物質的量教案（一）教學背景分析物質的量這一課在現人教版化學教材中是必修一第一章的第二個內容。第一個內容實驗基礎是對初中化學學習的過渡，從實驗也引出了化學學科發展對定量的必然要求，也正是本節課內容的意義之所在。物質的量這一節課可以認為是整個高中化學學習的第一個正式的新內容，同時，這一節課的內容將成為之后所有化學學習的工具；它是進入定量化階段之后的化學科學的基本語言，也是化學漸入成熟的一個標志。這一節課的學習可以幫助學生從原有的初中化學學習狀態拉出來，從識記為主的化學掃盲階段轉而進入對一門新的科學的學習，是對化學學科產生嚴格、科學的態度的開端。反之，如果這一節課不能給學生這種嚴格、科學的態度，將會導致學生對化學學科的定位產生混亂，不能將其視為科學，更難以科學的態度來對待化學學科的學習，也就更不用說激發對化學的興趣或者培養化學素養了。如此重要的一節課，在教學中卻存在著諸多障礙，要想真的教明白教懂這節課需要老師和學生都有足夠的勇氣逐一突破。但是相比這一內容在化學史和學生化學意識建立中的重要性，在考試中就顯得單薄很多，北京高考中每年都會涉及到的關于物質的量的一道選擇題，只是考查了對物質的量的使用，而回避了物質的量的建立。面對這一事實，我們也可以這樣理解，物質的量作為化學的基本語言已經被確立，那么對其最根本的認識，就是這一確立的科學性保證了它的唯一性，我們不會再使用第二套計量單位來描述化學學科的研究內容，故在考查過程中，它的唯一性被“默認”的融入了考試的每個角落。但教學中，學生對這種“唯一性”的認同，不應該是教師、教材或者是化學家們的權威性所帶來的，而是化學作為實驗學科對這一內容必然要求以及科學推導過程中其真實的簡便所帶來的。這樣的理解將會給這節課的教學以更強大的信念，教師應該——沒有任何理由推諉地應該——給學生建立起物質的量的科學認識，建立起化學走入定量化、走入科學時代的信念。（二）教材背景分析關于教材要求的內容物質的量這一節內容包括物質的量、摩爾質量、摩爾體積、物質的量濃度這一系列的內容及其相互聯系。這些內容共同搭建起了化學定量的基本語言，以物質的量為核心概念，對微觀粒子有了更便于描述其真實狀況也更便于連接已有宏觀世界的單位系統。物理量及單位的誕生都是在人們探索世界的過程中必然出現的產物，從最初質量這一物理量的產生開始，人們對物質的多少就開始了追尋，用重量來衡量物質的多少是自古就存在的，從秦始皇統一中國度量衡到國際單位制的統一，人類在其活動范圍擴大的同時，也不斷地需要統一對物質多少的描述方式。物質的量，就是當人類探索到微觀世界時，為了滿足與已有的質量計量體系統一的需要而應運而生的一套計量體系。在宏觀世界，已kg和kg的千分之一g來描述質量從而描述物質的多少，法國在1795年4月7日頒布了關于度量衡的法律，其中規定“克”為“在冰融化時的溫度下，體積等于邊長為百分之一米的立方體的水的絕對重量”。由于克是一個非常小的單位，日常的商貿生活中所涉及的物品質量遠大于克；同時，基于特定體積的水定義的質量也難以方便與準確的復現，法律的實施需要一個基于該定義的實物基準。于是，人們專門制造了一件質量一千倍于克（即千克）的金屬器臨時作為千克基準。雖然，先前法律中對千克定義選取的特定體積水的溫度點為0℃，這一溫度點非常穩定，但是經過數年的研究，在1799年，法國化學家勒費貝-紀諾（LouisLefèvre-Gineau）和意大利博物學家法布羅尼（GiovanniFabbroni）決定修改定義，取水處于最穩定的密度點時的體積（即水在密度最大時的體積），而當時測定水的密度在4℃時達到最大。最終，他們的結論是一立方分米密度最大時的水的質量為4年前制造的千克基準器質量的99.9265%。同年，人們以盡可能的接近（在當時的科技條件的許可的情況下）4℃時一立方分米水的質量為目標，制作了一件純鉑的千克原器。該原器于六月被送交法國檔案局，并于1799年12月被正式確認為“檔案局千克”（KilogrammedesArchives），千克被定義為等于它的質量。該基準器使用了九十年。十九世紀七十年代，法國政府贊助了一系列的會議。人們在這些會議上意識到應該使用鉑銥合金而不是純鉑來制作千克原器。1875年5月20日，17個國家在法國巴黎簽署米制公約，建立公制體系（這一體系以后發展為國際單位制體系）。該公約產生了國際計量大會、國際計量委員會和國際計量局三個組織。在這之后人們制造了一批使用鉑銥合金的千克標準砝碼。1889年，依照公約召開了第一次國際計量大會，批準將其中最接近檔案局千克的一件作為國際千克原器。不過，直到1901年的第三次國際計量大會上才將國際千克原器的質量定義為千克。國際千克原器于是作為千克的標準砝碼一直使用到今天。而在微觀世界，粒子都是由質子（1.6726231×10-27kg）、中子（1.6749286×10-27kg）、電子（9.109×10-31kg）所構成的，其中質子與中子的質量近似相等，而電子則為質子質量的1/1836可以忽略不計。由此，微觀粒子的質量就都近似是質子質量的整數倍，而以質子質量作為微觀粒子質量的計量單元就是最恰當不過的了，這個質量單位就是dal（為了紀念道爾頓，近代化學之父，提出了原子學說）。自然界中不存在單獨的質子，所以需要一個實體的物質來作為1dal的標準，比如1H，1H由一個質子和一個電子組成，本來應該是天然的標準物，但氫在空氣中含量小、同位素多、以氣體形式存在等等特點都造成了其作為標準物對準確性的干擾。所以最終，選取了自然界含量大，分布廣泛，性質穩定易與同位素剝離的12C作為標準物，12C中含有6個質子、6個中子和6個電子（電子質量可忽略不計），所以質量就是質子質量的12倍，因為以12C的1/12為1dal，就有適于微觀粒子的質量計量單位。由此產生了相對原子質量和相對分子質量（=粒子真實質量/1dal）。質量描述的是所含物質的多少，在這個意義上1dal和1g有著同樣的效力，那1dal或者1g到底含物質多少呢？顯然1dal的質子就是含有1個質子，1g的質子就是含有（1g/1dal）個質子，這里面(1g/1dal)個粒子是宏觀與微觀世界聯系中必然的紐帶，由于(1g/1dal)個數量巨大，為了方便，我們便稱其為1堆，這個堆便成為了一個新的物理量——物質的量，其單位摩爾（mol）在希臘文的原文中意思就是“堆”。1mol=(1g/1dal)個，(1g/1dal)經阿佛加德羅測得約為6.02*1023，這個數就被稱為阿佛加德羅常數。在化學發展日趨成熟的今天，物質的量已經開始反饋的影響宏觀的計量體系。120多年來，盡管國際千克原器很少被使用且被恰當保存保護著，人們還是發現，在不知不覺中，它已經發生了變化，輕了50微克，這給從事科學研究和數據統計等精密工作的人帶來不少麻煩。于是，度量衡專家們已經提出了多項提議來重新定義千克標準，其中一項就是“阿佛加德羅計劃”，計劃的目的是要用精確的硅原子數量來精確定義千克標準。為此澳大利亞聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)讓“阿佛加德羅計劃”小組制造完美硅球，然而這一工作是一大挑戰。此硅被前蘇聯的離心分離機提純過，曾用于精煉制造核武器的鈾。此離心分離機將這些硅從放射性元素中分離出來，讓研究人員制造出最純的硅28。之后，此材料從俄羅斯運到了德國國家度量衡學學會，通過為東德生產硅的成熟設備長成了一個巨大的晶體。在6次實驗失敗之后，此純晶體最終制成2塊5公斤的晶體塊，并運送到了澳大利亞。為加工成這對硅球，澳大利亞精確光學中心（ACPO）不讓一輩子加工精確球的光學工程師阿其姆·雷斯特勒退休，讓他最終制成了這一對硅球，成為他的晚年杰作。澳大利亞精確光學中心采用300年前的牛頓望遠鏡地面透鏡的類似技術，制造出了這對直徑為93.75毫米的硅球。這對“完美硅球”球體非常接近理想球體，由球體中心至表面任何一點的距離誤差不超過0.3納米，其彎曲率為60-70納米，且每一個球的質量都和澳大利亞的千克相符。這對球體99.99%％是由硅28構成的，其晶體結構近乎完美。然而，即使“阿佛加德羅計劃”小組讓每一個球達到了同樣數量的硅原子，國際重量與測量委員會也將不能早早地采納他們的定義。這是因為一些度量衡學家認為“阿佛加德羅計劃”小組的精確硅球只是簡單地取代了一個境況不佳的物理標準。他們提議用其它辦法來和這一方法比試一下，比如所謂的瓦特平衡方法（即用磁場和電力來精確定義千克）。美國國家標準技術學會的理查德·斯坦勒支持這一方法，認為能量測量比物理屬性的測量球體直徑的誤差更小。2.關于單元聯系物質的量的內容是高中化學的第二課，在第一課的實驗之后很自然的轉入了化學對定量的要求，從而有了本部分內容的教學，同時本部分內容是整個高中化學乃至之后所以化學計量的基礎，是最基本的化學語言之一，之后所有的教學內容無不涉及本課內容。本課內容的一個重要基礎就原子的結構，初中所學已經可以作為本課學習的基礎。但仍然建議將本課調至原子結構之后講授。12C這樣的寫法是沒有在初中系統學習的，12C作為標準的出現，如果是一個生僻的表達，會造成學生理解的障礙和畏難情緒，其中同位素的概念也需要另外補充。同時，由于本課設計概念繁雜，難度較大，在原子結構中滲透課本中未出現的dal的單位，會給本課減輕很大壓力，所以本課放在后面講授預期效果會更好。（三）學情分析1.知識內容可以引起怎樣的意識本課內容將幫助學生形成化學的科學意識，更深入地理解質量與物質多少的關系，在物質的量的概念建立的同時更堅定其現在定義的正確性，以致將物質的量默認為微觀計量的唯一體系。這節課將徹底改變學生對初中化學的印象，從認識世界、觀察現象轉入嚴密的邏輯推理，雖然真正的化學學習還未展開，但已經開始給學生以嚴格、科學的態度的強烈沖擊，而這是在初中化學中所欠缺的。從最初的g推導出mol，再到現在阿佛加德羅計劃由mol反饋對kg標準的修正，可以使學生產生對科學的敬畏感，也真正意義上的感受到科學的嚴格、對真理的不斷追求。反之，如果這一節課不能給學生這種嚴格、科學的態度，而已教師、教材甚至科學家自身地位的權威性來使學生獲得物質的量的確定性，用強行灌輸的方式讓學生把物質的量扎在腦子里而不是種在意識里將會導致學生對化學學科的定位產生混亂，不能將其視為科學，更難以科學的態度來對待化學學科的學習，也就更不用說激發對化學的興趣或者培養化學素養了。內在意識前提本節課其實是教學中非常困難的一節課，要想真的教明白這節課，有很多的障礙需要克服，學生的內在意識前提在本課的設計過程中非常遺憾的大都起負作用。盡管是負作用，它們仍是學生內在意識已有的組成部分。關于度量衡度量衡在不同的地域有著更為符合自己歷史文化習俗的體系，學生知道斤和公斤的換算，也知道“磅”和“盎司”等不同的質量單位。由此，可以引領學生進而推知，在一個新的領域中，往往需要一套新的質量單位，同時，這套單位應該可以同原來的進行換算。這恰恰就是阿佛加德羅常數的存在意義。關于質量質量是物體所含物質的多少，是初中物理課的內容，物理的研究對象是物體，化學的研究對象是物質，質量剛好是二者之間的連結。但物理由于學科的側重點不同，對質量是所含物質多少并沒有強調，這將導致學生意識里直接將質量與密度和體積相連，甚至與重力相連，卻忽略了其最本質的意義：所含物質的多少。恰恰是這個最本質的意義是物質的量的生長點。關于相對原子質量相對原子質量是初中化學的內容，學生對以12C的1/12為標準的討論可以直接應用于本課，直接理解12g12C所含原子數是1mol。關于語言習慣本課的又一難點是學生難以適應長久以來的漢語習慣。在漢語中“**的**”常表示偏正短語，的字前面起修飾作用，的字后面才是真正的實意部分，如“小明的貓”是貓，“紅的拖鞋”是拖鞋，但是“物質的量”是一個完整的專用名詞，這需要學生適應。其實，也有很多人認為amountofsubstance翻譯成“堆量”會更符合漢語習慣，更便于接受。關于化學科學與初中化學啟蒙教育化學在初中是啟蒙階段，只是簡單的認識世界是物質的，物質是多種多樣的，多種多樣的物質是有共同基礎的。這樣一些最淺顯的知識由于中考的壓力，會被過分夸大，變成毫無意義的錙銖必究。本來實驗的現象是要求學生更為科學準確地進行探究，所以藍色和淡藍色是要區分的，但有些老師是過渡種要求，甚至讓學生在默寫實驗現象的時候連一個“的”字都不可以少，使化學的啟蒙教育變成了“非經典說明文背誦”，這嚴重阻礙了高中化學教學中科學意識的培養。由于熟悉了初中的模式，學生在本節課可能會非常不適應，這也恰恰是本課的機遇所在。（四）教學目標制定本課內容的講授大致分四個過程，第一個過程由原子結構決定微觀粒子的質量單位為1個質子的質量，及1dal與初中相對原子質量相連接，使學生感受到單位的制定，化學計量的存在的科學依據及必然合理性。進而，進一步深化質量本身內蘊的“所含物質的多少”的意義，并在此過程中，發現設置“物質的量”這一物理量的必要性，由此掌握物質的量及摩爾的知識。對物質的量的存在及其定義產生認同感和信任感。上一過程中遺留下“所含物質究竟是多少”的問題，由阿佛加德羅測得，稱為阿佛加德羅常數，學生推導出物質的量、微粒數目與阿伏伽德羅常數的關系。深化對阿伏伽德羅常數的認識，認識到它既是宏觀與微觀質量又是數量之間的換算關系。這樣雙重的身份恰恰是化學計量在發展過程中嚴格科學態度的體現。最后一個過程，通過最新的度量衡研究，使學生將各知識綜合起來，形成化學計量意識，同時再次感受科學的嚴格追求。（五）設計教學過程1．關于重點、難點、考點和基礎知識本課重點：理解物質的量、阿伏伽德羅常數的意義及制定原因本課難點：由于內容本身的繁雜造成的在理解過程中邏輯鏈斷裂，如學生理解了以為什么12C為標準后沒有跟上為什么需要一個標準學生內在意識前提造成的諸多障礙需要克服（如前所述）2．實施過程（1）上課調整狀態，“上課”（2）導入新課【講授】前兩天網上流傳了一個謠言，說三星把要賠付給蘋果10億美元專利侵權費用，以5美分的硬幣形式支付。換句話說，這10億美元需要滿滿30輛卡車硬幣。謠言一起，大家紛紛轉發，都覺得非常過癮，30輛卡車的硬幣啊，蘋果得數到哪輩子去啊！當然了，這只是一個謠言，我們拋開謠言不管，如果真的是我們中的哪位同學哪天突然收到了這樣一筆錢，比如一袋子的一分錢硬幣，大家有沒有什么好的辦法幫他盡快數出到底是多少錢呢？【學生】——稱質量，除以每個硬幣的質量【提問】質量是什么？（密度乘以體積、重力除以g）【學生】物體所含物質的多少【講授】質量表示物體所含物質的多少，質量越大，所含的物質就越多，1kg鐵就比1g鐵所含的鐵多【提問】除了g和kg大家還知道什么表示質量的單位？【學生】斤、公斤、兩、磅、盎司等等……【提問】誰知道盎司和兩的準確換算關系？【學生】……【講授】為什么不知道，因為盎司不是我們生活中常用的。每一個不同的環境都會產生更適應它的計量體系，今天我們就一起走進微觀世界來看一下這個世界里適用的計量體系。dal——微觀世界的質量單位【提問】在微觀世界，我們需要描述的是誰？【學生】原子、分子【提問】物質是由分子組成，或原子直接構成，分子又是原子構成的，那原子是由什么構成的呢？【學生】質子、中子、電子【PPT】質子：1.6726231×10-27kg中子：1.6749286×10-27kg電子：9.109×10-31kg【講授】質子與中子的質量近似相等，電子是質子質量的1/1836，可以忽略不計，所以原子的質量可以近似看做質子與中子質量的和【提問】如果假設1個質子的質量為△，那么中子的質量近似也是？【學生】△【提問】那只含有1個質子的原子質量為？【學生】△【提問】那含有8個質子,10個中子的原子質量為？【學生】18△【講授】我們不難發現，如果我們以一個質子的質量為標準，我們所有的原子質量都可以近似成一個正整數，而且非常的好算，就是質子與中子數量和。于是，在微觀世界，我們就把剛才的△也就是一個質子的質量作為單位。于是硅28的質量是？【學生】28△【講授】你也可以把△換成隨便什么別的東西，方塊或者五角星，或者換成“李雅婷”，都是一個意思，總之它是28什么，比如28李雅婷。大家不能亂叫一氣啊，單位都有個統一的說法，其實李雅婷就挺好，但是李雅婷對化學的貢獻不都大，大家不認識，就換了一個大家都認識的化學家，道爾頓。微觀粒子就有了自己的單位。我們來試一下：【提問】氮14的質量？【學生】14dal【提問】氯35的質量？【學生】35dal【提問】用dal（1個質子）作為微觀粒子的單位好不好？好在哪？【學生】好，簡便【提問】下一個問題，如果我們選擇1個質子做標準的話，那我們該去哪找這個質子呢？世界上存在著1個獨立的質子嗎？【學生】不存在，但是有1H,1個質子和1個電子【講授】很好，但氫做標準存在局限性。為了突破這些局限性，我們選了C（原因略）【提問】如果以12C的質量是方塊，那質子質量是多少？【學生】1/12方塊【講授】所以，我們用12C的1/12作為微觀世界質量的單位，稱為1dal摩爾與物質的量【提問】找到了微觀世界適用的質量單位，質量是描述什么的？【回答】所含物質的多少【提問】1dal質子含有多少物質？【回答】1個質子【提問】那1g呢？【回答】1g/1dal個質子【提問】18dal18O含有多少物質【回答】1個氧原子【提問】那18g呢？【回答】18g/18dal個氧原子（=1g/dal）【提問】每次都說（1g/dal）個是不是特別麻煩？最好能省事一點，（1g/dal）個不就是很多很多很多個嘛，那說很多很多很多個的時候我們一般怎么說？【回答】一堆【講授】科學家們也這么想，不過他們用了個更文藝的稱呼，他們用了外文！還是很特別的外文，英文法文德文都太俗！他們用了希臘文mol，什么意思呢？堆……【提問】一堆怎么說？【回答】1mol【講授】我們得給這個多少堆也起個名字啊，它是描述多少的，就叫他物質的量。注意，這四個字是一個詞，是翻譯造成的，如果覺得別扭，可以暫時叫它物質的堆兒~阿佛加德羅常數【提問】一堆究竟有多少呢？【講授】阿佛加德羅幫我們測了，約等于6.02*1023個/堆，因為是阿佛加德羅測的，所以我們叫它阿佛加德羅常數，用NA表示【提問】如果有6.02*1023個微粒，是幾堆？【回答】1堆【提問】文藝點【回答】1mol【提問】如果有12.04*1023個微粒呢？【回答】2mol【提問】如果有3.01*1023個微粒呢？【回答】0.5mol【提問】如果有N個微粒呢？【回答】N/NA【總結】得到公式n=N/NA【總結】含有質量：所含物質的多少數量含有(1/12)12C→1dal1個質子（1個質子的質量）