物质的量单元教学及习题设计研讨.docx
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物质的量单元教学及习题设计研讨
物质的量单元教学及习题设计研讨
专题简介:
教师在实施新课程教学中,一项主要工作就是分析教材并进行教学设计。
本专题是通过物质的量教学设计研讨,应用专题1建立的新课程背景下的教学设计思路(知识线、活动线、问题线、情景线、教学价值与学生认识发展脉络),帮助老师建立如何基于教材分析的教学设计思路。
基于教材分析
基于教材分析
物质的量习题设计
化学1模块习题设计
物质的量单元教及习题设计
物质的量单元整体教学设计
物质的量单元不同课时中要解决的核心教学问题
知识线索分析
活动线索分析
问题线索分析
情景线索分析
教学价值与学生认识发展脉络的分析
第一课时中的核心教学问题:
1、如何引出物质的量内容?
2、如何让学生更好地建立堆量的思想方法?
第二课时中的核心教学问题:
1、如何处理教材中交流研讨活动?
第三课时中的核心教学问题:
1、如何处理教材中活动探究栏目?
2、活动探究的目的是什么?
基于教材分析
主持人:
北京师范大学化学教育研究所博士胡久华
嘉宾:
山东省德州市教研员张永清
北京三十五中学高级教师支瑶
北京十五中学高级教师徐敏
一、对鲁科版教材中物质的量教学内容的分析
主持人:
物质的量在化学1模块中的位置:
必修化学1模块
第一章
认识化学科学
第一节
走进化学科学
第二节
研究物质性质的方法和程序
第三节
化学中常用的物理量——物质的量
一、物质的量及其单位——摩尔
二、摩尔质量和气体摩尔体积
三、物质的量浓度
物质的量教学内容:
第3节化学中常用的物理量——物质的量
用质量、体积等物理量来计量物质的轻重和大小,对你来说已是非常熟悉的事情了。
当知道了物质是由大量肉眼无法分辨的分子、原子或离子等微粒构成的之后,你是否想过一定质量或一定体积的物质究竟有多少个微粒呢?
怎样才能既了解物质的宏观量(如质量、体积),同时又知道它们所含微观粒子的数量呢?
为此,科学界引入了一个新的物理量——物质的量。
物质的量是化中常用的物理量。
联想·质疑
水是大家非常熟悉的物质,它是由水分子构成的。
一滴水(约0.05mL)大约含有17万亿个水分子。
如果一个个地去数,即使分秒不停,一个人一生也无法完成这项工作。
那么,怎样才能既科学又方便地知道一定量的水中含有多少个水分子呢?
一、物质的量及其单位——摩尔
物质的量(amountofsubstance),像长度、质量、时间、电流等物理量一样,也是一种物理量,通过它可以把物质的宏观量(如质量、体积)与原子、分子或离子等微观粒子的数量联系起来。
物质的量的单位是摩尔,简称摩,符号为mol。
“摩尔”起源于希腊文mole,原意为“堆量”。
国际上规定,1mol任何微粒所含的微粒数与0.012kg一种碳原子(12C)所含的碳原子数相等。
实验表明,0.012kg12C所含的碳原子数为6.02×1023。
6.02×1023mol-1称为阿伏加德罗常数(NA)。
那么:
1mol12C含有6.02×1023个12C;
1molH2O含有6.02×1023个H2O;
1molNO3-含有6.02×1023个NO3-。
物质的量(n)、阿伏加德罗常数(NA)与微粒数(N)之间存在着以下关系:
根据这个式子,可以得出:
3.01×1023个氧分子的物质的量为0.5mol,9.03×1023个铁原子的物质的量为1.5mol。
可见,物质的量是用0.012kg12C中所含的原子数作为标准来衡量其他微粒集体所含微粒数目多少的物理量。
资料在线
基本物理量
1971年,第14届国际计量大会通过决议,决定采用长度、质量、时间、电流、热力学温度、物质的量和发光强度这7个量作为基本物理量,其他物理量则按其定义由基本物理量导出。
这7个基本物理量的单位分别为米(m)、千克(kg)、秒(s)、安培(A)、开尔文(K)、摩尔(mol)和坎德拉(cad),同时它们又被定为国际单位制(简称SI制)的基本单位。
迁移·应用
学习了物质的理这一物理量之后,某同学想用下图表示自己对水的组成的进一步认识。
请你协助他完成这幅关系图,并说明这幅图的含义。
微粒数()氢原子氧原子()微粒数
6.02×1023个水分子
1molH2O
物质的量()HO()物质的量
物质的量这一物理量为我们提供了一个定量认识物质组成的新视角。
例如,看到CO2这一化学式,就可以认识到:
1molCO2含有1molC和2molO。
二、摩尔质量和气体摩尔体积
物质的量是如何把物质的宏观量与其所含微观粒子的数量联系起来的呢?
要解决这一问题,就需要研究1mol不同物质的质理和体积。
那么,1mol不同物质的质量究竟是多少?
它们的体积又是多大呢?
交流·研讨
请分析表1-3-1列出的有关数据。
表1-3-11mol不同物质的质量和体积
化学式
相对原子质量或相对分子质量
质量
体积
0℃,101kPa
20℃,101kPa
0℃,202kPa
Fe
56
56g
-
7.2cm3
-
NaCl
58.5
58.5g
-
27.0cm3
-
H2O
18
18g
-
18.0cm3
-
C2H2OH
46
46g
-
58.3cm3
-
H2
2
2g
222.4L
24.0L
11.2L
O2
32
32g
22.4L
24.0L
11.2L
CO2
44
44g
22.3L
23.9L
11.2L
讨论
1、1mol物质的质量在数值上有什么特点?
2、在相同的温度和压强下,1mol不同气体的体积在数值上有什么特点?
1、摩尔质量
1mol的任何物质的质量,以克为单位时,在数值上都等于它的相对原子质量或相对分子质量。
人们将单位物质的量的物质所具有的质量叫做摩尔质量(M,molarmass),它的常用单位为g·mol-1或kg·mol-1。
物质的量(n)、物质的质量(m)和物质的摩尔质量(M)之间存在着以下关系:
根据这个式子,可以进行物质的质量和该质量物质的物质的量之间的换算。
例如,氧气的摩尔质量为32g·mol-1,那么64g氧气的物质的量就是2mol;氯化钠的摩尔质量为58.5g·mol-1,那么0.4molNaCl的质量就是23.4g。
2、气体摩尔体积
在相同的温度和压强下,1mol任何气体所占的体积在数值上近似相等。
人们将一定的温度和压强下,单位物质的量的气体所占的体积叫做气体摩尔体积(Vm,molarvolumeofgas),它的常用单位为L·mol-1和m3·mol-1。
标准状况(standardtemperatureandpressure,简写为STP,指温度为0℃、压强为101kPa的状况)下,气体摩尔体积约为22.4L·mol-1。
物质的量(n)、气体的体积(V)和气体摩尔体积(Vm)之间存在着以下关系:
根据这个式子,可以得知:
标准状况下,33.6L氧气的物质的量为1.5mol,2molH2的体积为44.8L。
迁移·应用
请完成下图,并结合该图具体说明物量的量是如何把物质的宏观量与所含微粒的数量联系起来的。
分子数:
_____________1molCl2质量__________g体积:
__________L(STP)
知识点击
不同气体的气体摩尔体积为什么相同
从表1-3-1“1mol不同物质的质量和体积”中可以看出:
有些数据基本相同,有些数据相差较大。
对于固态物质或液态物质来说,构成它们的微粒之间的距离非常小,它们的体积主要取决于微粒的大小。
对于气体来说,常温、常压下,分子之间的平均距离比分子直径大得多,因此气体体积的大小主要取决于气体分子之间的平均距离的大小,而不取决于分子本身的大小。
在相同状况下,由于1mol任何气体所含的分子数目相同,分子之间的平均距离相同,所以它们的体积基本相同。
早在1811年阿伏加德罗就指出:
在同温同压下,相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。
后来人们将这一结论称为阿伏加德罗定律。
三、物质的量浓度
物质的量是一个化学中常用的物理量,利用由它建立的物质的量浓度这一概念,可以十分方便地表示溶液的组成。
活动·探究
配制一定体积的溶液并表示其组成
现欲配制0.1LNaCl溶液,其中溶质的物质的量为0.04mol。
请你利用实验室中的固体氯化钠试剂,完成配制任务。
实验步骤:
_____________________________________________________________
请结合配制过程,与同学们讨论该溶液的组成可以怎样表示。
方法导引
配制一定体积的溶液,要用到一种特殊的仪器——容量瓶。
容量瓶是细颈、梨形的平底玻璃瓶,瓶口配有磨口玻璃塞或塑料塞。
容量瓶常用于配制一定体积的、浓度准确的溶液。
容量瓶上标有的温度和容积,表示在所指温度下瓶内液体的凹液面与容量瓶颈部的刻度线相切时,溶液体积恰好与瓶上标注的体积相等。
实验室里常用的容量瓶有100mL、250mL、500mL和1000mL等几种规格。
为了避免溶质在溶解或稀释时因吸收、放热而影响容量瓶的容积,溶质应该首先在烧杯中溶解或稀释并待溶液温度恢复到室温后,再将其转移到容量瓶中。
配制一定体积溶液时应遵循以下原则:
首先,选择溶解物质的仪器;其次,尽可能将溶质全部转移到容量瓶中;第三,确保向容量瓶中加水时凹液面不超过瓶颈上的刻度线。
根据这些原则,可以采取具体的措施来提高溶液配制的精确度。
为了提高称量的准确性,本实验建议使用电子天平。
溶液的组成除了可用溶质的质量分数表示外,还可用单位体积溶液中所含溶质的物质的量来表示。
例如,上述实验所配制的0.1LNaCl溶液,所含溶质的物质的量为0.04mol,也就是说,1L这样的溶液中含有0.4mol·L-1。
像这样,以单位体积溶液中所含溶质B的物质的量,叫做溶质B的物质的量浓度(cB,amountofsubstanceconcentration),常用的单位为mol·L-1或mol·m-3。
在一定物质的量浓度的溶液中,溶质B的物质的量(n)、溶液的体积(V)和溶质的物质的量浓度(cB)之间存在着以下关系:
由此式可以看出,对于200mL物质的量浓度为2mol·L-1的H2SO4溶液来说,所含的H2SO4的物质的量为2mol·L-1×0.2L=0.4mol。
因此,使用溶液时,如果知道了溶液中溶质的物质的量浓度,就可以知道一定体积溶液所含溶质的物质的量,这对于生产实践和科学实验都是十分有意义的。
学习了“物质的量”这一物理量后,我们可以从一个新的角度来认识化学反应。
例如,对于化学反应
,可以理解为2molH2与1molO2在点燃的条件下恰好完全反应生成2molH2O。
交流·研讨
实验室需要制取一定量的氢气。
现将0.65g金属锌放入10mL物质的量浓度为2mol·L-1的盐酸中,它们恰好完全反应,生成的氢气的体积为0.224L(STP)。
请完成下面的表格。
化学反应
物质的量
质量或气体体积
0.65g
0.02g或
0.224L(STP)
讨论
学习了物质的量这一物理量后,你对化学反应的定量关系有了哪些新的认识?
物质的量这一物理量就像一座桥梁,把物质的质量或体积等宏观量与微观粒子的数量联系起来。
通过它,不仅可以了解一定质量或体积的物质所含的微粒个数,还可以知道化学方程式中反应物或生成物化学式前的系数之比就是它们的物质的量之比,从而能清楚地认识化学反应中各物质间的定量关系。
概括·整合
1、通过物质的量这一物理量,借助阿伏加德罗常数、摩尔质量、气体摩尔体积和物质的量浓度,可以把物质的宏观量与构成它们的微观粒子的数量联系起来。
2、物质的量这一物理量为我们认识化学反应提供了新的视角。
请总结你对化学反应的新认识。
练习与活动
1、咖啡含有咖啡因(化学式为C8H10N4O2),咖啡因能兴奋中枢神经、消除疲劳。
如果一杯咖啡含有0.194g咖啡因,你知道这杯咖啡中有多少个咖啡因分子吗?
2、顺铂[化学名称为顺二氯二氨合铂(II),化学式为PtCl2(NH3)2]是一种用于治疗癌症的药物,它的结构可用下图表示。
一线教师对物质的量教学内容的分析
教师1:
首先关注的是这节教材和原来的同版本的教材有什么区别。
同版本的教材用一章内容讲了物质的量,现在则是用一节内容来讲的;其次关注节下标题。
第一个标题物质的量及其单——摩尔,第二个标题摩尔质量和气体摩尔体积,为什么要将它们放在一起是,第三个标题物质的量浓度;第三,关注各个栏目的设计意图。
比如,第一、二个标题下的迁移应用栏目和第三个标题下的概括整合栏目之间是什么关系;物质的量浓度的活动探究内容到底起什么作用等。
教师2:
我可能更多的是关注物质的量这个物理量和它的单位摩尔是怎么引入的。
因为这个在真正实施的过程中难度较大,学生理解起来也比较困难,我想看看新教材对它的引入和介绍有没有新颖的地方,所以我比较注意联想质疑这个栏目。
其次关注的是第一个标题下的内容。
它只用了一小段内容就把物质的量、单位、阿佛伽德罗常数都介绍或引出了,非常简洁。
然后关注的是物质的量浓度的活动探究。
但是我困惑于教材先进行活动探究再得出物质的量浓度的概念这样编排的意图。
教师3:
我比较关注的是这节的难点,也就是物质的量的概念以及它的单位,是采用什么样的方式让学生来理解的。
比较疑惑的是,在这节中没有明显的关于物质的量的计算,后面也没有专门的章节来讲解物质的量的计算,只在习题中第6题有一个方法导引,给了一个规范性的书写步骤,在这个书写步骤中,也就是上下单位相同,在平时教学中我们还有一个左右相当的问题,那么左右相当这种方式要不要给学生介绍,还是到后面再遇到相关的物质的量的计算的时候再分别引入?
教师4:
除了各位老师刚才说的,我觉得老师们拿到教材之后关注的还有一点就是教材最后的概括整合中的第二个小问题物质的量这一物理量对我们认识化学反应提供了新的认识视角,请总结你对化学反应的新认识,这一点在老师原来的物质的量教学中是没有的,那么它在这个新教材中体现出来了,有什么新的用处。
教师5:
我们使用的是人教版教材,拿到物质的量这一节教材之后,我们也发现,第一,原来一章的内容现在浓缩成一节;第二,从教材的主体内容来讲,与过去的变化并不是特别大,但是相应来讲,简化了计算,教材正文中,计算的内容明显减少了。
开始老师也不太理解,但是后来通过讨论,达成了这样一个认识:
从教材编写的这部份内容来讲,重在对物质的量概念的建立,对于计算来讲,在这要涉及一部分,但是对计算的进一步深化,可能要在后面进一步深入学习的过程中来不断的深化。
主持人:
由此可见,一线教师对物质的量教学内容主要关注以下几方面:
原来是一章的内容现在变成了一节
摩尔质量与摩尔体积放在了一起
物质的量浓度活动探究的作用是什么
教材正文中没有例题
关注概括整合栏目中的问题
张永清:
其实我们刚才看到的一线老师更多的关注了教材分析的一个局部,比如,有些是知识内容,有的是活动探究,有的是概括整合,但是并没有从整体上来分析教材。
主持人:
专题1我们也讨论了想进行一个完整的教学设计,要从不同的线索去看,比如首先要看它的知识线、情景线、问题线、活动线、学生认识发展线等,因此我认为要想从教材出发进行教学设计,我们也需要从这样几条线索来分析教材,那我们就用物质的量这节教材来分析一下。
二、物质的量——知识线及深广度确定
徐敏:
老师们在进行教学设计的时候,首先要明确知识线索;其次要把每一个知识的深广度落实下来。
大体的基本原则是这样的:
首先教材的节标题,其实就在告诉我们它的主要的知识以及内在的逻辑关系,而教材的迁移应用栏目则提示我们这个知识的深广度。
下面我们来具体的看一看:
一、物质的量及其单位——摩尔
物质的量(amountofsubstance),像长度、质量、时间、电流等物理量一样,也是一种物理量,通过它可以把物质的宏观量(如质量、体积)与原子、分子或离子等微观粒子的数量联系起来。
物质的量的单位是摩尔,简称摩,符号为mol。
“摩尔”起源于希腊文mole,原意为“堆量”。
国际上规定,1mol任何微粒所含的微粒数与0.012kg一种碳原子(12C)所含的碳原子数相等。
实验表明,0.012kg12C所含的碳原子数为6.02×1023。
6.02×1023mol-1称为阿伏加德罗常数(NA)。
那么:
1mol12C含有6.02×1023个12C;
1molH2O含有6.02×1023个H2O;
1molNO3-含有6.02×1023个NO3-。
这个节标题实际上是在告诉我们要首先给学生建立起物质的量的概念,在21页的时候,教材中提到了物质的量是用0.012kg12C中所含的原子数目作为标准来衡量其他微粒集体所含微粒数目多少的物理量。
而这个概念我们需要把握到什么程度呢?
从迁移应用栏目中,我们可以发现这个活动仅限于要求学生从物质的量的角度来看物质,看物质所含的微粒数目,例如教材中的例子。
在这一节中我们可以略作扩展的是可以把1mol的水换成1mol的某个原子团,如硫酸根、硝酸根,还可以把1mol换成2mol,但是希望老师们在这不要做过多的扩展,我们仅限于物质的量和微粒数目之间的一种对应关系。
学习了物质的理这一物理量之后,某同学想用下图表示自己对水的组成的进一步认识。
请你协助他完成这幅关系图,并说明这幅图的含义。
微粒数()氢原子氧原子()微粒数
6.02×1023个水分子
1molH2O
物质的量()HO()物质的量
第二节摩尔质量和气体摩尔体积,它实际上是在回答,如果我想探究物质的宏观量与微观数量的联系,我们必须要知道1mol的不同物质它的质量和体积应该是多少(21页)。
这就表现出了第二节和第一节之间的内在逻辑关系。
而这一节的深广度把握,老师们存在以下几个问题:
首先是摩尔质量,如何给学生说清楚6.02×1023的微粒它的质量恰好就是物质的相对分子质量呢?
在这我们不需要用公式让学生去推导,从而发现它两之间有一个内在的逻辑关系,事实上用表述就可以了,告诉学生相对原子质量或相对分子质量所选的标准是一个12C质量的1/12,所以导致了1mol物质的质量在数值上跟相对原子质量相等,但是不希望老师在课堂上用公式来进行推导。
其次是气体摩尔体积,这有两个问题:
一个就是这一节当中我们要不要细节的去讲述1mol气体的气体摩尔体积它们为什么会相同?
需不需要去讨论影响气体摩尔体积的因素,让学生去做探究?
教材把这一块内容处理当成了知识点击,这就在提示老师们不要把它做成原始的活动探究,而应该以老师本身的语言、形象化的描述,甚至用一些课件,或模型让学生形象的理解1mol气体的体积为什么是相同的。
还有一个就是阿佛伽德罗定律的推论要不要给?
我们的建议是这节课上不要给推论,将来我们可以做分散处理,比如讲到气体收集的时候,甲烷为什么要用向下排空气法收集,在这样的情景下就可以引出判断气体的密度之比实际上我们是用了它的物质的量之比。
第三节物质的量浓度,这一节教材以一个活动探究帮助学生建立物质的量浓度这个概念,在这一节中我们需要把握的是误差分析的程度。
因为误差分析本身是为了帮助学生更好的建立物质的量浓度概念,所以在这一节中不希望老师人为的制造很多复杂的误差让学生来分析,仅仅分析真实操作过程中几个重要的点可能会出现的误差就可以了。
还有就是这一节中的交流研讨栏目告诉我们这一节完了之后要把学生认识提升到从物质的量的角度来看反应。
教材以一个表格的形式告诉我们并需要让学生去做复杂的跳跃式计算,仅限于简单的一种对应关系就可以了。
张永清:
我觉得除了对教材的标题、正文以及它的栏目的分析,确定知识线索,还有一个问题就是现在使用的还有其他版本的教材,这些教材在知识的呈现方式以及知识点的选择上可能还有不同。
因此除了结合本版本的教材,我觉得还得结合其他版本,比如说人教版,苏教版,取这些版本的交集,交集的地方深广度就能确定了,其他地方则可以根据教学实际再确定知识的深广度。
支瑶:
我还想补充一点,就是在确定内容深广度的时候,我们还要关注习题,关注节后的习题以及章后的习题。
关注习题有两个功能:
一个是为我们正文分析出来的深广度的标准寻找证据。
因为很多老师会担心讲到正文的程度学生不会做题,那么我们就看看后面的习题要求,明确了它两个能不能合拢,能合拢证明我们这个分析是没有问题的。
另外老师们在分析的时候也要注意层次性问题,比如像我们现在这个教材里面节后习题相对来讲是跨了一个度的,整节的内容学完之后做这样的一些题目是可以,如果只学完了第一课时可能觉得有点难,那我们就可能要插一个中间环节来寻找证据。
三、物质的量——问题线索
支瑶:
在第一课时的前言中教材提出了两个核心问题:
一是你是否想过一定质量或一定体积的物质究竟含有多少个微粒,怎样才能既了解物质的宏观量同时又知道它们所含微观粒子的数量?
这个问题实际上揭示了我们学习这一节的目的和意义。
另一个是怎么样才能既科学又方便的知道一定量的水中含有多少个水分子呢?
实际上这个问题是对整体问题的具体化,提示老师在教学的过程中可以以具体案例的形式来呈现。
还要注意的是,教材中的有些问题虽然没有问号,但它隐藏在迁移应用栏目中的,让学生学完了相关的内容之后表达一下他自己对水的组成的进一步认识,这是一个巩固提高,迁移应用性的问题。
张永清:
第二课时主要的问题有两个,因为在第一节课中学生已经知道了1mol物质中所含的微粒个数,现在他们就是想进一步知道1mol物质的质量和1mol物质的体积,所以这两个应该说是第二课时的两个主要问题。
结合这两个问题,教材中的交流研讨通过对表格的分析又给出讨论式的两个问题:
一个是在数值上有什么特点,再一个就是1mol不同气体的体积在相同温度和压强下数值上有什么特点,这是它的两个子问题。
另外根据气体摩尔体积这个概念,老师在教学中还会生成其他的问题,比如说不相同的物质为什么在相同的温度和压强下会有相同的气体摩尔体积。
再一个就是说固体、液体和气体不同状态的物质为什么体积相差这么大,等等,这些都是第二课时所呈现的问题。
徐敏:
在物质的量浓度这一节中活动探究之前有一段引言,这段引言隐含着一个问题就是说我们怎么用物质的量来表示溶液的组成,也就是溶液的浓度。
而活动探究则又包含了三个大的问题,一个是我们怎么来配0.1L含0.04mol溶质的氯化钠溶液,第二个问题就是说这份溶液的组成我们怎么来表示,而第三个问题就是这份溶液我们配出来它的浓度是不是准确的。
主持人:
因此老师们在分析问题线索的时候,要抓以下几个方面:
第一个就是联想质疑,它通常给出了这一节教材核心的驱动问题;第二个就是抓教材下面正文中往往会关于这个核心内容有一个核心的驱动问题;第三个就是抓交流研讨中具体的小问题。
此外,即使有的时候教材在正文中或是栏目中没有明确给出来问题,而是以陈述句的方式给出来的,但它还是暗含着驱动问题的。
四、物质的量——活动线索
支瑶:
一个是看我们教材中的活动性栏目,另外也要关注正文中的问题;第二就是要有分析的角度,我想第一要思考的是教材设计这个活动的意图,第二要考虑是是否需要对教材中活动的具体实施方式,比如教材中提出的问题,呈现方式等进行调整,而调整的依据则有两个:
一是知识的发展线索,二是学生的认识发展。
在这些原则的基础
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- 物质 单元 教学 习题 设计 研讨