课题 物质的量
教学目标
1. 认识物质的量及其单位——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、粒子数之间的相互关系进行简单的计算,知道从定量的角度认识宏观物质和微观粒子数的相互关系是研究化学问题的科学方法之一。 3.通过了解生产、生活的多种计量方法,初步学会从实际需求的角度审视化学问题。
教学重点: 1.物质的量的概念。
2. 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。
教学难点: 1. 物质的质量概念的建构。
2. 物质的量、微粒数、物质质量之间转化关系的建构。
教学过程
【环节一】学习任务一:宏微认识化学反应 【教师】同学们,化学反应方程式是学习化学的重要工具,它以简洁明了的方式来表示化学反应的实质和过程,方程式的计量数也告诉我们反应物与生成物之间的数量关系。 现在PPT展示的是电解水方程式,哪位同学来回答一下它所表示的反应过程? 【学生】水电解生成氢气和氧气。 【教师】非常好,接下来请你从宏观质量、微观粒子数等角度,定量描述方程式所表示的意义。首先是宏观质量方面,它表示的是? 【学生】36g 水在电解条件下生成4g氢气和32g氧气; 【教师】 如果是72g的水,生成的氢气和氧气又各是多少克? 【学生】72g 水在电解条件下生成8g氢气和64g氧气; 【教师】非常好,所以准确的描述是每有36g水电解就生成4g的氢气和32 的氧气,表示的是他们发生反应时的质量比。 【教师】那从微观粒子数的角度,他表示的是? 【学生】每两个水分子电解生成2个氢气分子和1个氧气分子。 【教师】非常好,请坐。 【过渡】虽然这个方程式表示的是每2个水分子电解生成2个氢气分子和1个氧气分子,但实际进行反应时,是大量分子进行反应。因此,在进行定量研究时,我们需要知道一定质量的物质对应的微粒数。比如反应产生的4g H2与32g O2的分子数各是多少? 【教师】(停顿片刻)这个问题有点难,主要难在两个方面。首先,同学们思考一下,我们有办法一个分子一个分子去数吗? 【学生】不能。 【教师】(找学生回答)请你说一下不能的理由呢? 【学生】因为微观粒子数目庞大。 【教师】除了数目庞大之外,还有其他原因吗?(停顿)你能看见这些微观粒子吗?所以,原因还有(停顿) 【学生】微观粒子太小,我们看不见,摸不着。 【教师】对了,正是因为微观粒子数目庞大、粒子又太小,看不见摸不着,所以我们没办法一个一个的数。 【教师】接下来,同学们再思考,我们有办法称量出一个氢气分子或一个氧气分子的质量吗?因为知道一个分子的质量,再用除法,我们就能算出总分子数。 【学生】不能。 【教师】(找学生回答)请你说一下不能的理由呢? 【学生】微观粒子太小,质量很轻。 【教师】对了,微观粒子太小、太轻,达不到我们常用的称量工具最低称量标准,所以没办法称量一个分子的质量。(请坐) 【教师】因此,我们要知道一定质量的物质对应的微粒数,就得先解决微观粒子如何计量的问题。 【环节二】学习任务二:寻找微观粒子的计量方式 【过渡】如何解决这个问题呢?虽然微观粒子太小,我们看不见、摸不着,但是我们可以在宏观世界找一些小的物品来感受一下,用他们的计量方式来思考如何计量微观粒子。 在银行,工作人员如果碰到非常多的硬币,他该如何来计量呢?现在各组都有一个装着硬币的篮子,请同学们扮演银行工作人员,数出硬币的数目,看看哪组数得又快又准。 好,同学们都停下来,安静下来。 【教师】我们请这位同学来分享你们组的计数结果和过程。 【教师】这组同学先称量1个硬币的质量,再称所有硬币的质量,再相除得出硬币的数目。 【教师】通过这个方法算出来的硬币数目是多少?(学生回答) 【教师】这个结果是整数还是一个近似的数值? 【学生】近似数值 【教师】请你思考一下为什么这种方法求出来的硬币数目不是一个整数,而是一个近似值? (学生回答) 【教师】对了,硬币会因为制作的材料、制作工艺等原因,不可能是完全相同。 因此,采用这个方法数硬币,只能是近似估算硬币的数目,而不能准确算出硬币的数目。但同学们能想到这个方法很棒。 【教师】接下来我们请这位同学来分享你们组的计数结果和过程?先说一下你们组的硬币数目。 【学生】200个硬币 【教师】硬币数目是对的,请说一说你们组的计数过程?(学生回答) 【教师】嗯。这组同学采取分工合作,每位同学一个一个数硬币,最后加和求得总数; 【教师】如果现在是数2000个硬币,甚至是20000个硬币,你还会选择一个一个的数吗?(不愿意) 【教师】为什么? 【学生】因为数起来很慢,要花很长时间。 【教师】对的,单个计数比较适合数目比较少的情况。 【教师】接下来我们请这位同学来分享你们组的计数结果和过程?先说一下你们组的硬币数目。 【学生】250个硬币 【教师】硬币数目是对的,请说一说你们组的计数过程?(学生回答)【学生】这组同学的借助数硬币工具,以10个硬币为一组进行计数,一共有22组,所以总计220个硬币。 【教师】比起一个一个的数,请你说所以10个硬币作为集合体进行计数的优点是什么。 【学生】计数比较快、简便。 【教师】好,通过刚刚同学们的分享,不难发现,对于数量少的情况,我们可以一个一个的数。而对于数量多的情况,我们是以一定数目作为集合体进行计数。比如生活中常说的一打铅笔是多少支? 【学生】12支。 【教师】一箱牛奶是多少瓶? 【学生】12、24等 【教师】一包A4纸有多少张? 【学生】500张。 【教师】对于数目比较多的小物品,之所以用集合体进行计数,就是因为它比较简便、快速。 【过渡】细小物品除了计数困难,称量质量也存在难题。我们又该如何解决这个难题呢?下面我们通过称量一粒沙子的质量活动来思考如何解决这个难题。 【教师】首先,每组派一位同学,用镊子夹取一粒沙子,放到电子天平上? 大家看看能不能称量出来?(学生回答) 【教师】接下来,请用勺子慢慢的加沙子,称出0.001g 沙子? 【教师】好,同学们都停下来,保持安静。 【教师】同学们思考一下,为什么称不出来一粒沙子质量?但是却能称出0.001g 沙子? 【学生】因为一粒沙子的质量太轻,达不到天平的最低称量标准,所以称不出来。而随着沙子数目的增多,质量累积,达到天平的最低称量标准,就可以称出来。 【教师】非常好。这个过程体现的正是聚少成多的思想,一粒沙子太轻,称不出来,而随着沙子的逐粒堆积,沙子质量也在累积,达到天平的称量标准,所以称得出来。 【教师】假如沙子质量累积刚刚好到0.001 g,要想计算一粒沙子的平均质量,还应该知道什么数据呢? 【学生】0.001 g沙子对应的数量。 【教师】非常好,请坐。这个过程比较繁琐,老师在课前已经完成,测得500粒沙子的质量恰好是0.001 g。 【教师】由此,一粒沙子的质量就应该怎么算?(学生回答) 【教师】对的,用0.001 g除以500,可得沙子平均质量约为2×10-6 g。 【教师】由此可见,对于物质质量不可称的细小物品,我们没办法单个称量,但是可以称量一堆物品的质量。 【教师】好,借助刚刚的这两个活动,我们回过头来思考一下,对于单个微观粒子难以计数,难以称量的问题,微观粒子如何计量? 【学生】应该采用集合体来进行计量。 【教师】非常好,除了采用集合体计量,我们还有建立集合体与哪些宏观物理量的关系? 【学生】质量。 【教师】非常好。而正是因为我们要采用集合体来计量微观粒子,我们引入物质的量这一物理量。 【教师】物质的量表示含有一定数目粒子的集合体,符号是n,单位是摩尔。 【教师】物质的量同长度、时间、电流等,是七大国际基本物理量之一,而摩尔同米、秒等,是七大国际基本单位之一。 【教师】并且国际上规定,1mol粒子的集合体所含的粒子数约为6.02 ×1023,并将这一标准命名为阿伏伽德罗常数,以纪念近代分子论的提出者。 【教师】阿伏伽德罗常数,表示1mol任何粒子的粒子数,符号为NA,通常用6.02×1023 mol-1表示。 【教师】特别强调,阿伏伽德罗常数不仅仅是6.02×1023,还有单位,它的单位是每摩尔。 【教师】既然1 mol 粒子是6.02×1023个,那2mol呢?倍个是多少摩尔? 【学生】2×6.02×1023或1.204×10-24个。 【教师】非常好,反过来3倍6.02×1023个微粒是几摩尔? 【学生】3 mol。 【教师】二分之一6.02×1023个微粒是几摩尔? 【学生】1/2 mol。 【教师】非常好,同学们思考一下,物质的量(n)、微观粒子数(N)、阿伏伽德罗常数(NA) 之间的换算公式。(学生回答) 【环节三】评价任务一 【过渡】下面我们来做几道练习题巩固刚刚学的新知识。 【教师】请这位同学来完成这幅关系图。(学生回答) 【教师】回答得非常好。引入物质的量,为我们认识物质的组成提供了新的角度。请基于物质的量来描述水的组成。 【学生】1mol H2O中含有2 mol H和1 mol O。 【过渡】接下来请同学们完成练习2。 (学生回答) 【教师】回答正确。 【过渡】为什么我们以6.02×1023作为1 mol 的标准呢?下面我们通过一组数据来寻找原因。 【环节四】学习任务三:认识物质的量与物质质量的关系 【教师】请同学们观察下列表格数据,找一找其中的规律? 【学生】1mol 物质的质量和他的相对原子质量或相对分子质量相等。 【教师】一定相等吗?如果质量的单位改为kg,他们数值还相等吗? 【学生】不相等。 【教师】所以,如何表述准确?(学生回答) 【教师】对了,以克为单位时,1mol 任何物质的质量数值恰好等于该物质的相对原子或相对分子质量。 【教师】而有了这一规律,我们就可以在微观粒子数与宏观质量之间快速建立起联系。 【教师】举个例子,二氧化碳的相对分子质量是多少? 【学生】44 【教师】借助这一规律,1 mol CO2的质量是多少? 【学生】44g 【教师】2 mol CO2的质量是多少? 【学生】88g 【教师】反过来,88 g CO2的微粒数是多少? 【学生】2×6.02×1023 【教师】22 g CO2的微粒数是多少? 【学生】1/2×6.02×1023 【教师】正是因为这一规律,我们将6.02×1023作为1 mol粒子数的标准 。 【教师】而为了表征这一规律,我们引入了摩尔质量。表示单位物质的量的物质所具有的质量,符号是M。 【教师】摩尔质量,简单理解就是1mol 物质所具有的质量。比如二氧化碳,1mol CO2是多少克? 【学生】44g 【教师】2 mol CO2的质量是多少? 【学生】88g 【教师】反过来,44g CO2是多少摩尔? 【学生】1 mol 【教师】88g CO2多少摩尔? 【学生】2 mol 【教师】22g CO2是多少摩尔? 【学生】0.5 mol 【教师】非常好,下面同学们用公式来表示摩尔质量与物质质量、物质的量之间的关系。(学生回答) 【教师】特别强调一下,以g·mol-1为单位时,粒子的摩尔质量数值与其相对原子(分子)质量相等。 【过渡】下面我们通过一个例子来辨析三个概念。 【教师】H2 的相对分子质量是? 【学生】2 【教师】H2 的摩尔质量是? 【学生】2 g/mol 【教师】1mol H2 的质量是? 【学生】2 g 【教师】三者之间有何相同点和不同点。 【学生】数值相同,单位不同。 【教师】对了,所以我们在计算时要特别注意单位。 【环节五】评价任务二 【过渡】好,到此我们建立起物质的量与粒子数、物质质量之间的关系,现在我们运用今天所学的知识点,来解决课堂开始时提出的问题。请同学们计算4g H2与32g O2的分子数,并写出计算过程。 【教师】好,同学们都停下来,我们请这位同学来说一下他的计算过程。(学生回答) 【教师】回答得非常好,请你思考一下,物质的量在这个过程中所起的作用? 【学生】桥梁的作用。 【教师】连接什么和什么的桥梁。 【学生】连接微观粒子数与宏观物质质量的桥梁作用。 【教师】对的,引入物质的量,使得微观粒子数与宏观质量之间的换算成为可能。 【教师】下面请同学们计算“1 摩尔沙子”的质量,并思考物质的量作为基本物理量,它的适用对象是什么? 【教师】我们请这位同学来回答一下。 【学生】“1 摩尔沙子”的质量是1.204×1018 g,它的适用对象是微观粒子。 【教师】为什么物质的量适用的是微观粒子。 【学生】虽然沙子的质量很小,但是6.02×1023是一个很庞大的数字,所以用6.02×1023这个数值来衡量宏观物质,会得到更加庞大的数字。 【教师】对的,因此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,所指的粒子必须十分明确,且粒子的种类要用化学式表示。如写出 2 mol H、1.5 mol H2、1.5 mol NaOH、1mol OH-和1 mol e-等 【环节六】评价任务三 【过渡】到此,我们初步建构物质的量的概念,知道它在化学中的作用,了解其适用对象。下面我们通过练习题来检查同学们对本节课的掌握情况。请同学们完成学案上评价任务三。 【教师】我们请这位同学从质量、物质的量、微粒数等角度,定量地谈谈自己对CO和H2合成甲醇方程式的认识 【学生】质量角度:每有28 g CO与4g H2 在一定条件下恰好完全反应生成 32 g CH3OH。 物质的量角度:1 mol CO与2 mol H2在一定条件下恰好完全反应生成1 mol CH3OH。 微粒数角度:每有1个CO分子与2 个 H2分子在一定条件下恰好完全反应生成1个CH3OH分子。 【教师】回答得非常好,接下来我们请这位同学来回答成人每天从食物中摄取的几种元素的物质的量的比值。 【学生】224:140:35:2 【教师】同学们回答得非常好,看来大家对今天这堂课掌握非常好。 【结束语】最后我们对这门课来个总结。同学们,今天我们学习了什么? 【学生】物质的量。 【教师】物质的量所起的作用是什么? 【学生】桥梁作用。 【教师】对的,物质的量将宏观与微观巧妙地联系在一起,在宏观物质和微观粒子之间架起了一座桥梁,让微观粒子数与宏观物质质量之间有了换算的可能。 【教师】但物质的量不仅是一种物理量,更是一种思想。这种思想的核心在于将微观粒子集合化,从而方便我们进行宏观上的研究和应用。希望同学们能深入理解这种思想,掌握其精髓,从而更好地运用物质的量这个工具来学习化学、研究化学,揭示物质的奥秘。