第二单元 物质的化学计量 第2课时（教学设计） 化学苏教版2019必修第一册

第二单元 物质的化学计量 第2课时 气体摩尔体积 一、知识目标 1.知道影响固、液、气态物质体积的因素，理解气体摩尔体积的概念。 2.会用气体摩尔体积进行物质的量与气体体积之间的转化计算。 3.掌握阿伏伽德罗定律及其推论。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识不同聚集状态物质的性质差异，从微观角度分析影响物质体积大小的因素，理解气体摩尔体积的本质。 2.证据推理与模型认知：通过对数据的分析和对比，建立气体摩尔体积的模型，运用阿伏伽德罗定律及其推论解决实际问题。 3.科学探究与创新意识：通过思考与讨论，探究气体体积与物质的量、温度、压强等因素的关系，培养科学探究能力。 一、教学重点 气体摩尔体积的概念、阿伏伽德罗定律及其推论，物质的量与气体体积之间的转化计算。 二、教学难点 影响物质体积大小的因素分析，阿伏伽德罗定律及其推论的理解与应用。 本节教学内容源自苏教版（2019 年版）高中化学必修第一册专题 1 第二单元《物质的化学计量》第 2 课时《气体摩尔体积》。气体摩尔体积是高中化学的重要基础概念，它上承物质的量、摩尔质量等知识，下启物质的量在化学方程式计算等内容的学习，在整个高中化学知识体系中起着承上启下的关键作用。 教材首先从生活中固态、液态和气态物质性质差异的现象入手，引导学生思考其与微观结构的联系，进而探究不同聚集状态物质的微观结构和宏观性质。通过计算 1mol 不同物质的体积，对比得出 1mol 固体或液体体积不同，而在标准状况下 1mol 任何气体体积约为 22.4L 的结论，逐步引导学生理解影响物质体积大小的因素，引出气体摩尔体积的概念。随后介绍阿伏伽德罗定律及其推论，进一步深化学生对气体性质的认识。教材内容编排由浅入深，符合学生的认知规律，注重知识的形成过程，有助于培养学生的科学思维和探究能力。 教学对象为初高中过渡阶段的高一学生。在知识基础方面，学生在初中已了解物质的三态变化、质量和密度等基本概念，对气体的一些性质有直观感受，但对于物质体积与微观结构的联系缺乏深入理解。在初中化学学习中，学生主要以定性分析为主，而高中化学开始注重定量研究，这对学生的思维方式是一个较大的挑战。 在思维能力方面，高一学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，对直观、形象的事物容易理解，而对于抽象的概念和理论，如气体分子间距离、气体摩尔体积等，理解起来存在一定困难。他们的自主学习能力和探究能力有待提高，需要教师引导和启发，逐步培养科学的思维方法和学习习惯。 此外，学生个体之间存在一定差异，部分学生学习主动性较强，能够积极思考和参与课堂活动；而部分学生可能对新知识的接受速度较慢，需要更多的时间和耐心进行辅导。在教学过程中，教师应充分考虑学生的实际情况，采用多样化的教学方法和手段，激发学生的学习兴趣，帮助学生克服困难，顺利掌握气体摩尔体积这一重要知识。 教学环节一 新课导入 【展示并提问】我们都知道固体有固定的形状，比如一块冰，它的形状是固定的；液体没有固定形状但有一定的体积，像一杯水，它会随着容器的形状而改变，但体积是相对固定的；而气体既没有固定形状也没有固定体积。为什么固态、液态和气态物质会有这些不同的性质呢？这和物质的微观结构又有怎样的联系呢？带着这些疑问，让我们一起走进今天的学习——气体摩尔体积。 设计意图 1.激发学生兴趣：通过展示生活中常见的篮球打气、天然气使用、医院输氧等场景，让学生感受到化学知识在生活中无处不在，从而激发学生对本节课内容的兴趣和好奇心，提高他们的课堂参与度。 2.联系生活实际：将抽象的化学概念与生活实例相结合，使学生能够直观地感受到气体体积变化的现象，让原本抽象的化学知识变得具体而有趣，帮助学生更好地理解即将学习的内容。 3.引发思考，导入新课：提出关于物质不同聚集状态性质差异以及与微观结构联系的问题，引导学生深入思考，自然地过渡到本节课关于气体摩尔体积的主题，让学生明确学习方向，带着问题去探索新知识，提高学习的主动性和积极性。 教学环节二 气体摩尔体积 活动一：课堂思考引入 【引入】生活经验告诉我们：固体具有固定的形状，液体、气体没有固定的形状；气体容易被压缩，而固体、液体不易被压缩。为什么固态、液态和气态物质的某些性质存在差异？这与物质的微观结构有何联系？就像我们常见的冰、水、水蒸气，它们是同一种物质的不同聚集状态，却有着不同的性质。下面我们就来探究不同聚集状态物质的微观结构和宏观性质。请同学们思考，物质有哪些常见的聚集状态？它们的微观结构和宏观性质可能存在怎样的差异呢？ 【学生回答】常见的聚集状态有固态、液态和气态。对于微观结构和宏观性质的差异，可能开始表述不够准确和完整。 【讲解】对，我们再从微粒排列紧密程度、微粒间空隙大小、微粒的运动方式等方面去分析。 【学生活动】学生分组讨论，填写表格。 物质的 聚集状态 微观结构 微粒的运动方式 宏观性质 固态 微粒排列紧密，微粒间的空隙很小 在固定的位置上振动 有固定的形状，几乎不能被压缩 液态 微粒排列较紧密，微粒间的空隙较小 可以自由移动 没有固定的形状，但不能被压缩 气态 微粒间的距离较大 可以自由移动 没有固定的形状，且容易被压缩 【讲解】通过对表格的分析，我们清晰地看到了不同聚集状态物质的特点。这也解释了为什么气体容易被压缩，而固体和液体不易被压缩。微观结构决定了宏观性质，这是化学中一个重要的思想。 设计意图 通过生活中常见的现象引入，激发学生的好奇心和探究欲望。让学生先自主思考，培养他们的思维能力，再通过教师的引导和总结，帮助学生建立起微观结构和宏观性质之间的联系，加深对不同聚集状态物质的理解。 活动二：决定物质体积大小的因素 【讲解】我们已经知道了不同聚集状态物质的微观结构和宏观性质，那么物质体积的大小与什么有关呢？接下来我们通过计算1mol下列物质的体积来探究这个问题。 【展示】给出物质的摩尔质量和密度，让学生计算1mol Al、Fe、H₂O、C₂H₅OH、H₂、N₂、CO的体积。 【学生计算】根据公式(V = )（(m = nM)）进行计算，并将结果填入表格。 物质 摩尔质量(/gmol^{-1}) 密度 体积 Al 26.98 2.70 g•cm⁻³ 7.11cm³ Fe 55.85 7.86 g•cm⁻³ 7.11cm³ H₂O 18.02 0.998 g•cm⁻³ 18.24cm³ C₂H₅OH 46.07 0.789 g•cm⁻³ 58.4cm³ H₂ 2.016 0.0899 g•L⁻¹ ≈22.42L N₂ 28.02 1.25 g•L⁻¹ 22.416L CO 28.01 1.25 g•L⁻¹ 22.408L 【讲解】思考为什么会出现两种结论，即1mol固体或液体的体积各不相同，而在标准状况下，1mol任何气体的体积均约为22.4L 。 【学生活动】分组讨论，从粒子的数目、粒子本身的体积、粒子之间的距离等方面去分析。 【讲解】影响物质体积大小的因素有粒子的数目、粒子本身的体积、粒子之间的距离。温度和压强会影响粒子之间的距离，温度升高，间距变大，体积增大；压强增大，间距变小，体积减小。1mol固体、液体的体积主要取决于组成它们的微粒大小；1mol气体的体积主要取决于分子间的距离。 设计意图 通过具体的计算，让学生直观地看到不同物质体积的差异，引发学生的思考。通过讨论和总结，培养学生的分析问题和归纳总结的能力，理解影响物质体积大小的因素。 活动三：气体摩尔体积的基本概念 【引入并提问】通过前面的学习，我们知道了在相同条件下，任何1mol气体的体积相等。那么如何准确地描述这个性质呢？这就引出了气体摩尔体积的概念。请同学们阅读教材，思考气体摩尔体积的定义、符号、常用单位和公式分别是什么？ 【学生活动】定义：一定温度、压强下，单位物质的量任何气体所占有的体积。符号：Vm，常用单位：L/mol、m³/mol。公式：(Vm =V/n )。 【讲解】注意任何气体包括单一纯净气体和混合气体。标准状况下（(0℃)，101kPa）， 1 mol 任何气体的体积都为22.4L，即(Vm = 22.4L/mol)。 【提问】判断下列说法的正误： （1） 1mol H₂O在标准状况下的体积约为22.4L （2）2g H₂和44g CO₂体积相等 （3） 标准状况下，1g H₂和11.2L O₂的物质的量相等 【学生回答】（1）错误，因为标准状况下H₂O是固态物质，不能作气态物质计算体积；（2）错误，气态物质计算体积，必须指明温度和压强；（3）正确。 设计意图 通过阅读教材，培养学生的自主学习能力。通过思考与讨论，让学生在实际应用中理解气体摩尔体积的概念，避免对概念的错误理解。 活动四：典例精讲 【典例1】判断下列说法是否正确 1.CO2 的摩尔体积是22.4L/mol 2.标况下NO2 的体积约是22.4L 3.标准状况下，1 mol 任何物质的体积都约是22.4L 4.标准状况下，1 mol O2和N2混合气体的体积约为22.4L 5.标准状况下，气体摩尔体积约为22.4L 6.温度25℃、压强101kPa，1 mol O2和N2混合气的体积约为22.4L 【学生回答】1.× 2.× 3.× 4.√ 5.× 6.× 【讲解】1.没有说明温度、压强；2.没有具体的物质的量；3.任何物质包括固体和液体，错误；4.标准状况下1mol 任何气体的体积约为22.4L，正确；5.气体摩尔体积的单位为L/mol；6.温度应为0℃。 【典例2】标准状况下，16g O2的体积为多少升？ 【学生回答】11.2L 【讲解】标准状况下，Vm=22.4L/mol，M(O2)=32g/mol n(O2)=m(O2)/M(O2)=16g/（32g/mol）=0.5mol V=n×Vm V(O2)=n(O2)×Vm=0.5mol×22.4L/mol=11.2L 【典例3】完成下面填空。 （1）标准状况下，0.5mol H2，占有的体积约是 ； （2）标准状况下，2mol O2，占有的体积约是 ； （3）标准状况下，4.48L CO2 的物质的量是 ； （4）标准状况下，33.6L H2 的物质的量是 ； （5）标准状况下，16g O2 的体积约是 ； （6）标准状况下，11.2L N2 中N2的分子数是 。 【学生回答】（1）11.2 L （2）44.8 L（3）0.2 mol（4）1.5 mol（5）11.2 L（6）3.01×1023 【讲解】（1）V=n×Vm=0.5mol×22.4L/mol=11.2L（2）V=n×Vm=2mol×22.4L/mol=44.8L （3）n=V/Vm=4.48L/22.4L/mol=0.2 mol （4）n=V/Vm=33.6L/22.4L/mol= 1.5 mol （5）V=n×Vm=m×Vm/M=11.2L（6）N=n×NA=V×NA/Vm=3.01×1023 教学环节三 阿伏伽德罗定律 活动一：阿伏伽德罗定律的基本概念 【引入】在前面的学习中，我们知道了相同条件下1mol气体体积相等，那么在同温同压下，不同体积的气体之间又存在怎样的关系呢？这就是我们接下来要学习的阿伏伽德罗定律。请同学们阅读教材，思考阿伏伽德罗定律的定义是什么？ 【学生回答】同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。 【讲解】克拉珀龙方程(pV = nRT)（(p)：气体压强，(V)：气体的体积，(n)：气体分子的物质的量，(T)：温度（单位：(K)），(R)：常数），并强调“三同定一同”的规律，即(p)、(T)、(V)、(n)任意“三同”可定另“一同”。 【提问】判断下列说法的正误： （1）两个体积相同的容器，一个盛有一氧化氮，另一个盛有氮气和氧气。在同温同压下两容器内的气体一定具有相同的分子数。 （2）同温同压下，同物质的量的(CH4)气体与(CO)体积比是1:1。 【学生回答】（1）正确，因为同温、同压、同体积，物质的量一定相同，即分子数相同；（2）正确，同温、同压、同物质的量，体积一定相同，即体积比为1:1。 设计意图 通过问题引导学生自主学习，培养学生的阅读和总结能力。通过思考与讨论，让学生在实际应用中理解阿伏伽德罗定律。 活动二：阿伏伽德罗定律的几个推论 【讲解】阿伏伽德罗定律有一些重要的推论，这些推论在解决化学问题中非常有用。下面我们来学习这些推论。这是关于阿伏伽德罗定律的几个推论的表格，思考每个推论是如何从阿伏伽德罗定律推导出来的。 条件 公式 解释 T、p相同 同温同压下，气体的物质的量与其体积成正比 T、V相同 温度、体积相同的气体，压强与其物质的量成正比 n、p相同 物质的量相等、压强相同的气体，体积与其温度成正比 n、T相同 物质的量相等、温度相同的气体，压强与其体积成反比 T、p相同 同温同压下，气体的密度与其相对分子质量（实际是摩尔质量）成正比 T、p、V相同 同温同压下，体积相同的气体，质量与其相对分子质量（实际是摩尔质量）成正比 T、m、p相同 同温同压下，等质量的气体，相对分子质量（实际是摩尔质量）与其体积成反比 【讲解】以(T)、(p)相同，为例，从(pV = nRT)出发，因为(T)、(p)、(R)都相同，所以。其他推论也可以类似推导。 【学生总结】理解并记住这些推论。 设计意图 通过让学生思考推导过程，培养学生的逻辑推理能力和对知识的深入理解能力。掌握这些推论可以提高学生解决化学问题的能力。 活动三：典例精讲 【典例1】同温同压下，体积相同的下列气体，质量最大的是（ ） A. 氯气 B. 氢气 C. 氧气 D. 氮气 【学生回答】A 【讲解】同温同压下，体积相同的气体物质的量相同。根据(m = n×M)，摩尔质量越大，质量越大。氯气的摩尔质量最大，所以质量最大，A正确。 【典例2】同温同压下，同物质的量的(H₂)气体与(CO)体积比是（ ） A. 3:1 B. 1:1 C. 1:3 D. 2:3 【学生回答】B 【讲解】同温同压下，物质的量相同的气体具有相同的体积，所以体积比是1:1，B正确。 【典例3】同温同压下的下列气体，密度与其它三者不同的是（ ） A. (N₂) B. (C₂H₄) C. (CO) D. (H₂S) 【学生回答】D 【讲解】同温同压下，气体的密度与其相对分子质量成正比。(N₂)的相对分子质量为28，(C₂H₄)的相对分子质量为28，(CO)的相对分子质量为28，(H₂S)的相对分子质量为34，所以D正确。 【典例4】在一定温度和压强下，2体积X₂气体与3体积Y₂气体恰好完全反应，生成2体积气体化合物Z，则Z的化学式可能是（ ） A. XY₃ B. XY C. X₃Y D. X₂Y₃ 【学生回答】D 【讲解】根据阿伏伽德罗定律，同温同压下，气体体积比等于物质的量之比，所以(2X₂ + 3Y₂ = 2Z)，根据原子守恒，Z的化学式为X₂Y₃，D正确。 【典例5】同温同压下，将1体积的CO2和2体积的CO进行比较，则CO2与CO的： （1）物质的量之比为_________； （2）分子数之比为_________;（3）原子数之比为_________； （4）质量之比为 ___________； （5）摩尔质量之比为 ___________；（6）密度之比为___________; 【学生回答】（1）1:2（2）1:2（3）3:4（4）11:14（5）11:7（6）11:7 【讲解】根据阿伏伽德罗定律，同温同压下，气体体积比等于物质的量之比，所以物质的量之比为1:2；分子数之比为1:2；原子数之比为3:4；m=n×M，所以质量之比为11:14；CO2与CO的摩尔质量分别为44g/mol和28g/mol，所以摩尔质量之比为11:7；密度之比等于摩尔质量之比，所以密度之比为11:7。 第二单元 物质的化学计量 第2课时 气体摩尔体积 一、气体摩尔体积 1. 不同聚集状态物质的微观结构和宏观性质 · 固态：微粒排列紧密，空隙小，有固定形状，几乎不能被压缩 · 液态：微粒排列较紧密，空隙较小，无固定形状，不易被压缩 · 气态：微粒间距大，无固定形状，易被压缩 1. 决定物质体积大小的因素 · 微粒数目 · 微粒大小 · 微粒间距（温度、压强影响） 1. 气体摩尔体积的基本概念 · 定义：一定温度、压强下，单位物质的量任何气体所占有的体积 · 符号：(V_{m}) · 常用单位：L/mol、m³/mol · 公式：(V_{m}=) · 标准状况：(V_{m}=22.4L/mol) 二、阿伏伽德罗定律 1. 基本概念 · 定义：同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子 · 克拉珀龙方程：(pV = nRT) · 规律：三同定一同 1. 推论 1.下列各组物质中，分子数不相同的是（ ） A. 同温同压下 2 L SO₂和 2 L CO₂ B. 标准状况下 1 mol 氧气和 22.4 L H₂O C. 9 g 水和标准状况下 11.2 L CO₂ D. 0.2 mol 氯气和 7.3 g 氯化氢气体 【答案】B 【解析】A. 根据阿伏伽德罗定律，同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子，所以同温同压下 2 L SO₂和 2 L CO₂分子数相同，A 选项不符合题意；B. 标准状况下，H₂O 不是气体，不能用气体摩尔体积计算其物质的量，1 mol 氧气含有NA个分子，而 22.4 L H₂O 的物质的量远大于 1 mol，分子数不同，B 选项符合题意；C. 9 g 水的物质的量为0.5mol，标准状况下 11.2 L CO₂的物质的量为0.5mol，分子数相同，C 选项不符合题意；D. 7.3 g 氯化氢气体的物质的量为0.2mol，与 0.2 mol 氯气分子数相同，D 选项不符合题意。 2.设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是 ( ) A. 标准状况下，6.02×10²³个分子所占的体积约是 22.4L B. 标准状况下，28gCO 与 N₂的混合气体的体积约为 22.4L C. 23gNO₂和 N₂O₄的混合气体中所含的 O 原子数为 2NA D. 体积相同的气体所含的分子数相同 【答案】B 【解析】A. 标准状况下，6.02×10²³个分子的物质的量为 1 mol，但该物质不一定是气体，只有气体才适用气体摩尔体积计算体积，A 选项错误；B. CO 和 N₂的摩尔质量均为 28g/mol，28gCO 与 N₂的混合气体的物质的量为1mol，标准状况下体积约为 22.4L，B 选项正确；C. NO₂和 N₂O₄的最简式均为 NO₂，23gNO₂和 N₂O₄的混合气体中相当于含有 0.5molNO₂，所含的 O 原子数为N = 0.5mol×2×NA=NA，C 选项错误；D. 体积相同的气体，若温度和压强不同，物质的量可能不同，所含分子数不一定相同，D 选项错误。 3.设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是 ( ) A. 常温常压下，0.05NA个 CO₂分子所占的体积是 1.12L B. 1 mol O₂含有的氧原子数为NA C. 常温常压下，32gO₂和 34gH₂S 分子的个数之比为 1:1 D. 11.2L NH₃中所含的质子数为 5NA 【答案】C 【解析】A. 常温常压下，气体摩尔体积不是 22.4L/mol，不能用(V = n×Vm)计算 0.05NA个 CO₂分子所占的体积，A 选项错误；B. 1 个 O₂分子含有 2 个氧原子，1 mol O₂含有的氧原子数为2NA，B 选项错误；C. 32gO₂的物质的量为1mol，34gH₂S 的物质的量为1mol，分子个数之比等于物质的量之比，为 1:1，C 选项正确；D. 没有指明是标准状况，不能计算 11.2L NH₃的物质的量，也就无法计算所含质子数，D 选项错误。 4.下列说法不正确的是 ( ) A. 1 mol S 和 O₂的摩尔质量都是 32g/mol B. 23gNO₂和 N₂O₄的混合气体中所含的 O 原子数为NA C. 1 mol 任何气体中都含有相同的原子数 D. 标准状况下，22.4L CO₂气体中含有 3NA个原子 【答案】C 【解析】A. S 和 O₂的摩尔质量在数值上都等于其相对分子质量，都是 32g/mol，A 选项正确；B. NO₂和 N₂O₄的最简式均为 NO₂，23gNO₂和 N₂O₄的混合气体中相当于含有 0.5molNO₂，所含的 O 原子数为N = 0.5mol×2×NA=NA，B 选项正确；C. 不同气体分子所含原子数可能不同，如 He 是单原子分子，O₂是双原子分子，1 mol 不同气体所含原子数不一定相同，C 选项错误；D. 标准状况下，22.4L CO₂的物质的量为1mol，1 个 CO₂分子含有 3 个原子，所以 1molCO₂含有 3NA个原子，D 选项正确。 5.下列说法正确的是 ( ) A. 标准状况下，6.02×10²³个分子所占的体积约是 22.4L B. 标准状况下，28gCO 与 N₂的混合气体的体积约为 22.4L C. 各种气体的气体摩尔体积都约为 22.4L/mol D. 标准状况下，体积相同的气体所含的分子数不一定相同 【答案】B 【解析】A. 标准状况下，6.02×10²³个分子的物质的量为 1 mol，但该物质不一定是气体，只有气体才适用气体摩尔体积计算体积，A 选项错误；B. CO 和 N₂的摩尔质量均为 28g/mol，28gCO 与 N₂的混合气体的物质的量为1mol，标准状况下体积约为 22.4L，B 选项正确；C. 气体摩尔体积与温度和压强有关，只有在标准状况下，各种气体的气体摩尔体积才约为 22.4L/mol，C 选项错误；D. 根据阿伏加德罗定律，标准状况下，体积相同的气体所含的分子数相同，D 选项错误。 6.完成下列问题。 1. 标准状况下，0.5 mol H₂占有的体积约为__________L。 1. 标准状况下，44.8 L H₂的质量约为__________g。 1. 标准状况下，3.01×10²³个氧气分子所占的体积约为__________L。 1. 标准状况下，33.6 L 氧气所含的氧分子数约为__________个。 1. 标准状况下，16 g 氧气和 42 g N₂的混合气体的体积约为__________L。 【答案】(1) 11.2；(2) 4；(3) 11.2；(4) 9.03×10²³；(5) 44.8 【解析】(1) 标准状况下，Vm=22.4L/mol，V = n×Vm=0.5mol×22.4L/mol = 11.2L；(2) 标准状况下，44.8 L H₂的物质的量为n=2mol，质量为m = n×M = 2mol×2g/mol = 4g；(3) 3.01×10²³个氧气分子的物质的量为n=0.5mol，体积为V = n×Vm=0.5mol×22.4L/mol = 11.2L；(4) 标准状况下，33.6 L 氧气的物质的量为n=1.5mol，所含氧分子数为N = nNA=1.5mol×6.02×1023mol-1=9.03×1023个；(5) 16 g 氧气的物质的量为n=0.5mol，42 g N₂的物质的量为n=1.5mol，混合气体总物质的量为0.5mol + 1.5mol = 2mol，体积为V = n×Vm=2mol×22.4L/mol = 44.8L。 在本节课的教学中，通过生活实例引入，引导学生思考不同聚集状态物质性质差异与微观结构的联系，激发了学生的学习兴趣。在讲解气体摩尔体积和阿伏伽德罗定律时，结合具体数据和实例，帮助学生理解抽象概念，学生对基本概念的掌握较好。但在讲解阿伏伽德罗定律的推论时，部分学生理解存在困难，可能是因为数学推导和逻辑关系较复杂。在今后的教学中，应加强这部分内容的讲解，多举实例，放慢教学节奏，让学生有更多时间思考和消化。同时，在课堂练习中发现，学生对概念的应用还不够熟练，后续需增加针对性练习，强化学生对知识的运用能力。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$