思政元素:勇于探索,追求真理(道尔顿原子论、阿伏伽德罗分子学说)。
一、内容分析
物质的量是国际单位制中的7个基本物理量之一,属于重要的基本概念。以物质的量概念为基础,可以得出摩尔质量、气体摩尔体积、物质的量浓度等一些在化学中有重要应用的概念。因此,物质的量被广泛地应用于工业、农业、医疗及科学研究中。物质的量及其相关概念的建构,可以引导学生进一步从定量的角度研究物质间所发生的化学反应,有助于学生深入理解宏观物质与微观粒子之间的联系。
本节包含三部分内容,按照知识的内在联系,这三部分内容是不可分割的整体。第一部分着重介绍物质的量及其单位、摩尔质量,通过列举事实,让学生知道宏观物质与微观粒子之间存在一定的联系。第二部分介绍气体摩尔体积,通过“思考与讨论”栏目,引导学生分析影响气体体 积大小的因素。第三部分介绍物质的量浓度,学生将在理解概念的基础上,应用概念完成“配制一定物质的量浓度的溶液”的实验。
本节内容的突出特点是概念多而抽象,如物质的量、摩尔质量、阿伏加德罗常数、气体摩尔体积、物质的量浓度等。这些词汇对学生来说比较陌生,与头脑中原有的认识如物质的质量、气体的体积等会产生冲突。考虑到学生的接受能力,教材有意识地降低了难度,并没有要求学生对 这部分内容理解得很透彻;特别是降低了化学计算的难度,只要求学生学会关于概念的简单计算,将物质的量在化学方程式中的计算分散到第三章中进行介绍。正是由于概念的抽象性,教材中穿插了丰富的素材,如图片、探究活动等,不仅丰富了版面,还达到了将抽象概念可视化的效果,直观地引导学生从宏观与微观两个视角认识物质,着力帮助学生理解物质的量是连接宏观与微观的桥梁,进而加深学生对物质的量等概念的理解。
物质的量是高中化学学习中重要的工具性内容。为了在后续学习中更好地发挥其工具作用,教材以例题的方式,引导学生理解概念、应用概念,并规范解题步骤,让学生进一步体会宏观物质的质量、气体的体积、物质的量浓度等与物质的量的关系,将概念的理解和概念的应用两个环 节交织进行,突出定量研究的特点。
二 、教学目标
1.教学目标
(1)了解物质的量的单位——摩尔。
(2)通过对比、类比、归纳、演绎等多种思维活动,了解摩尔质量、气体摩尔体积和物质的 量浓度的含义,体会从物质的量层次定量研究化学问题的意义。
(3)能基于物质的量认识物质组成及其化学变化;运用物质的量、摩尔质量、气体摩尔体积和物质的量浓度之间的相互关系进行简单计算。知道从定量的角度认识宏观物质和微观粒子的相互关系是研究化学问题的科学方法之一。
(4)认识容量瓶,初步学会配制一定物质的量浓度溶液的方法和技能,通过对实验细节的分析,发展定量研究的意识。
(5)通过了解生产、生活、科研中的多种计量方法,认识化学计量方法的选择取决于实际需要,初步学会从实际需求的角度审视化学问题。
2. 教学重点和难点
重点:物质的量的概念;建构以物质的量为中心的转化关系,感受宏观与微观相结合的思想。
难点:物质的质量、气体摩尔体积、物质的量之间转化关系的建构。
三 、教学建议
1.突出学习物质的量及有关知识的重要性
教学中可创设情境,突出学习物质的量这一概念的必要性和重要性。例如,可从生活中的计量引入。以下提供两个情境示例。
情境1 将曲别针分别放在两个信封中,一个信封装200只零散的曲别针,另一个装2盒曲别针(规格为100个/盒),将两个信封分发给两名学生,请他们分别拿出100个曲别针,看谁能更快地拿出来,并提问为什么他能这么快。
情境2 请完成下表,用“能”或“否”回答,并思考从中得到哪些启示。
集团计量购买 | 单个计量购买 | 单个计量使用 | |
纸张 | |||
曲别针 | |||
大米 |
这些情境的创设,目的是引导学生关注生活中的计量方式,引出集团计量的意义,为学习集团计量微观粒子、引入物质的量的概念打下基础。
也可以从本节内容入手直接引入。以下提供两个情境示例。
情境1.展示一瓶矿泉水,提出问题:从宏观角度看,矿泉水的质量和体积都可以测量,那么这瓶矿泉水中有多少个水分子呢?这就需要建立起宏观物质水与微观粒子水分子间的关系。为此,我们引入“物质的量”这一概念。
情境2 原子是化学变化中的最小粒子。分子与分子、原子与原子按一定的比例定量地进行化学反应,而原子或分子都很小,我们肉眼不可能观察到,更不可能一个一个地进行称量。怎样将微观的粒子数目与宏观的物质质量联系起来,来研究分子、原子或离子所进行的化学反应呢? 这就需要一个新的物理量。
以上述情境引入物质的量的概念之后,可向学生介绍:1971年第14届国际计量大会通过了 以“物质的量”作为化学计量的基本物理量,规定其单位为摩尔(mol);2018年第26届国际计量大会对摩尔这个基本单位进行了重新定义,规定1mol 任何粒子的粒子数为阿伏加德罗常数,以阿伏加德罗常数这一基本物理常数定义摩尔,可大大提高摩尔这一单位的稳定性和精确度。在实际应用时,1 mol任何物质的质量以克为单位时,其数值恰好等于该物质的相对原子质量或相对分子质量,这样使用起来就十分方便。当物质的量小于0.1 mol或大于1000 mol时,正像小于0.1m或大于1000m 一样,需要采用“摩”的倍数单位。
2.引导学生正确理解并运用物质的量的相关概念
要强调“物质的量”是一个基本物理量,四个字是一个整体,不能拆开理解,也不能压缩为“物质量”,否则就改变了原有的意义。要说明“摩尔”是“物质的量”的单位,不要将两者混淆起来,如“某物质的物质的量是多少”不要说成“某物质的摩尔数是多少”。
应该强调,物质的量这个物理量只适用于微观粒子,即原子、分子、离子等,使用摩尔(简 称“摩”)作单位时,所指粒子必须十分明确,且粒子的种类要用化学式表示。如写成2 mol H、1 mol H₂ 、1.5 mol NaOH 、1mol OH和1mole- 等。
摩尔质量是单位物质的量的物质所具有的质量,单位是克/摩 (g/mol) 或千克/摩 (kg/mol) 等。摩尔质量以克/摩为单位时,在数值上与物质的相对分子质量或相对原子质量相等。对于某一纯净物来说,它的摩尔质量是固定不变的,而物质的质量则随着物质的量不同发生变化。例如,1 molO₂ 的质量是32g,2molO₂ 的质量是64g, 但O₂的摩尔质量并不会发生任何变化,还是32 g/mol
有关物质的量浓度概念的教学,可让学生收集资料,查阅生活中各种溶液组成、浓度的表示方法,如饮料、医用酒精、生理盐水等,比较各种浓度表示方法的含义,并将这些浓度与物质的 量浓度进行对比,整理成表格,如下表所示。
溶质的质量分数 | 溶质的物质的量浓度 | |
表示溶质的物理量 | 质量 | 物质的量 |
单位 | 1(是质量比) | mol·L- |
特点 | 相同质量分数、相同体积的不同 溶液,所含溶质的质量相同,但 溶质的物质的量不相同 | 相同物质的量浓度、相同体积的 不同溶液,所含溶质的物质的量 相同,但溶质的质量不相同 |
化学反应中物质的粒子数目之间存在一定的比例关系,用质量表示有时不方便,所以有必要引入物质的量浓度。学生在初学阶段容易产生的困难是不能理解无论取用的溶液体积是多少,溶 液中溶质的物质的量浓度不变。不能让学生产生“取用体积较大的溶液时,溶质的物质的量大,则物质的量浓度也必然大”的错误认识。
3.引导学生认识配制一定物质的量浓度溶液的意义,讲清配制的要点
配制一定物质的量浓度溶液的方法,是高中学生必须学会的化学实验操作技能之一。教学中可先结合生产、生活、科研等领域中的具体案例,引导学生认识配制一定物质的量浓度溶液的重要意义,激发学生学习的兴趣。然后运用“资料卡片”栏目,向学生介绍容量瓶的特点和使用方法。在演示实验的过程中讲解为什么转移溶液时要用玻璃棒;为什么要用水将烧杯和玻璃棒洗涤2~3次,并将洗涤液转入容量瓶中;容量瓶中溶液接近瓶颈刻度时,为什么要改用胶头滴管加水等。
配制一定物质的量浓度溶液的步骤可归纳为:计算、称量、溶解、转移、洗涤、定容、摇匀、装瓶、贴标签等。应结合配制步骤,讲解其中的操作注意事项,如称量有腐蚀性或者潮解性 的试剂时,要在小烧杯中称量;溶解固体,如氢氧化钠,或者稀释浓溶液,如浓硫酸时,要冷却到室温才能转入到容量瓶中等。同时,要引导学生分析操作中可能产生的误差,及这些误差对所配溶液浓度可能产生的影响。让学生通过对这些实验细节的分析,认识到配制步骤对确保所配制 溶液浓度准确性的重要意义,并提高定量研究的意识。
4.引导学生建立与物质的量有关的概念之间的联系
在本节中,应使学生建立物质的量等概念之间的联系,会进行简单的计算。可结合本章后的整理与提升,引导学生建立各个概念间的转化关系,进一步认识宏观与微观的联系。可通过设计有效的评价方式对学习效果进行检测。以下提供两种评价示例。
评价1:展示学生熟悉的宏观物质,如18 mL水,请学生结合所学习的各种计量方式,思考可以从哪些角度计量这18mL 水。
评价2:从质量、标准状况下的体积、分子数、原子数等方面描述1mol CO₂,思考宏观物质与微观粒子之间是如何建立联系的。
上述两例不同于常规的习题类评价,既可以考查学生对化学计量方法的认识,根据物质的量及相关概念实现计量方法的转化,又可以引导学生从宏观和微观两个视角看待化学物质。
当然,对计算技能的适当训练与评价在本节内容的学习过程中必不可少。但应注意把握教学要求,考虑学生的接受能力,不要提高计算难度。像质量分数与物质的量浓度转化、分子中所含质子数和电子数的计算等这类难度较大的内容可在后续的教学中逐步渗透。
四、栏目使用建议
1. 实验
【实验2-10】
选择配制氯化钠溶液,原因之一是氯化钠价廉。要求配制100 mL溶液也是从减少浪费的角度考虑的。称量氯化钠固体可用托盘天平,要向学生简单说明天平的精度问题。若条件允许,也可用分析天平。此实验的目的是让学生学习配制溶液的方法和技能。
2. 思考与讨论
【思考与讨论1】
此活动的目的是让学生了解物质的量与气体体积的关系,以及在相同条件下,相同物质的量的气体、液体、固体体积的差异,为学习影响物质体积大小的因素积累感性材料,最终形成气体摩尔体积的概念。
教学中要充分利用本活动,让学生分析数据,定量认识1mol 物质的体积,引导学生得出结论;相同条件下,1mol不同的气体的体积相等,1mol不同的固体或液体的体积不相等。
【思考与讨论2】
(1)配制一定物质的量浓度的溶液时,烧杯中的溶液转移到容量瓶后,烧杯的内壁和玻璃棒上还沾有少量溶液,若不用蒸馏水洗涤烧杯,容量瓶中的溶质就会减少,即容量瓶内溶质的物质的量减少,导致所配溶液中溶质的物质的量浓度偏低。为了减少溶质的损失,应用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒2~3次,并将洗涤后的溶液也转移到容量瓶中。
(2)如果将烧杯中的溶液转移到容量瓶中时不慎洒到容量瓶外,最后配成的溶液中溶质的实际浓度会比所要求的小。因为洒出的溶液中含有溶质,所以转移到容量瓶内的溶质比称量时少,即容量瓶内溶质的物质的量减少。
(3)读数时,如果仰视刻度线,则所加水的体积多,最后配成的溶液中溶质的实际浓度会比所要求的小;如果俯视刻度线,则所加水的体积少,最后配成的溶液中溶质的实际浓度会比所要求的大。

