第一章 化学计量在实验中的应用

第一章从实验学化学

第二节化学计量在实验中的应用

一、教材的地位和作用

本节内容物质的量、气体摩尔体积和物质的量浓度是中学化学三个重要的物理量。物质的量是国际单位制中7个基本物理量之一，单位是摩尔，简称摩，符号是mol。

在本节中将化学基本概念作为基础，并与实验紧密联系，强调了概念在实际中的应用，同时，突出了化学以实验为基础的特点。本节在介绍了物质的量等有关知识的基础上，运用概念介绍一定物质的量浓度溶液的配制方法。溶液的配制方法作为化学实验基本方法和技能，也作为对知识的应用。而物质的量的有关知识，作为化学实验中的计量来呈现，从而突出实验主题。

物质的量是化学中常用的物理量，属于“工具性”概念，在化学计算中处于核心地位，而且被广泛应用于工农业生产和科学研究中。所以这一节的教学对整个高中的学习起着重要的指导作用。

二、学情分析

通过初中化学的学习，学生很清楚宏观物质可以用质量、体积等物理量计量；也很清楚微观粒子很小，看不见，摸不着；而且知道物质间发生化学反应是原子、离子、分子按一定的数目关系进行的。

在学生已有知识基础上，引入“物质的量”这个物理量来将一定数目的原子、分子和离子等微观粒子与可称量物质联系起来，并导出摩尔质量、气体摩尔体积和物质的量浓度等物理量。本节概念较多，理论性较强，而且都很抽象。而刚步入高一的学生抽象思维能力差，对新概念接受理解速度慢。

三、化学课程标准和考试大纲

课程标准：

1、认识摩尔是物质的量的基本单位，能用于进行简单的化学计算，体会定量研究的

方法对研究和学习化学的重要作用。

2、实验探究：配制一定浓度的溶液，比较不同浓度溶液的某些性质差异。

考试大纲：

1、了解定量研究的方法是化学发展为一门科学的重要标志。理解摩尔（mol）是物质

的量的基本单位，可用于进行简单的化学计算。

2、了解物质的量的单位——摩尔（mol）、摩尔质量、气体摩尔体积、物质的量浓度、

阿伏加德罗常数的含义。

3、根据物质的量与微粒（原子、分子、离子等）数目、气体体积（标准状况下）之

间的相互关系进行有关计算。

4、了解配制一定溶质质量分数、物质的量浓度溶液的方法。

四、教学重难点

重点：物质的量的单位——摩尔，气体摩尔体积、物质的量浓度的概念，物质的量、摩尔质量和物质的量浓度的关系，一定物质的量浓度溶液的配制方法

难点：物质的量的单位——摩尔，一定物质的量浓度溶液的配制方法

五、课时安排

第一课时：物质的量的单位——摩尔第二课时：气体摩尔体积

第三课时：物质的量浓度溶液的配制第四课时：物质的量浓度的有关计算

六、三维目标

知识与技能：

1、使学生理解物质的量及其单位，了解物质的量与微观粒子数之间的关系。

2、使学生了解物质的量、摩尔质量、物质的质量之间的关系，掌握有关概念的计算。

3、理解气体摩尔体积的概念，掌握有关气体摩尔体积的计算。

4、理解阿伏加德罗定律，掌握阿伏加德罗定律的应用。

5、使学生理解物质的量浓度的概念。

6、使学生初步学会配制一定物质的量浓度溶液的方法。

过程与方法：

1、在概念教学中，培养学生的逻辑推理、抽象概括的能力。

2、培养学生的计算能力，并通过计算帮助学生更好地理解概念和运用、巩固概念。

3、通过配制一定物质的量浓度溶液的教学，培养学生观察和动手实验的能力。

情感态度和价值观：

1、使学生认识到宏观和微观的相互转化是研究化学的科学方法之一。培养学生尊重科学的

思想。

2、调动学生参与概念的形成过程，积极主动学习。

3、通过实验激发学生学习化学的兴趣，培养学生严谨求实的科学作风。

七、教学设计

第一课时物质的量的单位——摩尔

【引入】在化学实验室做实验时，取用的药品无论是单质还是化合物，都是可以用器具称量的。而物质间发生的化学反应是原子、离子或分子之间按一定的数目关系进行的。

【设问】C + O2 =CO2这个方程式所表示的意义是什么？

【分析】（1）从微观来看，表示1个C原子和1个O2分子反应生成1 个CO2分子。

（2）从宏观来看，表示12gC可以和32g O2反应生成44g CO2。

【讨论】（1）1个C是否是12g呢？

（2）12gC所含C原子数与32g O2所含O2分子数相同，与44g CO2所含CO2分子数相同，这一相同数目是多少？（提示：1个12C的质量约为1.993×10-26Kg）

【过渡】可称量物质与这些微观的看不见的原子、分子或离子之间有什么联系？能否用一定数目的粒子集合体来计量它们之间的关系呢？为此，国际科学界建议采用“物质的量”将一定数目的原子、离子或分子等微观粒子与可称量物质联系起来。

【板书】第二节化学计量在实验中的应用

【讲】就像长度可以用来表示物体的长短，温度可以表示物体的冷热程度一样。物质的量可用来表示含有一定数目粒子的集合体，其符号为n，它是国际单位制中的基本物理量。“物质的量”是一个整体概念，不可任意加减字，既不是物质的质量，也不是物质的数量。

【板书】一、物质的量

1、 定义：表示一定数目粒子的集合体，符号为n 。

2、 单位：摩尔，简称摩。符号：mol 。

【过渡】日常生活中用打表示12个，用令计量作为纸张的单位，一令就是500张纸。那么物质的量的1个单位即1mol 表示的数目是多少呢？到底多少粒子作为一个集合体最为合适呢？

【阅读课本】国际上规定，1mol 粒子集体所含的粒子数与0.012kg 12C 中所含的碳原子数相同，约为6.02×1023。1mol 任何粒子的数目也叫阿伏加德罗常数。阿伏加德罗是意大利物理学家，因他对6.02×1023这个数据的测量有着很大的贡献，故用他的名字来表示1mol 任何粒子的粒子数。

【板书】3、标准：0.012kg 12C 中所含的碳原子数。

4、阿伏加德罗常数：1mol 任何粒子的粒子数，符号为N A ，单位为mol -1，常用6.02×1023mol -1表示。

【资料展示】1、如果把6.02×1023粒米给全球70亿人吃，每人每天吃一斤，要吃14万年。

2、如果把6.02×1023个直径为2.5cm 的硬币排成一行，可以来回于地球和太阳之间240.8亿次。

【分析】1mol 粒子集合体所含粒子数目巨大，应用于宏观物质没有意义，因此只适用于微观粒子。摩尔作为物质的量的单位，可以计量所有微观粒子（包括原子、分子、离子、原子团、电子、质子、中子等）。

【判断正误】3mol 氢 1molCO 2 1mol 小米

【强调】在使用物质的量时一定要注明微粒种类，所指粒子必须十分明确。如：2molH 、1molH 2、1.5molNaOH 、1molSO 42-、1mol e -。

【练习】根据物质的量的有关知识，进行相关计算：

0.5mol CO 2含有 个CO 2分子， 含有 个氧原子；

1．204×1024个H ，其物质的量是 mol ；

a molAl 2（SO 4）3中n （Al 3+）= ，n （SO 42-）= ，n （Al 3+）: n （SO 42-）= 。

【板书】5、物质的量与微粒数目的计量关系：n=N/N A

两种微粒有如下关系：n 1/n 2=N 1/N 2

【过渡】1 mol 粒子的数目是以0.012 kg 12C 中所含碳原子数目为标准得来的；其数目约为6.02×1023。我们初中所学某种原子的相对原子质量也是以碳－12原子为标准得出来的，它是怎样定义的？

(以碳－12原子的质量的1/12作为标准，其他原子的质量跟它比较所得的数值，就是这种原子的相对原子质量)

【思考】假如一原子的质量为m 1，碳－12原子的质量为m C ，则该原子的相对原子质量A 1怎样表示？请大家用代数式表示出来。

【副板】A 1=C

1C m m 1212

1m 【教师】若另一种原子的质量为m 2，则它的相对原子质量A 2又该怎样表示，请大家口答。 (A 2=C

m m 212。)

【设问】A 1比A 2与m 1与m 2的关系是什么呢？请大家推导。

( A 1∶A 2=m 1∶m 2)

【教师】这也就是说：原子的质量比=原子相对原子质量比。

【教师】下面让我们导出下列关系：

微观粒子 一个C 原子 一个O 原子 一个Fe 原子 1 mol C 原子 1 mol O 原子 1 mol Fe 原子

宏观质量 0.012 kg=12 g x g y g

相对原子质量 12 16 56

【分析】由刚才我们对原子相对原子质量的深入理解知道：原子的质量比=原子的相对原子质量比。∴1 mol 任何原子的质量比，就等于它们的相对原子质量比。请大家根据此结论，计算出x 值和y 值。 x =16 y =56

【设问】1、1 mol 钠原子的质量是多少?1 mol 氢原子的质量呢？

(1 mol 钠原子的质量是23 g ，1 mol 氢原子的质量是1 g)

2、由此可得出什么结论？

(1 mol 任何原子的质量，以克为单位时，在数值上都等于它们的相对原子质量)

3、1 mol 分子的质量，与它的相对分子质量有什么关系？为什么？

(因为分子都是由原子构成的，而分子的相对分子质量等于构成它的原子的相对原子质量的总和。1 mol 任何原子的质量在数值上等于它的相对原子质量，单位为克，则1 mol 任何分子的质量就应该在数值上等于它的相对分子质量，单位为克)

4、那么，对于粒子中的离子来讲，又将怎样呢？

(对于离子来说，由于电子的质量很小，当原子得到或失去电子变成离子时，电子的质量可略去不计，因此，1 mol 离子的质量在数值上就等于该离子的式量，单位为克)

【总结】1mol 任何粒子或物质的质量以克为单位时，其数值都与该粒子的相对原子质量或相对分子质量相等。

【练习】完成资料书P9表格1、表格2。通过计算进一步说明以上结论。

【板书】二、摩尔质量：

1、定义：单位物质的量的物质所具有的质量，符号为M

2、公式：M =n

m 单位: g ·mol －1 3、数值：以g/mol 为单位时，在数值上等于该粒子的相对原子质量或相对分子质量。

【练习】P13学与问；学案P9 关于物质的量的简单计算2、3、4题

【设问】我们提出物质的量这一新的物理量，是为了将一定数目的原子、分子、离子等微观粒子与宏观可称量物质联系起来。通过本节课的学习，是如何被联系起来的？

【总结】N/N A =n=m/M 。由此可见，物质的量是连接微观粒子数和宏观物质质量的桥梁。

扩大6.02×1023

倍 扩大6.0×1023

倍 扩大6.02×1023

倍

第二课时气体摩尔体积

【引入】上一节课，我们研究了物质的量与物质质量和粒子数之间的关系，物质的量作为一座桥梁，将微观粒子数和宏观的质量联系在一起。在科学研究或实际生产中，涉及到气态物质时，测量体积往往比称量质量更方便。那么我们能否利用物质的量将微观粒子数与宏观体积联系在一起呢？这一节课，我们来研究物质的量与气体体积之间的关系。

【科学探究1】完成表格，得出结论：在相同温度和压强下，1molO2和H2的体积相同。【科学探究2】1 mol任何物质的质量，我们都可以用摩尔质量作桥梁把它计算出来，若想要通过质量求体积，还需搭座什么桥呢？

由基本公式：V=m/ρm=nM进行计算。完成表格，得出结论：

1、在相同温度下，1 mol 不同的固态或液态的物质体积不同；

2、在相同状态下，1 mol 气体的体积基本相同；

3、同样是1 mol 物质，气体和固体的体积相差很大。(1 mol H2O在液态时是18 mL，在100 ℃气态时约为3.06*104 mL ，相差约1700倍)。

【设问】为什么会出现上述结论？原因是什么呢？阅读课本P14前四段内容。

【板书】一、决定物质物质体积大小的因素：

【讲解】在我们计算中，物质的粒子数是相同的，都是1 mol，那么后两个因素对体积大小有什么影响呢？

对于固体和液体来说，粒子间距离非常小，主要取决于粒子本身的大小，但因为粒子大小不相同，所以，1mol不同的固态物质或液态物质的体积是不相同的。就好像100个乒乓球和100个篮球，各自紧密排列在地面，二者体积相差很大。

对于气体来说，粒子间的距离远大于粒子本身的直径，因此气体的体积主要取决于粒子间的距离。影响气体分子间距离的因素为温度和压强。而在相同温度和压强下，任何气体粒子间的距离可以看成是相等的。因此，1mol不同的气体都具有相同的体积。就好像100个乒乓球和100个篮球都间隔1米，在操场上均匀地分布，二者所占体积相差不大。

【过渡】事实上，在我们学习生活乃至科研领域，用得更多的是气体的体积，而不是质量。无数实验事实证明，外界条件相同时，物质的量相同的任何气体都含有相同的体积。这给我们研究气体提供了很大的方便，为此，我们专门引出了气体摩尔体积的概念，这也是我们这节课所要学习的内容。

【板书】二、气体摩尔体积

1、定义：单位物质的量的气体所占的体积

2、符号：V m

3、定义式：V m =n

V 4、单位：国际：m 3/mol 常用：L/mol

【讲解】气体摩尔体积的数值不是固定的，它决定于气体所处的温度和压强。温度和压强一定，任何气体的气体摩尔体积一定。我们为了研究方便，通常将温度为O ℃，压强101 kPa 时的状况称为标准状态，根据大量实验事实证明，在标准状况下，1 mol 任何气体的体积都约是22.4L 。

【设问】在非标准状况下，1mol 气体体积一定不是22.4L 吗？

【分析】温度和压强影响气体体积，在非标准状况下，只要温度和压强适当，1mol 气体体积也可能是22.4L 。

【强调】1、Vm 的适用范围是任何气体。不仅适用于纯气体，也适用于互不反应的混合气体。如0.3molH 2和0.7molO 2的混合气体在标准状况下的体积约为22.4L 。

2、并非只有在标准状况下，气体的摩尔体积才是22.4L/mol 。

3、 谈气体体积和气体摩尔体积必须注明温度和压强。

【判断正误】

1.标况下，1 mol 任何物质的体积都约为2

2.4 L 。

2.1 mol 气体的体积约为22.4 L 。

3.标况下，1 mol O 2和N 2混合气(任意比)的体积约为22.4 L 。

4.22.4 L 气体所含分子数一定大于11.2 L 气体所含的分子数。

5.任何条件下，气体的摩尔体积都是22.4 L 。

6.只有在标况下，气体的摩尔体积才能是22.4 L 。

【板书】5、

【过渡】通过前面的分析，我们可以得到：在相同温度下，粒子数相同的任何气体都具有相同的体积。反过来，也可以说，在相同的温度和压强下，相同体积的任何气体都具有相同数目的粒子。这一结论最早是由意大利科学家阿伏加德罗发现的，并被许多的科学实验所证实，成为定律，叫阿伏加德罗定律。

【板书】6、阿伏加德罗定律：

在相同的温度和压强下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。

【分析】对这一定律的理解一定要明确，适用范围为气体。

1、 在定律中有四同：“同温”、“同压”、“同体积”、“同分子数目”

，三同就可定为一

同。

2、阿伏加德罗定律可适用于任何气体(纯净的或是互不反应的混合气体)，但不适用于

液体或固体。

【总结】物质的质量、物质的量、微粒数目与气体摩尔体积之间的关系：

通过本节课的学习，我们应学会利用物质的量的桥梁作用，用它将气体体积、质量与粒子数目等物理量都联系起来。

第三课时物质的量浓度溶液的配制

【引入】展示两瓶颜色深浅程度不同的蓝色CuSO4溶液，请思考回答下列问题：

（1）为什么两瓶溶液的颜色深浅程度不同？哪瓶溶液的浓度大？

（2）如何定量表示溶液浓度的大小呢？

我们在初中学过用溶质的质量分数表示溶液的组成。

溶质的质量分数w=m（溶质）/m（溶液）×100%

对于饱和溶液：w=S/(100+S) ×100%

（3）若要取含一定溶质的CuSO4溶液，是称量溶液质量方便还是量取溶液体积方便？（4）在化学方程式中，各物质的化学计量数之比是等于各物质的质量之比还是物质的量之比？对于溶液之间的反应，若知道一定体积溶液中的什么物理量会使计算变得方便？

【推进新课】很多化学反应都是在溶液中进行的。对于溶液，我们通常不称其质量，而是量它的体积。因此，溶质的质量分数在实际应用中有不便之处。在化学反应中，反应物和生成物之间的比例关系是由化学方程式中的化学计量数所决定的。通过量取一定体积的溶液就知道其中溶质的物质的量，将为化学实验带来很多方便，对生产和科学研究也有重要意义。因此，我们引入一个新的表示溶液浓度的物理量——物质的量浓度。

【引导】国际单位制中只有7个基本物理量及其单位，但是，为了方便应用，还利用这些物理量组合引申出了许多导出物理量。如：速度——m/s；密度g/L，气体摩尔体积——L/mol 等。导出物理量的描述一般为：“单位物理量A所……得物理量B”。那么如何设置一个物理量，要求能够用此物理量进行“V（溶液）”、“n（溶质）”之间的换算？

【板书】一、物质的量浓度：

1、定义：单位体积溶液里所含溶质B的物质的量来，叫溶液B的物质的量浓度，符号c(B)。

)B(n

2、公式c(B)=

V

(

aq

)

3、单位：国际单位：mol/m3常用单位mol/L

【思考】1、如果将1molNaCl溶于1L水中所得溶液的物质的量浓度是1mol/L吗？

2、1L58.5gNaCl溶液的物质的量浓度是不是1mol/L？

3、100ml 2mol/L的NaCl溶液中，NaCl的物质的量是多少？从该溶液中取出20ml，此20mlNaCl 溶液的物质的量浓度是多少？什么改变了？

【强调】1、V表示溶液的体积而非溶剂的体积；

2、B表示溶质，n B表示溶质的物质的量；

3、从某溶液取出任意体积的溶液，其物质的量浓度都相同，但所含溶质的物质的量因体积不同而不同。（溶液是均一、稳定的）。

【过渡】我们知道了物质的量与质量的关系，以及用物质的量和溶液体积来表示溶液的组成，就可以在实验室配制一定物质的量浓度的溶液了。

【例题】书中P15例题。强调解题规范。

【引导】现在配制500ml 0.1mol/LNaOH溶液所需NaOH质量求出来了，接下来根据你们理解思考该如何进行实验？

【学生】1、用量筒量取500ml水，将NaOH溶于其中。

2、将NaOH溶于水中，加水至500ml刻度线处。

【分析】方案一所得溶液不是500ml；方案二中，烧杯精确度较差，只适合于溶液的粗略配制。要精确配制一定物质的量浓度的溶液，需用到一种容积精确的仪器，这种仪器叫容量瓶。【讲解】容量瓶是配制准确物质的量浓度溶液的仪器。容量瓶有各种不同规格，常用的有100 mL、250 mL、500mL和1000mL等几种。容量瓶颈部有标线、瓶上标有温度和容量。容量瓶只能配对应体积的溶液。因此，在选择时，要使容量瓶的容积等于或略大于所需。容量瓶的使用要有一定温度限制，容量瓶不能作为盛放液体的容器或反应容器使用，也不能加热。【讲解】容量瓶使用前a、检查是否漏水方法：往瓶内加水，塞好瓶塞。用手指顶住瓶塞。另一手托住瓶底，把瓶倒立。观察瓶塞周围是否漏水，若不漏水，旋转180°，仍把瓶倒立过来，再检验是否漏水。

b、用蒸馏水洗涤容量瓶

实验1-5 配制100 mL 1.00 mol/L NaCl溶液

(1)计算:需要固体NaCl 的质量______

(2)称量：用托盘天平称取固体质量。

【思考】为了与容量瓶的精度相匹配，本实验称量固体时，应使用分析天平。考虑到学校的实际情况，用托盘天平代替。用托盘天平称量时，称量的质量是多少？为什么？

(3)溶解：在小烧杯中溶解固体，用适量蒸馏水溶解，冷却至室温。

【思考】溶液注入容量瓶前为什么要冷却？

稀释或溶解总有一定的热效应。容量瓶在使用前有一定的温度指数，只标明一定温度下的正确体积(20℃，250mL)，其含义是，只有当液体的温度与容量瓶上标出温度相同时，体积才是准确值。

(4)移液：将玻璃棒下端靠在刻度线以下,然后将溶液沿玻璃棒缓缓注入100ml容量瓶中。

【思考】玻璃棒起到什么作用？为什么要将玻璃棒下端靠在刻度线以下？

（5）洗涤：溶液转移容量瓶后，必须用蒸馏水将烧杯内壁及玻璃棒洗涤2-3次，并将洗涤液一并倒入容量瓶中。

【思考】1、为什么要用蒸馏水洗涤烧杯，并将洗涤液也注入容量瓶？

(配制一定物质的量浓度的溶液时，烧杯中的溶液转移到容量瓶后，烧杯的内壁上还沾有少量溶液，若不用蒸馏水洗涤烧杯，容量瓶中的溶质就会减少，即容量瓶内容质的物质的量减少，导致所配溶液中溶质的浓度会偏低。为了减少溶质的损失，应用蒸馏水洗涤烧杯2-3次，并将洗涤后的溶液也转移到容量瓶中。)

2、若将烧杯中的溶液转移到容量瓶时不慎洒到容量瓶外，最后配成的溶液中溶质的浓度比所要求的大？

(配成的溶液中溶质的实际浓度比要求小)

(6)轻微振荡摇匀：

【思考】为什么在容量瓶中尚未定容前，就摇匀？

两种性质不同的溶液混合后，体积不再有加合性，若加到标线再摇匀，就可能超过标线) (7)定容：沿玻璃棒向容量瓶中加水至离刻度线1-2㎝处，改用胶头滴管加水至刻度线，塞好瓶塞，摇匀，用食指顶住瓶塞，另一支手托住瓶底，倒转过来，摇动多次，使溶液混合均匀。

【思考】定容后，反复振荡，液面低于刻度线，为什么？能否再加水？

(容量瓶属容纳式玻璃仪器。振荡后液面低，是因为极少量溶液在润湿磨口处损耗了。刻度是以容纳量为依据，所以不再加水至刻度，否则，溶液浓度偏低)

(8)装瓶并贴标签。

【思考】用NaCl 固体配制100 mL 1.00 mol/L NaCl 溶液用到哪些实验仪器？

托盘天平、量筒、玻璃棒、100ml 容量瓶、胶头滴管

【强调】由于容量瓶具有一定规格，在说容量瓶时必须指明其体积。

【过渡】不同的物质具有不同的性质，同一物质的溶液浓度不同时，有时在某些性质上也会表现出差异。我们在实验室做化学实验或进行科学研究时，需要根据不同情况选择不同浓度的溶液进行实验。所以，在实验室不仅用固体物质来配制溶液，还经常要将浓溶液稀释成不同浓度的稀溶液。

【思考与交流】课本P17思考与交流T1、T2

【板书】4、稀释定律：c （浓溶液）×V （浓溶液）= c （稀溶液）×V （稀溶液）

【讲解】在稀释浓溶液时，溶液的体积发生了变化，但溶液中溶质的物质的量不变，即在溶液稀释前后，溶液中溶质的物质的量相等。我们若知道上述四个量中的三个量，就可以解决稀释问题。

【板书】5、配制一定物质的量浓度的溶液的误差分析

误差分析依据的原理：

C B =MV

m V n 由m 、V 决定实验误差