆炸(爆炸极限 12%~74%)
使用要点:闻到异味,先开窗、关阀,不动电器、不打火,到室外打电话。
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档案④ 液化石油气
液化石油气
石油炼制的副产品,加压装进钢瓶
【来源】石油炼制得到的产品
【主要成分】丙烷、丁烷、丙烯和丁烯等
【储存】加压后可储存在钢瓶中
为什么气体能装进钢瓶
常温常压
气体,体积大
加压
加压后
液体
体积大大缩小,
一只钢瓶能装下
一户人家用很久的气
钢瓶里装的是液体,用时减压汽化再燃烧;完全燃烧生成二氧化碳和水。
优点 热值高;不用管网,适合分散住户
不足 要换瓶、占地方;钢瓶内压强较大,易燃易爆
教材第170页“注意”:液化石油气易燃易爆,其钢瓶内压强较大,使用时要注意安全。
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档案⑤ 天然气
天然气
现在多数城市家庭灶台上的主角
【来源】化石能源;有石油的地方,一般都有天然气
【主要成分】气态碳氢化合物,最主要的成分是甲烷
【实验7-2】干冷烧杯内壁出现水雾;澄清石灰水变浑浊
甲烷燃烧的化学方程式
CH4 + 2O2
CO2 + 2H2O
【产物】CO2 和 H2O——正是实验7-2的两个现象
【为什么干净】天然气几乎不含硫,燃烧不产生 SO2
优点 管道输送,不用换瓶;燃烧不产生 SO2
不足 仍是化石能源,不可再生;泄漏遇火源会爆炸(5%~16%)
教材第171页“注意”:点燃甲烷前,要先检验甲烷的纯度。
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档案⑥ 沼气
沼气
把废弃物关进池子,让微生物替你“造气”
【来源】秸秆、杂草、人畜粪便等废弃物,在密闭沼气池中发酵
【主要成分】甲烷
【用途】煮饭、发电;沼渣沼液是肥料
甲烷燃烧的化学方程式
CH4 + 2O2
CO2 + 2H2O
【产物】CO2 和 H2O
【池子结构】进料口、发酵间、储气间、水封、出料间(图7-21)
优点 废物利用、可再生;不跟人争粮食,也不白烧秸秆
不足 产气受温度影响;要建池;气压不稳
教材第172页图7-21给出了沼气池的制取和利用示意,可与本页对照看。
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六种燃料摆在一起看
燃料 来源与主要成分 主要反应 燃烧产物 优点与不足
柴草 秸秆、树枝;含C、H、O的有机物 与O2反应 CO2、H2O、烟尘 便宜易得;烟大、热值低
煤 化石能源;主要含C,还有H、O、N、S C + O2 CO2 CO2、SO2、氮氧化物、烟尘 储量大、价低;污染重
煤气 煤加强热所得;CO、H2、CH4 2CO + O2 2CO2 CO2、H2O 管道输送;CO有毒
液化石油气 石油炼制;丙烷、丁烷等 碳氢化合物燃烧 CO2、H2O 热值高、不用管网;钢瓶压强高
天然气 化石能源;甲烷为主 CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O CO2、H2O 清洁方便;不可再生
沼气 废弃物发酵;甲烷为主 CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O CO2、H2O 可再生;产气不稳
这张表对应教材第182页任务二第2条的四项要求:来源、成分、主要反应、产物,再加上优缺点。
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家用燃料该具备什么特点
燃烧效果好
热值高、火焰稳定、上火快
储存运输方便
管道、钢瓶、堆放都要安全可靠
安 全
不易泄漏、不易中毒、不易爆炸
清 洁
燃烧产物不污染室内外空气
成本可接受
单价、灶具和管网投入都要算
获取方便
当地有供应,随用随有
用这六条给上一页的六种燃料各打 1~5 分,就能看出:谁被换掉,为什么被换掉。
教材第182页任务二第3条:“从家用需求出发,考虑家用燃料应具备的特点。”
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变迁不是一件事促成的
因素 具体表现
资 源 我国煤多油少(第170页),天然气要靠长输管网调入
技 术 液化、气化、长输管道、灶具与热水器逐步成熟
环 境 煤燃烧产生SO2、氮的氧化物,形成酸雨(第173页)
经 济 燃料单价、钢瓶与管网投入、做饭的时间成本
生 活 要快、要干净、要省事,厨房不想再熏黑
教材第178页:“选择燃料应综合考虑资源、环境、技术和经济等多方面因素”。
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算一算:化石能源还能用多久
化石能源 2021年储量 2021年产量 储量 ÷ 年产量
煤 2 079 亿吨 41.3 亿吨 约 50 年
石油 36.89 亿吨 1.99 亿吨 约 19 年
天然气 63 393 亿立方米 2 075.8 亿立方米 约 31 年
按 2021 年产量估算(仿教材第173页图7-23的表示方法)
煤
约 50 年
石油
约 19 年
天然气
约 31 年
化石能源是不可再生能源(第169页):用一年,少一年。
说明:按年产不变估算,实际产量会变,结果只作量级参考;数据取自教材第173页表7-3。
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任务三:展望未来的家用燃料
任务三 展望未来的家用燃料
教材第182页
1
对你所在地区家用燃料的选择和使用提出建议。
2
查阅资料,了解现有燃料的替代品。从家用需求出发,结合燃料的性质、燃烧的调控、环境保护和社会发展等,分析这些替代品的优势和不足。
注意:“建议”不是口号。每条建议都要说清:谁、在什么时候、做什么、为什么能省气或更安全。
本页是整节课的出口,前两个任务的数据和结论,都要在这里用上。
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评价一种替代品,就问四句话
① 它是什么
成分是什么?燃烧时发生什么反应,产物是什么?
② 能不能烧好
在这台灶具上能否充分燃烧?需要怎样调控?
③ 排放在哪里
从生产到使用,污染物落在厨房、电厂还是工厂?
④ 撑不撑得住
价格、管网、资源,够不够家家户户用?
教材第182页给的角度:“结合燃料的性质、燃烧的调控、环境保护和社会发展等”
四个问题,就是把这四个角度翻成能开口问的话。
按这四问填一张表,替代品的“优势与不足”就不用凭感觉写了。
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替代品① 电
优 势
·不用明火,室内不产生CO、SO2和烟尘
·温度可控,电磁炉、电水壶、电饭煲热效率高
·没有燃气泄漏和爆炸的风险
不 足
·依赖电网,停电就做不成饭
·大功率电器要单独回路,老房子线路吃不消
·爆炒的火候与明火有差别
关键一问:电从哪来?
若来自燃煤电厂,污染物只是从自家厨房,搬到了电厂烟囱下。
教材第176页“我国已建成世界最大规模的清洁发电体系”;第174页提到推广使用电动汽车。
所以:电不是燃料,是用能方式。它干不干净,取决于发电结构。
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替代品② 氢能
“氢气无毒,完全燃烧放出的热量约为同质量甲烷的两倍或同质量汽油的三倍,且燃烧后的产物是水”
——教材第174页
2H2 + O2
2H2O
优 势
·同质量放热约为甲烷2倍、汽油3倍
·产物只有水,不排CO2、不排污染物
制 约
·制取要耗能:电解水或以化石能源为原料
·大量制取和储运成本较高(第175页)
家用判断:干净不等于便宜。瓶装氢气进厨房,短期内还不现实。
教材第174页图7-24、图7-25:氢氧火箭发动机、氢能源市域列车——先用在对成本不敏感的地方。
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替代品③ 太阳能、生物质能等
“人们正在开发和利用许多其他能源,如太阳能、风能、地热能、潮汐能、核能和生物质能等,促进能源消费结构不断优化,向清洁低碳方向转变”
——教材第175页
太阳能热水器
屋顶一支真空管,晒一天水就热
屋顶光伏
白天发电,自家用不完可以上网
沼气与生物质
秸秆、粪便发酵产气,或压成成型燃料
优势
可再生;使用时几乎不排CO2;不受气价影响
不足
看天气、看地域;初期投入高;要用电或气兜底
替代不是“换一种燃料”,而是“换一套系统”。
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给家里写五条建议
1
火焰发黄就调风门
空气不足,燃烧不充分,生成CO和黑烟(第165页)
2
锅底擦干再上火,火苗不超过锅底
水蒸发要吸热;外焰温度最高,窜出锅底就是白烧
3
用完关灶前阀,胶管到期就换
泄漏达到爆炸极限,遇火源会爆炸(第164页)
4
有管网用天然气;无管网用液化气并直立存放
天然气几乎不含硫;钢瓶内压强较大(第170页)
5
做饭开抽油烟机或开窗
燃烧消耗氧气,产物要及时排出室外
五条都写了“为什么”。回去交给家长时,也要能讲出这个“为什么”。
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展示与交流
成果形式(每组选两种)
·调查报告(含六种燃料对比表)
·家用燃料变迁时间轴海报
·家庭访谈记录(原话+照片)
·给社区的一页宣传单
评价项目 达成标准 分值
调查真实 有原始记录:表数、账单、访谈原话 25
化学准确 成分、反应、产物与教材一致,能解释现象 35
建议可行 针对本地区、本家庭,说清怎么做 25
表达合作 8分钟内讲完,分工明确 15
汇报顺序按任务走:调查方法 → 数据 → 化学解释 → 建议。
教材第182页“展示与交流”:展示小组调查研究成果,在班级内进行交流。
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一条不能省的底线:用气安全
“可燃气体等在空气中达到一定的含量时,遇到火源就会发生爆炸。”(教材第164页)
爆炸极限 H2 4% ~ 74%
爆炸极限 CH4 5% ~ 16%
爆炸极限 CO 12% ~ 74%
(体积分数,教材第164页表7-2)
开窗通风,关阀门
先让气散出去,再断气源
不开关电器、不打火
一个电火花就可能点着
到室外打电话
离开现场再联系燃气公司
有人中毒、起火,打119
火警电话(教材第163页)
用煤炉取暖的家庭:必须装烟囱、留通风口(教材第168页第8题)。
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这节课留下了什么
知 识
·燃料的成分决定燃烧产物
·产物决定它对空气的影响
·来源决定它可不可再生
方 法
·访谈、抄表、查资料
·六种燃料横向对比
·储量与排放的估算
观 念
·选燃料要算四笔账:
·资源、环境、技术、经济
·这正是教材第178页的结论
家里的火,是化学、资源和技术一起决定的结果。
对应教材第178页“整理与提升”中“认识能源的合理利用与开发”三条。
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作业
基础作业
完成调查报告,附一张六种燃料对比表(可用第24页的格式)。
实践作业
回家调一次风门,记录火焰由黄变蓝的过程;检查一次燃气胶管。
拓展作业
给社区写一页“安全用气·节约用气”宣传单,交给家长和邻居。
安全提醒:实验和居家用火都要有人看管;离室前确认火源熄灭、阀门关闭。
谢谢观看,请把调查表带回课堂交流。
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