資源簡介

第二章 海水中的重要元素-鈉和氯
2.3 物質的量
本章節通過學習化學中常用的物理量-物質的量，以及與物質的量相關的計算公式，在初中化學學習的基礎上，全面促進化學學科核心素養的提升，重點促進 “宏觀辨識與微觀探析”“證據推理與模型認知”的提升。
核心素養發展重點 內容要求 學業要求
宏觀辨識與微觀探析 建立物質的量概念，基于物質的量定量認識物質的組成及化學變化 1.了解物質的量及相關物理量的含義和應用，利用物質的量將宏觀的物理量與微觀粒子的個數聯系起來，并能從微觀與宏觀結合的視角分析解決問題 2.運用物質的量等相關物理量之間的關系進行相關計算，體會定了研究對化學學科的重要作用 1.能基于物質的量認識物質組成及其化學變化。 2.會運用物質的量、摩爾質量、氣體摩爾體積、物質的量濃度之間的相互關系進行簡單計算。
證據推理與模型認知 建立物質的質量、物質的量、微觀粒子數、氣體摩爾體積、物質的量濃度的關系及有關的計算思維模型
1.章節整體設計構思：
以常見物品的計數、體檢報告單的閱讀、一定物質的量濃度溶液的配制等為基本情境，以物質的量及其單位摩爾、阿伏加德羅常數、摩爾質量、氣體摩爾體積、物質的量濃度等為主要內容，以構成物質的微觀粒子個數、物質的質量和體積為邏輯線索，以實驗探究和對真實情境的分析為主要手段，將本章節分解為5個任務主題。
本章節整體構思如下。
2.章節教學目標：
(1)通過類比、實驗、計算等活動，了解粒子數目、物質的量、阿伏加德羅常數、摩爾質量、氣體摩爾體積、物質的量濃度等物理量的含義。
(2)通過分析、計算等活動，理解上述物理量之間的關系，并能夠解決實際問題。在實際運用過程中，能關注各物理量的內涵和外延。
(3)根據任務需要，能夠使用純溶質或含有溶質的濃溶液配制一定物質的量濃度的溶液，掌握其主要實驗步驟和相關注意事項，并能夠對可能出現的誤差進行分析。
(4)通過參與本章節的學習活動,感受定量研究在化學學習和研究中的重要作用，發展科學探究的能力和意識，形成嚴謹的科學態度和精神。
3.課時安排： 建議3課時
1.情境：
化學家在研究過程中常常要與原子、分子、離子等微觀世界中的粒子打交道。這些粒子實在是太小了，以至于區區一滴水對于它們而言都能算得上是龐然大物。面對這樣的情況，化學家如何對這些粒子進行計量呢？你在平時端起杯子喝水或者打開水龍頭洗手的時候，有沒有想過這些水中有多少水分子？一種物質中的粒子個數與該物質的質量、體積等物理量又有怎樣的關系呢？物質進行化學反應時為什么要按一定的質量比進行？
2.任務及任務分解：
課時 任務 活動 設計意圖
第 1 課 時 【任務1】物質的計量方法— 認識 "摩爾" 1.幼兒園的游戲——數一數 2.用"堆量"的方法計量一箱硬幣的大致金額 3.這箱硬幣有多少 4.一滴水中大約有多少個水分子 5.1 mol12C單質中含有多少個12C原子 6.推導阿伏加德羅常數、物質的量以及粒子個數之間的關系 7.算一算這些物質的物質的量 從一些常見物品的計數入手,逐漸縮小顆粒的體積,引導學生運用"堆量" 的方法進行計量。由此引入物質的量這一重要物理量,并且探討一"堆"的標準,進而構建有關物理量之間的關系
【任務2】聯系宏觀與微觀的橋梁一 "摩爾質量" 1.計算這些物質的質量
2.算一算這些物質的摩爾質量 3.推導質量、物質的量以及摩爾質量之間的關系 4.計算這些物質的物質的量和粒子數 一些質量不同的物質可以 具有相同的粒子數,借此 引入摩爾質量的概念,將 其作為具體物質一"堆" 的標準,進而構建有關物理量之間的關系
第 2 課 時 【任務3】比較兩種氣體的體積--認識“氣體摩爾體積” 1.比較產生氣體體積的大小并思考其原因 2.你知道物質的體積受哪些因素的影響嗎 3.計算1mol這些物質的體積 4.推導氣體的體積、物質的量以及氣體摩爾體積之間的關系 5.計算這些氣體的氣體摩爾體積 6.計算這些氣體的物質的量和分子數 在等溫、等壓的條件下等物質的量的不同種類氣體具有相同的體積但液體和固體卻沒有這一性質。對此展開討論引入氣體摩爾體積的概念，并構建有關物理量之間的關系
第 3 課 時 【任務4】看懂體檢報告單—“認識物質的量濃度” 1.閱讀體檢報告單 2.推導物質的量濃度、溶質的物質的量以及溶液體積之間的關系 3.1mol·L-1NaCl溶液能用作生理鹽水嗎 通過體檢報告單開始學習任務，了解物質的量濃度的含義，構建有關物理量之間的關系，讓學生感受化學知識在生活中的體現
【任務5】一定物質的量濃度溶液的配制 1.配制250mL 1.00mol·L-1NaCl溶液 2.導致溶液濃度低的誤差分析 3用濃硫酸配制所需濃度的稀硫酸 以一定物質的量濃度溶液的配制作為學習任務和活動的內容，讓學生將已有知識綜合運用于實際的化學實驗中，提高學生的實踐能力、分析能力，培養學生的化學學科基本觀念
1.教學建議
(1)從引入物質的量的必要性入手，激發學生了解物質的量的概念的積極性。原子是化學變化中的最小粒子，分子與分子、原子與原子按一定的比例定量地進行化學反應，而原子或分子都很小，我們肉眼不可能觀察到，更不可能一個一個地進行稱量。怎樣將微觀的粒子數目與宏觀的物質的質量聯系起來來研究分子、原子或離子所進行的化學反應呢？這就需要確定一種物理量。第14屆國際計量大會通過以“物質的量”作為化學計量的基本物理量時決議，規定1 mol粒子所含的數目為阿伏加德羅常數。此時1mol任何物質的質量以克為單位時，其數值恰好等于其相對原子質量或相對分子質量，這樣使用起來就十分方便。當物質的量小于0.1mol或大于1 000 mol時，正像長度小于0.1 m或大于1 000 m一樣，需要采用“摩爾”的倍數單位。
(2)使學生了解物質的量、摩爾質量的內涵，并能正確運用。“物質的量”是一個基本物理量，四個字是一個整體，不能拆開理解，也不能壓縮為“物質量”，否則就改變了原有的意義。應該強調，物質的量這個物理量只適用于微觀粒子，即原子、分子、離子等，使用“摩爾”作為單位時，所指粒子必須十分明確，粒子的種類最好用化學式表示，如果用文字表達，則要說清微粒種類，如寫成2 mol H、1 mol H2、1.5 mol NaOH、1 mol OH-和
1 mol e-等。摩爾質量是單位物質的量的物質所具有的質量，單位是g·mol-1(或kg·mol-1等)。摩爾質量以g·mol-1為單位時，在數值上與物質的相對分子(原子)質量相等。對于某一純凈物來說，它的摩爾質量是固定不變的，而物質的質量則隨著物質的物質的量的不同而發生變化。
(3)運用比較的方法，使學生正確理解“物質的量濃度”的含義。物質的量濃度與溶液中溶質的質量分數之間的不同點：前者的溶質用物質的量表示，后者的溶質用質量表示；前者的單位是mol·L-1，后者是質量之比，單位為1；二者的最大區別是相同物質的量濃度、相同體積的不同溶液，它們所含溶質的物質的量相等，而相同質量分數、相同體積的不同溶液，它們所含溶質的物質的量不一定相等。因為化學反應中物質的粒子數目之間存在一定的比例關系，用質量來表示不太方便，所以有必要引入物質的量濃度。
(4)做好一定物質的量濃度溶液的配制實驗，使學生掌握溶液配制的要點。配制一定物質的量濃度溶液的方法，是高中學生必須學會的化學實驗操作技能之一。教學中要介紹容量瓶的特點和使用方法，以及為什么轉移溶液時要用玻璃棒；為什么要用水將燒杯洗滌數次，并將洗滌液倒入容量瓶中；容量瓶中溶液液面接近瓶頸上所標刻度線時為什么要改用膠頭滴管加水等。一定物質的量濃度溶液的配制步驟可歸納為計算、稱量、溶解、冷卻、轉移、洗滌、定容、搖勻等。
(5)運用方程幫助學生建立概念之間的聯系。通過簡單的方程，使學生建立物質的量等概念之間的聯系會運用其進行簡單的計算但應注意把握深度，不宜過分強化計算。
2.資源支持
物質的量的單位--摩爾
摩爾是moles的譯音詞，起源于希臘文，原意為堆量。在1971年正式定義為一個基本單位之前，科學家和計量學家曾采用克分子、克原子等術語來表述原子或分子集體的含量。當時，克分子或克原子的定義是：在數值上與元素的原子量或化合物的分子量相同，而以克為單位表示其量值。在西文中，就是用mole來表示的。原子量的概念并不是原子的質量，而是相對原子質量。它是相對于某個元素的質量，最早采用的標準元素是氫元素，因為氫是最簡單的原子，由一個質子和一個電子組成。約定氫元素的原子質量為1，其他元素的相對原子質量是氫元素的倍數。后來發現氫元素有3種同位素：氣、氘和氚，它們的質子數分別為1、2和3。在天然氫中，三者的含量分別為99.985%、0.0148%和1×10-15%。雖然在天然氫中氘和氚的含量很低，但足以影響精密測量中的數據達10-4量級。此后，就改用氧元素作為標準元素。以氧元素的原子量為16來確定其他元素或化合物的相對原子質量。1929年，發現自然界中的氧元素也有3種同位素：16O、17O、18O，三者的含量分別為99.76%、0.04%和0.2%。如以16O同位素的原子量為16，則天然氧的相對原子質量就是16.004462。這種差異也同樣會影響測量準確度達到10-4量級。由此可見，1962年之前，化學家與物理學家使用的原子量是有所不同的，前者采用的是天然元素，后者采用的是同位素。這種不一致的狀況延續了若干年，經化學家、物理學家和計量學家反復討論，最后達成一致意見，即認同碳原子的同位素12C的原子量為12，并將其作為原子量的新標準，于1962年1月1日起實行。又經過1967年和1969的兩次討論，作出了定義一個新的基本單位的決定。1971年第14屆CGPM通過決議，以摩爾為物質的量單位，其定義如下：摩爾是一系統的物質的量，該系統中所包含的基本章節數與0.012kg碳-12的原子數目相等。在使用摩爾時，基本章節應予指明，可以是分子、原子、離子、電子及其他粒子，或是這些粒子的特定組合。
參考文獻：
沈乃瀓.計量學的世紀變遷——質量單位千克與物質的量摩爾定義的歷史、現狀和發展趨勢(一)[J].中國計量，2011(5)：60-62
思考：在物質的量等概念的構建過程中，將0012kg12C所含的原子數目作為參照標準；相對原子質量將一個12C原子質量的1/12作為標準。請查閱資料，嘗試解釋為何二者都以12C原子為標準。
阿伏加德羅定律
1805年，蓋-呂薩克(J.L.Gay-Lussac)用定量的方法研究氣體反應里體積間的關系時，發現了氣體反應定律：當壓強不變時，參加反應的氣體跟反應后生成的氣體體積間互成簡單整數比。
這一定律的發現，引起了當時許多科學家的注意。貝齊利烏斯(J.J.Berzelius)首先提出了一個假設：在同溫同壓時，同體積的任何氣體都含有相同數目的原子。由此可知，如果在同溫同壓時，把某氣體的質量與同體積的氫的質量相比較，便可求出該氣體的相對原子質量。但是，有一系列的矛盾是這種假設所不能解釋的。例如，在研究氫氣和氯氣的反應時，假設同體積的氣體含有相同數目的原子，那么，1體積的氫氣和1體積的氯氣不可能生成多于1體積的氯化氫。但是，在實驗中卻得到了2體積的氯化氫。在研究其他反應時，也出現了類似的矛盾。
為了解決上述矛盾，1811年，意大利物理學家和化學家阿伏加德羅(A.Avogadro)在化學中引入了分子的概念，提出了阿伏加德羅分子假說：同溫同壓下，同體積的任何氣體都含有相同數目的分子數。
這樣，阿伏加德羅以其分子假說使道爾頓原子論和蓋-呂薩克的氣體反應實驗定律統一了起來“半個原子”的困難也被克服了。從實質上看，阿伏加德羅分子假說是道爾頓原子論的繼續與發展。按理來說，分子假說應該受到人們的關注，但實際情況恰恰相反，與道爾頓原子論(它一經發表就立即引起巨大反響并很快被科學界承認)形成鮮明對照的是，阿伏加德羅分子假說并未引起當時化學界和物理學界的認可，“分子”概念也未被科學家承認和接受，反而被擱置了半個世紀。
在19世紀60年代，由于意大利化學家康尼查羅(S.Cannizzaro)的工作，阿伏加德羅分子假說才得到了公認。現在，阿伏加德羅分子假說已經被物理學和化學中的許多事實證實，被公認為一條定律了。
利用阿伏加德羅定律，我們可以做出下面的幾個重要的推論。
(1)同溫同壓下，同體積的任何氣體的質量比等于它們的相對分子質量之比。即
m1：m2=Mr1：Mr2
(2)同溫同壓下，任何氣體的體積比等于它們的物質的量之比。即
V1：V2=n1：n2
(3)同溫同壓下相同質量的任何氣體的體積比等于它們的相對分子質量的反比。
即V1：V2= Mr1：Mr2
(4)同溫同壓下，任何氣體的密度比等于它們的相對分子質量之比。即
ρ1： ρ2= Mr1：Mr2
(5)恒溫恒容下，氣體的壓強比等于它們的物質的量之比。即p1： p2= n1：n2
參考文獻：
1.謝世偉.阿伏加德羅定律及其應用[J.]教育科研論壇，2012(6)：50-51
2.盛根玉.阿伏加德羅分子假說的提出和證實[J.]化學教學，2011(4)：65-68.
思考：阿伏加德羅定律的提出解決了什么問題？為了更加方便地呈現溫度、壓強、
物質的量等物理量之間的關系，可以運用公式來表示。你會提出一個什么樣的公式呢？

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