1、第二章 海水中的重要元素-钠和氯2.3 物质的量一、章节概览本章节通过学习化学中常用的物理量-物质的量，以及与物质的量相关的计算公式，在初中化学学习的基础上，全面促进化学学科核心素养的提升，重点促进 “宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”的提升。核心素养发展重点内容要求学业要求宏观辨识与微观探析建立物质的量概念，基于物质的量定量认识物质的组成及化学变化1.了解物质的量及相关物理量的含义和应用，利用物质的量将宏观的物理量与微观粒子的个数联系起来，并能从微观与宏观结合的视角分析解决问题2.运用物质的量等相关物理量之间的关系进行相关计算，体会定了研究对化学学科的重要作用1.能基于物质的量认识物
2、质组成及其化学变化。2.会运用物质的量、摩尔质量、气体摩尔体积、物质的量浓度之间的相互关系进行简单计算。证据推理与模型认知建立物质的质量、物质的量、微观粒子数、气体摩尔体积、物质的量浓度的关系及有关的计算思维模型1.章节整体设计构思：以常见物品的计数、体检报告单的阅读、一定物质的量浓度溶液的配制等为基本情境，以物质的量及其单位摩尔、阿伏加德罗常数、摩尔质量、气体摩尔体积、物质的量浓度等为主要内容，以构成物质的微观粒子个数、物质的质量和体积为逻辑线索，以实验探究和对真实情境的分析为主要手段，将本章节分解为5个任务主题。本章节整体构思如下。2.章节教学目标：(1)通过类比、实验、计算等活动，了解粒
3、子数目、物质的量、阿伏加德罗常数、摩尔质量、气体摩尔体积、物质的量浓度等物理量的含义。(2)通过分析、计算等活动，理解上述物理量之间的关系，并能够解决实际问题。在实际运用过程中，能关注各物理量的内涵和外延。(3)根据任务需要，能够使用纯溶质或含有溶质的浓溶液配制一定物质的量浓度的溶液，掌握其主要实验步骤和相关注意事项，并能够对可能出现的误差进行分析。(4)通过参与本章节的学习活动,感受定量研究在化学学习和研究中的重要作用，发展科学探究的能力和意识，形成严谨的科学态度和精神。3.课时安排： 建议3课时二、情境与任务1.情境：化学家在研究过程中常常要与原子、分子、离子等微观世界中的粒子打交道。这些
4、粒子实在是太小了，以至于区区一滴水对于它们而言都能算得上是庞然大物。面对这样的情况，化学家如何对这些粒子进行计量呢？你在平时端起杯子喝水或者打开水龙头洗手的时候，有没有想过这些水中有多少水分子？一种物质中的粒子个数与该物质的质量、体积等物理量又有怎样的关系呢？物质进行化学反应时为什么要按一定的质量比进行？2.任务及任务分解：课时任务活动设计意图第1课时【任务1】物质的计量方法 认识 摩尔1.幼儿园的游戏数一数 2.用堆量的方法计量一箱硬币的大致金额 3.这箱硬币有多少 4.一滴水中大约有多少个水分子 5.1 mol12C单质中含有多少个12C原子 6.推导阿伏加德罗常数、物质的量以及粒子个数之
5、间的关系 7.算一算这些物质的物质的量从一些常见物品的计数入手,逐渐缩小颗粒的体积,引导学生运用堆量 的方法进行计量。由此引入物质的量这一重要物理量,并且探讨一堆的标准,进而构建有关物理量之间的关系【任务2】联系宏观与微观的桥梁一 摩尔质量1.计算这些物质的质量2.算一算这些物质的摩尔质量3.推导质量、物质的量以及摩尔质量之间的关系4.计算这些物质的物质的量和粒子数一些质量不同的物质可以 具有相同的粒子数,借此 引入摩尔质量的概念,将 其作为具体物质一堆 的标准,进而构建有关物理量之间的关系第2课时【任务3】比较两种气体的体积-认识“气体摩尔体积”1.比较产生气体体积的大小并思考其原因2.你知
6、道物质的体积受哪些因素的影响吗3.计算1mol这些物质的体积4.推导气体的体积、物质的量以及气体摩尔体积之间的关系5.计算这些气体的气体摩尔体积6.计算这些气体的物质的量和分子数在等温、等压的条件下等物质的量的不同种类气体具有相同的体积但液体和固体却没有这一性质。对此展开讨论引入气体摩尔体积的概念，并构建有关物理量之间的关系第3课时【任务4】看懂体检报告单“认识物质的量浓度”1.阅读体检报告单2.推导物质的量浓度、溶质的物质的量以及溶液体积之间的关系3.1molL-1NaCl溶液能用作生理盐水吗通过体检报告单开始学习任务，了解物质的量浓度的含义，构建有关物理量之间的关系，让学生感受化学知识在生
7、活中的体现【任务5】一定物质的量浓度溶液的配制1.配制250mL 1.00molL-1NaCl溶液2.导致溶液浓度低的误差分析3用浓硫酸配制所需浓度的稀硫酸以一定物质的量浓度溶液的配制作为学习任务和活动的内容，让学生将已有知识综合运用于实际的化学实验中，提高学生的实践能力、分析能力，培养学生的化学学科基本观念三、资源与支持训练1.教学建议(1)从引入物质的量的必要性入手，激发学生了解物质的量的概念的积极性。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的质量
8、联系起来来研究分子、原子或离子所进行的化学反应呢？这就需要确定一种物理量。第14届国际计量大会通过以“物质的量”作为化学计量的基本物理量时决议，规定1 mol粒子所含的数目为阿伏加德罗常数。此时1mol任何物质的质量以克为单位时，其数值恰好等于其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0.1mol或大于1 000 mol时，正像长度小于0.1 m或大于1 000 m一样，需要采用“摩尔”的倍数单位。(2)使学生了解物质的量、摩尔质量的内涵，并能正确运用。“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。应该强
9、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”作为单位时，所指粒子必须十分明确，粒子的种类最好用化学式表示，如果用文字表达，则要说清微粒种类，如写成2 mol H、1 mol H2、1.5 mol NaOH、1 mol OH-和1 mol e-等。摩尔质量是单位物质的量的物质所具有的质量，单位是gmol-1(或kgmol-1等)。摩尔质量以gmol-1为单位时，在数值上与物质的相对分子(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物质的量的不同而发生变化。(3)运用比较的方法，使学生正确理解“物质的量浓度”的含义。物质的量浓
10、度与溶液中溶质的质量分数之间的不同点：前者的溶质用物质的量表示，后者的溶质用质量表示；前者的单位是molL-1，后者是质量之比，单位为1；二者的最大区别是相同物质的量浓度、相同体积的不同溶液，它们所含溶质的物质的量相等，而相同质量分数、相同体积的不同溶液，它们所含溶质的物质的量不一定相等。因为化学反应中物质的粒子数目之间存在一定的比例关系，用质量来表示不太方便，所以有必要引入物质的量浓度。 (4)做好一定物质的量浓度溶液的配制实验，使学生掌握溶液配制的要点。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。教学中要介绍容量瓶的特点和使用方法，以及为什么转移溶液时要用玻璃
11、棒；为什么要用水将烧杯洗涤数次，并将洗涤液倒入容量瓶中；容量瓶中溶液液面接近瓶颈上所标刻度线时为什么要改用胶头滴管加水等。一定物质的量浓度溶液的配制步骤可归纳为计算、称量、溶解、冷却、转移、洗涤、定容、摇匀等。(5)运用方程帮助学生建立概念之间的联系。通过简单的方程，使学生建立物质的量等概念之间的联系会运用其进行简单的计算但应注意把握深度，不宜过分强化计算。2.资源支持物质的量的单位-摩尔摩尔是moles的译音词，起源于希腊文，原意为堆量。在1971年正式定义为一个基本单位之前，科学家和计量学家曾采用克分子、克原子等术语来表述原子或分子集体的含量。当时，克分子或克原子的定义是：在数值上与元素的
12、原子量或化合物的分子量相同，而以克为单位表示其量值。在西文中，就是用mole来表示的。原子量的概念并不是原子的质量，而是相对原子质量。它是相对于某个元素的质量，最早采用的标准元素是氢元素，因为氢是最简单的原子，由一个质子和一个电子组成。约定氢元素的原子质量为1，其他元素的相对原子质量是氢元素的倍数。后来发现氢元素有3种同位素：气、氘和氚，它们的质子数分别为1、2和3。在天然氢中，三者的含量分别为99.985%、0.0148%和110-15%。虽然在天然氢中氘和氚的含量很低，但足以影响精密测量中的数据达10-4量级。此后，就改用氧元素作为标准元素。以氧元素的原子量为16来确定其他元素或化合物的相
13、对原子质量。1929年，发现自然界中的氧元素也有3种同位素：16O、17O、18O，三者的含量分别为99.76%、0.04%和0.2%。如以16O同位素的原子量为16，则天然氧的相对原子质量就是16.004462。这种差异也同样会影响测量准确度达到10-4量级。由此可见，1962年之前，化学家与物理学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。这种不一致的状况延续了若干年，经化学家、物理学家和计量学家反复讨论，最后达成一致意见，即认同碳原子的同位素12C的原子量为12，并将其作为原子量的新标准，于1962年1月1日起实行。又经过1967年和1969的两次讨论，作出了定
14、义一个新的基本单位的决定。1971年第14届CGPM通过决议，以摩尔为物质的量单位，其定义如下：摩尔是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本章节数与0.012kg碳-12的原子数目相等。在使用摩尔时，基本章节应予指明，可以是分子、原子、离子、电子及其他粒子，或是这些粒子的特定组合。参考文献：沈乃瀓.计量学的世纪变迁质量单位千克与物质的量摩尔定义的历史、现状和发展趋势(一)J.中国计量，2011(5)：60-62思考：在物质的量等概念的构建过程中，将0012kg12C所含的原子数目作为参照标准；相对原子质量将一个12C原子质量的1/12作为标准。请查阅资料，尝试解释为何二者都以12C原子为标准。
15、阿伏加德罗定律1805年，盖-吕萨克(J.L.Gay-Lussac)用定量的方法研究气体反应里体积间的关系时，发现了气体反应定律：当压强不变时，参加反应的气体跟反应后生成的气体体积间互成简单整数比。这一定律的发现，引起了当时许多科学家的注意。贝齐利乌斯(J.J.Berzelius)首先提出了一个假设：在同温同压时，同体积的任何气体都含有相同数目的原子。由此可知，如果在同温同压时，把某气体的质量与同体积的氢的质量相比较，便可求出该气体的相对原子质量。但是，有一系列的矛盾是这种假设所不能解释的。例如，在研究氢气和氯气的反应时，假设同体积的气体含有相同数目的原子，那么，1体积的氢气和1体积的氯气不可
16、能生成多于1体积的氯化氢。但是，在实验中却得到了2体积的氯化氢。在研究其他反应时，也出现了类似的矛盾。为了解决上述矛盾，1811年，意大利物理学家和化学家阿伏加德罗(A.Avogadro)在化学中引入了分子的概念，提出了阿伏加德罗分子假说：同温同压下，同体积的任何气体都含有相同数目的分子数。这样，阿伏加德罗以其分子假说使道尔顿原子论和盖-吕萨克的气体反应实验定律统一了起来“半个原子”的困难也被克服了。从实质上看，阿伏加德罗分子假说是道尔顿原子论的继续与发展。按理来说，分子假说应该受到人们的关注，但实际情况恰恰相反，与道尔顿原子论(它一经发表就立即引起巨大反响并很快被科学界承认)形成鲜明对照的是
17、，阿伏加德罗分子假说并未引起当时化学界和物理学界的认可，“分子”概念也未被科学家承认和接受，反而被搁置了半个世纪。在19世纪60年代，由于意大利化学家康尼查罗(S.Cannizzaro)的工作，阿伏加德罗分子假说才得到了公认。现在，阿伏加德罗分子假说已经被物理学和化学中的许多事实证实，被公认为一条定律了。利用阿伏加德罗定律，我们可以做出下面的几个重要的推论。(1)同温同压下，同体积的任何气体的质量比等于它们的相对分子质量之比。即m1：m2=Mr1：Mr2(2)同温同压下，任何气体的体积比等于它们的物质的量之比。即V1：V2=n1：n2(3)同温同压下相同质量的任何气体的体积比等于它们的相对分子质量的反比。即V1：V2= Mr1：Mr2(4)同温同压下，任何气体的密度比等于它们的相对分子质量之比。即1： 2= Mr1：Mr2 (5)恒温恒容下，气体的压强比等于它们的物质的量之比。即p1： p2= n1：n2参考文献：1.谢世伟.阿伏加德罗定律及其应用J.教育科研论坛，2012(6)：50-512.盛根玉.阿伏加德罗分子假说的提出和证实J.化学教学，2011(4)：65-68.思考：阿伏加德罗定律的提出解决了什么问题？为了更加方便地呈现温度、压强、物质的量等物理量之间的关系，可以运用公式来表示。你会提出一个什么样的公式呢？
