“物质的量及其单位——摩尔”教学设计

-1-第一章第2节《化学计量在实验中的应用》第一课时“物质的量及其单位——摩尔”教学设计广州市培正中学冯桂明【教材与学生分析】“物质的量”是中学化学核心概念,是定量地揭示化学反应规律的重要工具,也是教学的难点。“物质的量”是国际单位制中7个基本物理量之一,是中学化学教学内容的重要组成部分,是化学计算的基础,是学生思维转变的重要支撑点,对高中阶段的化学学习起着重要的作用。刚刚进入高中阶段的高一学生,尽管“抽象思维逐渐占主导地位,但在很大程度上还属于经验型,他们的逻辑思维需要感性经验的直接支持”。他们中的大多数身心、智力水平不高,抽象逻辑思维和演绎能力不强,善于从宏观的角度思考所要解决的问题,习惯于用“千克”“克”等来衡量周围物体所含物质的多少；习惯于用“小时”“分钟”等来衡量经历时间的长短。而“物质的量”是一个远离人们日常生活经验的抽象难懂的概念,是用来计量原子、离子、分子等肉眼看不到的微观粒子的物理量,也是一套全新的度量物体所含物质量多量少的系统。“物质的量”把人们的研究视野,从宏观引入微观。在微观的世界里,需要人们更多地使用发达的抽象逻辑思维来重新认识事物的本质。可见,高中伊始,“物质的量”概念的引入,对于抽象逻辑思维能力欠发达的学生来说,无疑是一个新的挑战。学生思维水平的欠缺与“物质的量”本身的抽象难懂,形成了一组较难调节的矛盾。同时,以“物质的量”为基础,又导出了“阿伏加德罗常数”“摩尔质量”“气体摩尔体积”“物质的量浓度”“阿伏加德罗定律”等一些重要的概念和公式,这些全新的抽象难懂的概念和公式聚集在一起,对他们来说具有高密度的认知陌生性,而且还要在短段4个课时左右的时间内学完,这是对学生认知的又一挑战。学生认知水平的欠缺是造成“物质的量”有关概念学习困难的客观因素。因此需要提供更可能充足的生活实例与化学事实（实验、模型或图表数据等），帮助学生形成概念。初步建立概念后，通过正、反例分析以及范围、条件的讨论，帮助学生理解概念的内涵。在初步建立概念的基础上，及时通过概念的运用，巩固概念，并在后续学习中发展概念。【教学目标】根据《广州市高中必修模块化学学科学业质量评价标准（第一章修改）》、教学内容在教材中的地位作用和学生的认知情况，本节课的教学目标：-2-知识与技能：1．知道“物质的量”是描述微观粒子集体的一个物理量，摩尔（mol）是其计量单位；知道1mol任何粒子的粒子数约为6.02×1023个；1mol任何粒子的粒子数叫做阿伏伽德罗常数（符号为NA）。2．通过对具体物质组成的分析，理清构成物质的微观粒子（包括原子、分子、离子、原子团、电子、质子、中子）之间的数量关系，实现计量单位从个数到摩尔的转变。过程与方法：1．通过联系日常生活中的“打”、“盒”、“箱”等计量单位的使用情景，感受用“摩尔”作为微观粒子计量单位的便利性，体会计量标准的设置对计量的重要性。2．通过摩尔等概念的学习及阿伏伽德罗常数的应用，进一步感受物质是由微观粒子构成的，微观粒子很小，无法用常规的仪器和单位计量，建立初步的物质微粒观。情感态度价值观：1．通过对物质的量概念的透彻理解，培养学生严谨、认真的学习态度。2.通过阿伏加德罗常数的引入，感受化学的巧妙之处与独特魅力。【教学重难点】教学重点：物质的量是一个物理量，摩尔是物质的量的单位，阿伏加德罗常数；能够进行物质的量、微粒数之间的简单换算。教学难点：采用问题驱动的模式并提供尽可能多的生活实例、化学事实，帮助学生形成概念。让原本枯燥的难理解的概念课生命化。【教学过程】环节一：从生活出发，亲近“摩尔”。（以轻松的小活动以及生活中常见的例子,让学生感受生活中引入集团的概念可以给我们带来很多方便为后面引入摩尔埋下坚实的感性基础。）【活动引入】教师向学生展示装有回形针的透明盒子（有100枚每盒的回形针和零散的回形针）,请一位同学来做一个简单的小活动。【教师】请你用最快的速度取出一百枚回形针。【学生】取出一盒回形针。【教师】这里100枚作为一个集团叫一盒来进行计量，佷方便！这就是数学里常说的化整为零,聚少为多的思想。那么,生活当中还有哪些类似的集团概念呢?【学生回答】一打蛋挞（12只）,一箱加多宝（24罐），一包打印纸（500张）……【过渡】我们再来看看以下生活的计量。【投影】展示下表：-3-【小结】由这个表我们可以看出,米粒不便单个计量购买使用,因为它小。所以对于越小的东西用集团来表示它们的数量更方面，对不对？【过渡】我们知道化学上的微粒：分子、原子、离子、质子、中子、电子、原子团等很小，小到什么程度呢？【学生回答】小到肉眼都看不到。【设疑】你知道一滴水里含有多少个水分子吗？【投影】一滴水的体积大约是0.05mL，质量大约是0.05g，含有大约：1700000000000000000000个水分子，即1.7×1021个，1.7万亿亿个水分子。让１亿人去数，每人每分钟数100个，日夜不停的数，需要32万年才能数完。【学生】惊讶，感受微观粒子的小。【设问】下面再来看看我们熟悉的知识：C+O2==CO2这个化学方程式从宏观和微观上表示的意义是什么？【学生回答】宏观上表示碳和氧气反应生成二氧化碳；从微观上可以表示1个碳原子和一个氧分子反应生成1个二氧化碳分子。【设疑】物质之间发生化学反应的实质是以微观粒子进行的。但是，我让你给我取1个碳原子和1个氧分子进行反应，可以做得到吗？【学生回答】非常困难！【教师】对于这么小的微粒，一个一个地进行计量非常不方便，那怎么办？【学生回答】一个集团一个集团地计量。【教师】没错！集团计量更方便！环节二：创设认知冲突，引出概念。（在学习概念时,学生往往会有疑问：为什么要学这个概念呢？不要忽视这样的问题，这表明学生不能理解化学中引入该概念的意义。那么，在教学过程中，为了让学生明白所引入的概念的意义，我们需要通过实际应用来说明问题。）【设疑】如果我称取12g碳，那么需要与多少g的氧气恰好完全反应呢？【学生】32g或疑惑回答不出来。【教师】为什么是32g，而不是12g碳与12g氧气或其它质量的氧气恰好完全反应呢？这里就迫切需要一个联系物质微观粒子数（反应本质）与宏观质量（实际操作）之间的“桥梁”。-4-【过渡】那些年，我们的科学家为了解决这个问题也绞尽脑汁，最后召开了第14届国际计量大会，最后，在全球化学粉丝的呼声下，这个“桥梁”诞生了。它，就是：国际单位制（SI）中第7个基本“物理量”——物质的量。【投影】课本P11资料卡片《国际单位制（SI）的7个基本单位》。【板书】1.物质的量（n）——物理量（1）定义：表示一定数目粒子的集合体。（2）单位：摩尔（摩），符号：mol【分析】摩尔是物质的量的单位，就相当于我们说的“打”一样，它代表着一个“集团”的粒子数。刚才我们提到的一个“集团”的碳原子和一个“集团”的氧分子反应，现在就可以说成1摩尔碳原子和1摩尔氧分子反应了。环节三：问题驱动，感受阿伏加德罗常数的巧妙，感受化学的魅力。（换一种形式，弱化了阿伏加德罗常数标准的精密确定。希望化学初学者高一的孩子能带着美感欣赏化学，带着情感走进化学的世界，快乐地接受和学习化学理论知识。）【问题驱动】对于化学中的微粒，你希望它多少个为一个“集团”（1摩尔）才合适呢？【学生回答】1亿个，1千亿个……【投影】对象质量1个碳原子1.9926×10-23g1亿个碳原子108×1.9926×10-23g=1.9926×10-15g1023个碳原子1023×1.9926×10-23g=1.9926g6.02×1023个碳原子6.02×1023×1.9926×10-23g=11.9954g≈12g【教师】6.02×1023个碳原子的质量约为12g，而碳的相对原子质量为12，“6.02×1023”似乎是个很玄的数字。【展示】课本P12图1-11，6.02×1023个水分子18g，6.02×1023个Al原子27g。【投影】一定数量粒子质量相对原子质量约6.02×1023个H2O的质量18g18约6.02×1023个Al的质量27g27约6.02×1023个CO2的质量44g44约6.02×1023个Fe的质量56g56约6.02×1023个OH-的质量17g17约6.02×1023个SO42-的质量96g96-5-【分析】“6.02×1023”确实是个很巧妙的数字！那是科学家们经过反复地研究讨论确定的适合表示1mol粒子数的数据。实际上它的确定是以0.012kg12C所含有的碳原子数来作为标准的，也是能够推广使用的一个数据。就像当时相对分子质量的确定也是拿12C质量的1/12为标准一样。【教师】为了纪念在这个领域做出巨大贡献的科学家——阿伏加德罗，国际上规定，1mol任何粒子所含的粒子数叫做“阿伏加德罗常数”，符号为NA，通常用6.02×1023mol-1来表示。【板书】2.阿伏加德罗常数NA，近似值为6.02×1023mol-1【举例】例如：我们可以说1molO2中约含有6.02×1023个氧分子。【过渡】感受阿伏加德罗常数。【投影】1.如果把6.02×1023个直径为2.5cm的硬币排成一行，可以来回于地球与太阳之间240.8亿次。2.如果把6.02×1023粒米给全球60亿人吃，每人每天吃一斤，要吃14万年。【归纳】阿伏伽德罗常数是个惊人的数字，假如用来表示宏观物质的数量太大了，不方便，也就没有意义了。因此，在使用的时候，我们一定要关注它的使用对象：微观粒子(分子、原子、离子、原子团、质子、中子、电子等)。环节四：关注理性分析——建立概念之间的定量关系，并通过具体物质组成分析，理清构成物质的微观粒子之间的关系，实现计量单位从个数到摩尔的转变。【问题驱动】物质的量、阿伏加德罗常数以及微粒数之间又存在着怎样的关系呢？【练习1】根据：1mol任何粒子的粒子数称之为阿伏伽德罗常数（用NA表示）≈6.02×1023个粒子。练习：（1）2molC中约含有个碳原子。（1.204×1024）（2）3molH2SO4中约含有个硫酸分子。（1.806×1024）（强调关注研究对象：前后一致）【讨论】请你找出：物质的量（n）、阿伏加德罗常数（NA）以及微粒数（N）之间的关系，用公式来表达。【学生】N=ANn或n=N/NA【板书】3.物质的量、阿伏加德罗常数以及粒子数之间的关系：n=N/NA【过渡】现在如果换成研究3molH2SO4中含有的H、S、O的物质的量又如何解决呢？【练习2】（3）1个H2SO4分子中含有个H，个S，个O；6.02×1023个H2SO4分子中含有个H，个S，个O；1molH2SO4分子中含有molH，molS，molO；3molH2SO4分子中含有molH，molS，molO。-6-通过以上计算，总结分子的物质的量与分子中所含微粒数的物质的量的关系。结论：构成物质的微观粒子之间的个数与其物质的量成正比。【板书】4.n1/n2=N1/N2【过渡】刚才我们研究的是分子以及组成该分子里面的原子个数和物质的量之间的关系，那么，在溶液中的情况又怎样呢？【教师】如果将硫酸钠溶于水会怎样？【学生】会溶解电离。【教师】请你写出电离方程式。【学生】Na2SO4==2Na++SO42-【练习3】（4）0.2molNa2SO4固体中含有molNa+，molSO42-，含有个Na+，个SO42-；（5）0.1molCH4中含有molC，molH。【小结】1.物质的量（n）（1）定义：是个“物理量”，表示一定数目粒子的集合体。（2）单位：摩尔（摩），符号：mol2.阿伏加德罗常数（NA），近似值为6.02×1023mol-13.物质的量、阿伏加德罗常数以及粒子数之间的关系：n=N/NA4.构成物质的微观粒子之间的个数比与物质的量之比成正比5.在使用物质的量和阿伏伽德罗常数的时候，我们一定要关注它的研究对象：微观粒子(分子、原子、离子、原子团、质子、中子、电子等)。【教师】这节课我们学习了“物质的量”这个重要概念之后，请你看看，能否解决刚才的问题：如果称取12g碳，那么需要与多少克的氧气恰好完全反应呢？【重新展示】约6.02×1023个