資源簡介

必修1第一章《從實驗學化學》
第二節《化學計量在實驗中的應用》教學建議

一、教材分析
1．教學內容
化學反應有很多是在溶液中進行的，本節內容抓住一般反應都在溶液中進行的特點，設計以“配制一定物質的量濃度溶液”作為主要教學目標，將物質的量等基本概念作為化學計量。溶液的配制方法既是化學實驗的基本方法和技能，也是對知識的應用。介紹物質的量濃度，就必須引入物質的量、摩爾質量等概念，物質的量的有關知識，被作為化學實驗中的計量來呈現，從而突出了本章實驗主題。
2．教材地位
物質的量是聯系宏觀數量及微觀粒子之間的橋梁。通過物質的量可定量認識物質組成，定量計量化學反應。物質的量及其相關概念，均屬于“工具性”的概念，在后續許多涉及計算或實驗的教學中會不斷得以使用。因此，本節教材具有承前啟后的作用，既對本章第一節化學實驗基本方法所學內容加以鞏固，同時也為今后的學習埋下伏筆。
二、學生情況分析
學生已學過原子、分子、離子等微觀粒子，并對這些粒子有基本的了解。同時，學生對于宏觀物質的質量、體積等內涵也有所了解。學生所具有的這兩項基本知識有利于構建宏觀與微觀之間的聯系。另外，通過上節內容的學習，學生對化學實驗有更進一步的認識，這將有利于本節學習過程中的實驗探究。
三、教學目標
1．知識與技能
（1）知道物質的量是表示含有一定數目粒子的集合體的物理量，并通過物質的量建起宏觀量和微觀量之間的關系。
（2）知道物質的量及其單位摩爾的含義，并能進行物質的量與微觀粒子數之間的換算。
（3）知道摩爾質量、氣體摩爾體積以及物質的量濃度的含義，能夠進行物質的量與物質質量、標準狀況下氣體體積、溶質的物質的量濃度之間的換算。
（4）理解在相同的溫度和壓強下，相同體積的任何氣體都含有相同數目的粒子。
（5）初步學會配制一定物質的量濃度的溶液，知道溶液配制的有關步驟和方法，了解容量瓶在配制中的作用以及使用方法。
（6）知道溶液稀釋是物質的量在化學實驗中的具體應用，知道溶液稀釋過程中溶質的物質的量保持不變。
2. 過程與方法
（1）充分利用教材中呈現的圖片、表格、數據、資料卡片以及科學探究等欄目實現抽象概念具體化，充分培養學生獲取信息、歸納推理的能力以及了解通過控制變量進行實驗探究的學科研究方法。
（2）通過典型例題的分析，鞏固學生對物質的量、摩爾質量、氣體摩爾體積、物質的量濃度等概念的理解及應用，并從概念的應用中，培養學生思維能力和計算能力。
（3）通過配制一定物質的量濃度的溶液，提高學生的實驗操作能力；通過對配液儀器的選擇，培養學生能根據不同的實驗精確度要求選擇相應的儀器的化學實驗方法；通過對實驗誤差的分析，培養學生學會緊扣實驗原理對定量實驗進行誤差分析的能力。
（4）以“科學探究”中涉及的反應為例引導學生認識：化學反應中反應物和生成物的物質的量與其在化學反應方程式中的相應計量數的比例關系。
3．情感態度與價值觀
（1）通過對物質的量概念的透徹理解，培養學生嚴謹、認真的學習態度。
（2）通過溶液的配制實驗，體驗定量研究的方法。
五、教學重點、難點
教學重點：對物質的量及其相關概念的應用；掌握配制一定體積物質的量濃度溶液的方法。
教學難點：對物質的量、摩爾、摩爾質量、氣體摩爾體積的理解；一定物質的量濃度溶液的配制方法。
六、教學建議
1．抽取概念核心、突出概念的本質
本節內容課標的要求——“認識摩爾是物質的量的基本單位，能用于進行簡單的化學計算，體會定量研究的方法對研究和學習化學的重要作用”，本節教學過程應避免花費過多的時間辨析各種概念，而應強調突出概念的應用，特別是在實驗中的應用。
學生在剛開始接觸本節內容的時候，往往會感覺到內容比較抽象。而在以往的教學設計中，老師們可能認為這是學生在高中階段學習的一個難點，所以在教學環節的設計上都會想出很多方法去引入、舉例、類比，或者是為了讓學生盡早掌握該部分知識點在高考的某些題型上的要求，也會引申介紹很多與物質的量、氣體摩爾體積相關的知識，以求做到知識傳授的完整性與系統性。這樣一來，實際上是將簡單問題復雜化。
對于“物質的量”這個概念，其實就是描述一定數目微觀粒子的集合體的物理量。對于這個概念的理解，當學生經過了一段時間的消化與運用的話，一般就不再存在太大的理解問題。因此，在教學過程中，要抽取出最核心和重點的內容出來，讓學生能夠明確為什么要引入“物質的量”這樣一個物理量，這個物理量又如何運用在化學計量中，希望能夠在有限的課堂教學時間里突出問題的重點。本節教材中所涉及的幾個概念，都完全可以直接簡單引入。
例如，在引入“物質的量”這一概念時，不妨結合本節教材中的第一段內容——在化學實驗室做實驗時，取用的藥品無論是單質還是化合物，都是可以用器具稱量的。而物質之間所發生的化學反應是原子、離子或分子之間按一定的數目關系進行的，對此，不僅我們用肉眼直接看不到，也難以稱量。那么，可稱量的物質與原子、離子或分子之間有什么聯系呢？能否用一定數目的粒子集合體來計量它們之間的關系呢？
國際科學界建議采用“物質的量”這個“物理量”把一定數目的原子、分子或離子等微觀粒子與可稱量的物質聯系起來。
引導學生：物質的量，它表示含有一定數目的粒子的集合體，符號為n；摩爾（簡稱摩）是“物質的量”的單位，符號為mol；1mol粒子集體所含的粒子數約為6.02×1023。
結合教材中圖1—11，引導學生從1mol H2O含有6.02×1023個水分子，質量為18g；1mol Al含有6.02×1023鋁原子，質量為27g，體會物質的量的“橋梁”作用。
以上內容的教學簡潔明了，學生基本上就能初步認識物質的量含義以及體會引入物質的量的意義，并迅速建立物質的量與微粒個數、物質質量之間的聯系。而在此基礎上進一步把課本所提到的其他內容（如1摩爾的標準、阿伏加德羅常數的定義等）加以完善，學生基本上就能運用這些知識解決基本的問題了。
2．充分利用教材欄目，挖掘內涵
在教學素材的準備過程中，我們大可不必舍近而求遠。事實上，教材中有許多的圖片以及“資料卡片”、“科學探究”欄目都是很好的可利用的資源。例如：
圖1—11“1mol物質的質量及所含粒子數”能有效幫助學生理解物質的量的橋梁作用。體會1mol不同物質中含有的粒子數是相同的，但由于不同粒子的質量不同，1mol不同物質的質量也不同。
圖1—12“微觀粒子與可稱量物質之間存在著一定的聯系”揭示了阿伏加德羅常數的重要意義。
圖1—13“1mol的幾種物質”中呈現了七種物質當其物質的量為1mol時對應的質量是多少克。此處注意引導學生觀察數據，自主歸納出1mol的物質其質量在數值的規律，并進一步引入摩爾質量的概念及數值特征。
圖1—15“標準狀況時的氣體摩爾體積示意圖”將有助于學生形象體會氣體微粒之間的距離，理解為什么只有氣體在同溫、同壓、同物質的量的條件下會具有相同的體積，即只有氣體才具有“氣體摩爾體積”?？上驅W生說明22.4L/mol是特定條件下的氣體摩爾體積，建議自制22.4L模型進行展示。
圖1—16“體檢的一些指標用物質的量濃度表示”則可作為引入物質的量濃度的教學素材。通過對圖中各項目的濃度的觀察，引導學生體會溶液濃度表示的多樣性，只是為了在生產和科學研究過程中更加便利，物質的量濃度使用得更為廣泛。
教材中的資料卡片，則有利于讓學生理解物質的量無非就是一個像“長度”、“質量”一樣的物理量。通過對圖片的觀察、對數據的分析，學生可自主地獲得必要的信息或找到規律，將相對抽象的概念具體化，簡單化。
P13的“科學探究”欄目。教材通過學生所熟悉的水的電解實驗，讓學生自主了解物質的量與體積的關系，自然引出氣體摩爾體積的概念以及標況下氣體摩爾體積的數值。該欄目中有三個表格，作用各不相同。
第一個表格是：
質量 物質的量 H2和O2的物質的量的比
H2
O2
學生通過實驗觀察和運用前面所學的計量關系進行推算，可初步得出推論：相同條件（同溫同壓）下1mol O2和1mol H2體積相同。
第二個表格，給出0℃、101kPa（標況）時O2和H2的密度，計算出1molO2和H2的體積。
密度/g·L—1 1mol物質的體積
O2 1.429
H2 0.0899
學生通過分析討論計算結果的過程中自主得出結論：相同溫度和壓強下，1mol O2或H2占有相同的體積；標況下，1mol O2或H2的體積約為22.4L。而在此基礎上，實現由具體到一般的邏輯推理：1mol 任何氣體占有相同的體積；標況下，1mol 任何氣體的體積約為22.4L。
第三個表格，給出20℃（常壓）時幾種固體和液體的密度，計算1mol這幾種物質的體積。
密度/g·cm—3 1mol物質的體積
Fe 7.86
Al 2.70
H2O 0.998
H2SO4 1.83
通過對求得的結果的數據分析，學生從相同條件下1mol特定的幾種物質的體積差異上進一步得出一般規律：相同條件下，1mol不同的固體物質和液態物質的體積是不同的。
通過以上環節，學生就已經對氣體摩爾體積的概念及標準狀況下的氣體摩爾體積數值有了深刻的了解，同時激發學生進一步了解形成以上結論的原因的學習動力。
科學探究欄目的精要之處，在于這幾個表格的數據分析。分析數據得出結論，是我們需要對學生進行著力培養的一種能力。因此，在教學過程中要格外重視、充分挖掘欄目的深刻內涵。
在此基礎上進行必要的補充。
對于表格一，可以引導學生寫出電解水的化學反應方程式，引導學生得出化學方程式中各物質的化學計量數與各物質的物質的量的關系，為第三章學習“物質的量在化學方程式計算中的應用”作鋪墊。
對于表格二，可考慮增加1mol O2或H2在20?C及1個標準大氣壓下的體積數據，在與第三個表格中的數據作對比后，學生還能發現：相同條件下，1mol固體或液態與氣體的體積是不同的，并存在較大差異。
還可在表二的基礎上增加其它溫度、壓強條件下，1molO2或H2的體積數據，由此幫助學生更直觀地體會：氣體摩爾體積的數值不是固定不變的，它決定于氣體所處的溫度和壓強。
如果還要再更進一步地進行拓展，在實驗探究的最后可以反問學生：這個實驗的目的是什么？比較了什么？數據在選取時需考慮什么？由此，讓學生能夠更宏觀、更全面地理解氣體摩爾體積的相關內容，并了解控制變量的進行實驗探究的學科研究方法。
3．以典例習題，辨析概念，突破難點
在過往的教學中我們發現：學生對于本節內容最大的難點在于：雖然知道以物質的量為中心的幾個概念及基本關系式，但由于對概念理解不全面或者不知道該如何就不同的題設條件加以應用，常常會在解答以物質的量為中心的綜合計算問題時出現較多錯漏。
以下圍繞阿伏加德羅常數問題，列舉一些學生的常錯點：
（1）忽略溫度和壓強。22.4L/mol是在標準狀況（0 ℃，1.01×105Pa）下的氣體摩爾體積，學生容易忽略題目中的溫度與壓強，將非標準狀況下的氣體體積與22.4L/mol進行轉換，從而誤入解題陷阱。如認為44.8LH2中含有2NA個氫氣分子。
（2）忽略物質狀態：22.4L/mol使用的對象是氣體（包括混合氣體）。學生常把一些容易忽視的液態或固態物質當作氣體。如認為標況下，22.4LH2O的物質的量為1mol。
（3）忽略單質組成：學生容易忽略氣體單質的組成除常見的雙原子分子外，還有單原子分子（如稀有氣體Ne：單原子分子）、三原子分子（如O3）等。 如認為10g氖氣所含原子數為NA。
（4）粒子數目：粒子種類一般有分子、原子、離子等。1mol微粒的數目即為阿伏加德羅常數，由此可計算分子、原子、離子等微粒的數目。學生往往在通過NA與粒子數目的轉換出錯。如認為物質的量濃度為2mol/L的BaCl2溶液中含有2NA個氯離子。
這部分的內容要求不易太高，以免加重學生負擔。結合學生的學習實際，選取一些典型例題加以訓練，例如課本第20頁的復習題，在評析的過程中明確概念的深刻涵義并教會學生如何通過題設中的已知條件來選取、運用恰當的基本關系進行計算，將有助于學生突破學習難點。
要強調的是：關于物質的量習題訓練的過程中不要企圖“一步到位”，刻意拔高難度，也不要過分糾纏于概念的細枝末節，要切實從學生已有的知識經驗出發，精練精講。
4．重視實驗，提高實驗能力
本節中“一定物質的量濃度溶液的配制”實驗是學生在高中化學必修課程里接觸到的唯一一個定量實驗，同時也是本節的重點內容。在該實驗的教學過程中，我們教學設計的重點不應該僅僅著眼于實驗的操作，而是應該引導學生去思考：在定量實驗中，如何選擇適當的實驗儀器？（儀器的精度問題）；哪些實驗操作會影響到實驗的結果？（定量實驗的誤差分析）
我們可以通過一個實驗設計引入：實驗室現需100mL濃度為1.0mol/L的NaCl溶液，請利用實驗臺上的儀器和試劑設計配制的實驗步驟。設計的重點在于（1）怎樣取得0.1mol NaCl？（2）怎樣實現溶液體積為100mL？前一個問題可引發復習有關概念，后一個問題則引出了容量瓶的使用。
關于容量瓶的使用，課本中有這么一句話：如果要求比較精確，就需要使用容積精確的儀器，如容量瓶。那么也就是說：如果要求不是很精確，就不一定需要用到容量瓶了。本節課文中兩處地方對物質的量濃度的精度表述是不一樣的，在15頁[例]中表述為“0.1mol/LNaOH溶液”，在16頁實驗1-5中表述為“1.00mol/LNaCl溶液”。兩個濃度數值的有效數字不同，意味著對濃度精度的要求也不同。
我們不妨在學生已有知識（即配制一定質量分數溶液）的基礎上，提出“能否用配制一定質量分數的溶液的儀器來配制一定物質的量濃度的溶液？”這個問題，其目的是引導學生深入思考：公式cB= 中的V到底是什么體積？能否把溶劑體積直接當作溶液體積？為什么要使用到容量瓶這種儀器？
精度要求不同的實驗，選擇的儀器是不一樣的。如果對物質的量濃度的精度要求不是很高（例如定性實驗的溶液配制），完全沒有必要使用容量瓶（哪怕是配制一定物質的量濃度的溶液）。因此，學會根據實驗對精度的要求來選擇適當的儀器，本身就是進行定量實驗的一個基本前提，是實驗科學素養的一種體現。
圖1-19關于“配制一定物質的量濃度溶液過程的示意圖”要引導學生閱讀，針對圖示提出一些問題：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？容量瓶中溶液接近瓶頸刻度時為什么要改用膠頭滴管加水？
要引導學生分析“學與問”欄目，其中第3問中，教材提到了關于用什么儀器稱量NaCl的問題，并在注解中指出：如果要與容量瓶的精度相匹配，本實驗稱量固體時，應使用分析天平（或電子天平）。考慮到學校的實際情況，可用托盤天平代替。所以，課本也沒有回避這個基本的定量實驗原則，如果我們在容量瓶的選擇上就做好關于精度要求的鋪墊，那學生在理解NaCl的稱量這個問題時就不會有太大的思維跳躍了。
作為必修模塊中唯一的定量實驗，其目的不僅僅是要學生掌握用容量瓶配制溶液的操作，更應側重于讓學生掌握定量實驗的基本思路，其一是正確選擇儀器（精度問題），其二是從實驗過程與操作的源頭上控制實驗誤差（準度問題）。
我們不妨在學生動手實驗之前針對第二個目的來進行引導：要使配制的溶液的濃度更準確，應該先從濃度的計算公式入手，再考慮哪些操作可能會影響到n和V的準確性。學生帶著這些問題進行實驗，然后再總結出一些操作注意事項。這樣一來，就可以落實過程與方法的目標，讓學生在實驗過程中能夠體驗定量實驗的基本過程，掌握定量實驗設計與操作的基本要求，最終落實科學素養的培養。


（本文參考《2009學年高一化學教學通訊第1期》廣雅中學庾志成老師的教學建議）



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