關于物質的量的教學探究

吳 睿,趙佐平，夏冬輝，宋 娟，郝 亮，劉 洋，吳迎春，劉存芳

(陜西理工大學 化學與環境科學學院 陜西省催化基礎與應用重點實驗室，陜西 漢中 723001)

什么是化學，化學有什么樣的作用？化學是一門研究物質的組成、結構、性質、變化以及變化規律的科學[1]。它對我們認識和利用物質具有重要的作用，世界是由物質組成的，化學則是人類用以認識和改造物質世界的主要方法和手段之一，它是一門歷史悠久而又富有活力的學科，它與人類進步和社會發展的關系非常密切，它的成就是社會文明的重要標志。從鉆木取火的原始社會，到使用各種人造物質的現代社會，人類都在享用化學成果。人類的生活能夠不斷提高和改善，化學的貢獻在其中起了重要的作用。

對于高一化學的學習，難在什么地方？很多學生認為化學這門學科太抽象了，太微觀了。不像物理，物理中的電、力、光、熱等這些物理量在日常生活中有的我們可以看到，或者可以比較容易地想象到。也就是說對于這些物理概念所對應的事物大部分是宏觀的，可以用肉眼觀察，而化學學科中，大部分概念屬于微觀的，不是那么容易觀察和想象。

1 物質的量

1.1 物質的量的概念

我們從初三開始接觸化學，剛開始，同學們看到老師做的化學實驗，比如，鎂在氧氣中燃燒，發出耀眼的閃光；鐵在氧氣中燃燒火星四射。大家產生了強烈的好奇心。但漸漸地，學的化學反應越來越多，而且并不是所有的化學反應都有直觀現象，而且還要涉及到抽象的計算。所以，有的同學漸漸地覺得化學內容太抽象了，太不容易捉摸了，從而漸漸失去了興趣。

經過初三一年的化學學習，同學們進入了高中。初中我們接觸到了一些宏觀物理量，如質量(m)，體積(v)，濃度(w%)。進入高中后，為了把這些宏觀物理量與微觀離子聯系起來，高一化學首先引入了新的感念：物質的量，其符號為 (n)，單位摩爾(mole)。物質的量是國際單位制中7個基本物理量之一。7個國際單位分別是：長度(單位: m)、質量(單位: kg)、時間(單位: s)、電流強度(單位: A)、溫度(單位: K)、物質的量(單位: mol)，發光強度(單位: cd)。物質的量它和“長度”，“質量”，“時間”等概念一樣，是一個物理量的代名詞。隨著新的概念引入，又增加了一系列的輔助概念，阿佛家得羅常數(NA)，摩爾質量，氣體的摩爾體積，物質的量濃度等。物質的量概念抽象，大家都感覺不好理解，但物質的量是化學計算的基礎。物質的量是學生進入化學學習的第一步，因此，必須搞懂并學好。

1.2 物質的量的學習

簡單地講，物質的量就是用來描述分子等微粒個數的一種工具；數量少的東西可以一個個數，可以十個十個的數，但是化學微粒的個數是非常巨大的，我們無法一個個數，無法十個十個甚至無法萬個萬個的數；為了方便，采用摩爾(mol)，它是物質的量的單位，正如重量的單位是千克，時間的單位是秒，長度的單位是米一樣；摩爾是物質的量的單位。1 mol任何物質含有6.02×1023個微粒。就像我們說“一對”含有兩個東西，“一打”含有9個東西一樣，一摩爾物質含有6.02×1023個肉眼所看不見的微粒。

盡管這些微觀單位非常抽象，不好理解，但通過宏觀可以求出微觀，通過微觀也可以求出宏觀。聯系它們之間的橋梁就是物質的量。通過物質的量的計算我們可以求出宏觀的物質的質量，溶液的物質的量濃度以及氣體的體積。這時，我們就將宏觀和微觀物理量緊密地聯系在了一起[2-4]。

對于微觀的物質量的計算，物質的量是高中化學計算的核心，對于初學者來說，一方面概念多且比較抽象，難以理解，特別是相近概念容易混淆；另一方面對物質的量與其他物理量的關系模糊不清，進行有關物質的量的計算時不知從何處入手。其實，只要抓住物質的量這個橋梁作用，弄清楚各個字母所代表的單位，掌握好物質的量和其它量之間的相互關系，就不難理解了。物質的量的和其他單位之間的轉換如圖1所示。

從這幅框架圖上我們可以看出：以物質的量求質量，只要乘以摩爾質量或者分子量；已知物質的量求總的粒子數，只要乘以阿佛家得羅常數；已知質量求物質的量濃度，只要除以溶液的體積；以物質的量求氣體的體積，只要乘以氣體摩爾體積；相反，已知其它量求物質的量是以上計算的逆運算。最后我們用氣體的體積乘以密度還可以求出氣體的質量。以物質的量為媒介可以輻射出以上五個關系式。這也是最簡單的關系式，只有一步計算。實際上通過以上物質量關系網我們還可以推導出更多的關系式。

圖1 各個單位之間的關系

微觀粒子數與宏觀質量之間的關系：

由n=N/NA=m/M →N= m/M×NA

微觀粒子和宏觀氣體體積之間的關系：

n=N/NA=V/Vm→N= V/Vm×NA

微觀粒子數與宏觀溶液之間的關系：

n=N/NA=CB×V液→N= CB×V液×NA

CB=1000PW/M

可以推出：N=1000PW/M V液×NA

通過觀察，這些物理量都是以物質的量為核心延伸的。可以歸納為一個概念和四關系。其中，物質的量起著橋梁的作用，若能把握他們的關系并能恰當運用，多做一些練習，學生就會發現這些問題實際上是比較簡單的。

其實，如果我們學了后邊的知識，最終會發現，對于微觀的物質的量的學習還是比較簡單容易的，因為它是客觀的，不變的。但對于宏觀的東西是隨機變化的，就比如說，一個化學反應因為加的量不同或環境等不同反應產物就不同，也就是說要考慮可能影響反應的多種因素。這樣在解題的時候就要具體問題具體分析。比如，高一學的鈉和酸﹑堿﹑鹽的反應。鈉與酸反應，首先鈉與酸反應，若鈉過量還會和水反應；鈉與堿反應實質是鈉與堿溶液中的水反應；鈉與鹽反應，首先鈉與水反應生成堿，生成的堿再與鹽反應。以及后面講的鋁鹽和強堿的反應，隨著加入的強堿的量的不同會產生不同的結果。

AlCl3+3NaOH=3NaCl+Al(OH)3↓(NaOH少量)

Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O (NaOH過量)

還有比如說碳酸氫鈉和氫氧化鈉的反應，碳酸氫鈉的量不同，所生成產物也不同。

Ca(OH)2+NaHCO3=CaCO3↓+H2O+NaOH [Ca(OH)2]過量

Ca(OH)2+2NaHCO3=Na2CO3+CaCO3↓+2H2O [NaHCO3]過量

物質的量概念形成之后，決不能讓學生只僅僅滿足死記硬背，一定要使學生通過計算，運用具體試題來掌握和鞏固。在課后，老師要注意組織練習，有目的，有正對性的布置一部分有關物質的量的習題。使學生通過習題實踐，鞏固和增強學生應用概念的能力。使理論概念和計算相結合，使學與做相結合。

2 總結

通過以上簡單的分析，最后不難發現，對于高一化學學習中的一些微觀計算相對于化學中的宏觀計算還是比較簡單的。對于宏觀化學的學習，所涉及的要點細節比較多，每一個小的細節都要仔細考慮。而關于微觀量之間的計算比較固定，只要理清楚它們之間的關系，再熟記各個關系式并會進行簡單的推導，這章學習中的困難就迎刃而解了。所以，對于剛進入高一的學生，特別是那些偏科的學生，或者因為物質的量沒學好的學生，或者即將放棄化學學習的學生，進行一定的引導，他們就可能漸漸入門。掌握學習化學的一些方法，從而培養出對化學學習的濃厚興趣，達到“山重水復疑無路，柳暗花明又一村”的境界。最終實現“會當凌絕頂，一覽眾山小”。