第三节 物质的量 第2课时（教学设计）化学人教版2019必修第一册

第三节 物质的量 第2课时 气体摩尔体积 一、知识目标 1.理解气体摩尔体积的概念，掌握标准状况下气体摩尔体积的数值及应用条件。 2.学会物质的量 、气体摩尔体积、气体体积 之间的简单换算。 3.了解阿伏加德罗定律及其推论，并能解决简单问题。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识不同状态物质体积的差异，从微观角度分析影响物质体积大小的因素，理解气体摩尔体积和阿伏加德罗定律。 2.证据推理与模型认知：通过对数据的分析和推理，构建以物质的量为中心的质量、体积、粒子数之间的认知模型。 3.科学探究与创新意识：通过实验探究和问题讨论，培养学生的探究能力和创新思维，加深对知识的理解。 一、教学重点 气体摩尔体积的概念及标准状况下的应用。 二、教学难点 阿伏加德罗定律。 物质的量是化学计量的核心概念，气体摩尔体积是物质的量在气体领域的重要应用，它上承物质的量、摩尔质量等概念，下启物质的量在化学方程式计算中的应用，在整个高中化学知识体系中起着承上启下的关键作用。 按照《课标》要求，本课时聚焦于气体摩尔体积的概念、标准状况下气体摩尔体积的数值及应用条件，以及阿伏加德罗定律及其推论。教材先通过实验和数据引导学生探究影响物质体积大小的因素，进而引出气体摩尔体积的概念，再通过典型范例和练习题加深学生对概念的理解和应用。这种编排符合学生的认知规律，有助于学生逐步构建完整的知识体系。 在知识储备方面，学生已掌握物质的量、摩尔质量等基本概念，具备一定的化学计算能力，但对于气体体积与物质的量之间的关系缺乏深入理解。在初中阶段，学生对气体的性质有了初步认识，但未从微观角度探究气体体积的影响因素。 在思维能力上，学生正从形象思维向抽象思维过渡，逻辑推理和归纳总结能力有待提高。对于气体摩尔体积这种抽象概念，学生理解起来可能存在一定困难。同时，学生在运用阿伏加德罗定律及其推论解决实际问题时，可能会出现思路混乱、方法不当的情况。 此外，高一学生好奇心强，对化学实验和新的知识充满兴趣。教学中可充分利用实验和生活实例激发学生的学习兴趣，引导学生积极参与探究活动，培养学生的科学思维和创新能力。教师应结合学生的实际情况，从学生已有的知识和经验出发，采用直观教学和问题驱动的方法，帮助学生逐步理解和掌握气体摩尔体积的相关知识。 教学环节一 新课导入 【展示实验】老师这里有3个相同的气球，现在会用注射器分别往里面注入10mL水、10mL酒精和10mL空气，然后把它们扎紧。大家仔细观察，看看这三个气球的膨胀程度是不是一样呢？（现场进行实验操作，展示不同膨胀程度的气球） 【提出矿泉水瓶问题】大家观察得都很认真。接下来，老师再拿出两个500mL的空矿泉水瓶。老师想问大家，如果分别把这两个瓶子装满水和空气，你们觉得里面物质的质量、物质的量以及微粒数会一样吗？为什么会不一样呢？ 【引导思考】这些看似简单的现象背后，其实隐藏着深刻的化学知识。不同物质在相同体积下表现出不同的状态和性质，这和物质的微观结构以及一些重要的化学概念密切相关。那到底是什么因素在影响物质的体积大小呢？气体的体积又有怎样独特的规律呢？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：通过现场进行气球实验，这种直观且有趣的方式能够迅速抓住学生的眼球，激发他们的好奇心和探索欲望，使学生积极主动地参与到课堂观察和思考中来。 2.创设问题情境：提出关于矿泉水瓶装满水和空气的问题，让学生在熟悉的生活场景中发现问题，感受到化学与生活的紧密联系，促使学生深入思考物质的质量、物质的量和微粒数之间的关系，为新知识的学习做好铺垫。 3.自然导入新课：从有趣的实验和实际问题出发，引导学生思考影响物质体积大小的因素，自然地过渡到本节课关于气体摩尔体积的主题，让学生明确学习目标，带着问题去探究新知识，提高学习的主动性和有效性。 教学环节二 影响物体体积大小的因素 任务1：请同学们观察并分析下列表格的数据，你能得到哪些结论？ 【问题】请同学们观察并分析下面表格的数据，看看能得到哪些结论呢？ 【学生思考】分组讨论后回答： 1.相同温度和压强下，1 mol不同液体或固体体积不相同。 2.相同温度和压强下，1 mol不同气体体积相同。 【讲解】评价学生的回答，总结强调得出的结论，为后续分析影响因素做铺垫。 【设计意图】培养学生观察数据、分析数据和归纳总结的能力，让学生从具体的数据中初步感知不同状态物质体积的特点。 任务2：请同学们探讨为什么气体和液体、固体的‘体积表现’差距这么大？” 【问题】请同学们探讨一下，为什么气体和液体、固体的“体积表现”差距这么大呢？ 【学生思考】结合老师给出的固、液、气态物质的微观结构示意图进行讨论。 【讲解】展示固、液态物质的微观结构示意图，说明构成固态和液态结构微粒间的距离很小，微粒间的距离可以忽略，所以粒子本身的大小对体积影响较大；再展示气态物质的微观结构示意图，指出气体粒子之间的距离远远大于粒子本身直径，微粒的大小可以忽略，所以粒子之间的距离对气体体积影响较大。 【总结讲解】 一、影响物体体积大小的因素 1.影响物质体积大小的因素 ①粒子本身的大小 ②粒子数目 ③粒子之间的距离 2.影响固态和液态物质体积主要因素 ①粒子数目和粒子大小 ②1mol固体或液态体积不同的主要原因是粒子大小不同 ③构成不同固体、液体的粒子大小是不同的，体积不同。 3.影响气体体积主要因素 ①粒子的数目 ②粒子之间的距离 ③同温同压时，任何气体粒子之间的距离可以看成是相等，故同温同压时，1mol气体的体积几乎相等。 ④温度升高，粒子间平均距离增大；压强增大，粒子间平均距离减小。 【设计意图】通过微观结构示意图帮助学生理解不同状态物质体积差异的本质原因，培养学生的微观想象能力和逻辑思维能力。 任务3：请同学们观看视频探究在相同的条件下，1 mol H₂和1mol O₂体积相同 教学环节三 气体摩尔体积 任务1：请同学们计算标准状况下（0℃、101kPa ）1mol H₂,1mol O₂,1mol CO₂的体积 【引入】我们已经知道了影响物质体积大小的因素，接下来我们来计算一下标准状况下（、101 kPa ）1 mol 、1 mol 、1 mol 的体积。已知标准状况下，的密度是 0.0899 g/L；的密度是 1.429 g/L；密度是 1.977 g/L。 【学生任务】根据密度公式进行计算。 1 mol 的质量是 2 g，密度 0.0899 g/L，体积； 1 mol 的质量 32 g，密度 1.429 g/L，体积； 1 mol 的质量是 44 g，密度 1.977 g/L，体积。 【讲解】总结计算结果，得出1 mol不同气体在标准状况下体积近似相等。 【设计意图】通过具体的计算，让学生直观地认识到标准状况下1 mol不同气体体积的特点，为引出气体摩尔体积的概念做准备。 【总结讲解】 二、气体摩尔体积 1.气体摩尔体积：单位物质的量的气体所占的体积叫做气体摩尔体积，符号为Vm。 ①定义式：； ②单位：L/mol（或L·mol－1）和m3/mol（或m3·mol－1） ③影响因素：温度和压强 ④在给定温度和压强的条件下, Ｖm是常数。（若条件改变时，Ｖm也随之改变；也就是说要指明Ｖm的数值，必须指明温度和压强） 任务2：请同学们观察下列表格并总结规律 【问题】请同学们观察下面表格中1 mol不同气体在不同条件下的体积，总结规律。 化学式 条件 1 mol气体体积/L 气体摩尔体积/L·mol ，101 kPa 22.4 22.4 ，101 kPa 22.4 22.4 ，101 kPa 22.4 22.4 ，202 kPa 11.2 11.2 ，202 kPa 11.2 11.2 ，202 kPa 22.4 22.4 ，202 kPa 22.4 22.4 【学生思考】分组讨论后回答。 【讲解】总结得出： ①若条件改变时，也随之改变，也就是说要指明的数值，必须指明温度和压强； ②标准状况下气体摩尔体积：条件是标准状况（，101 kPa），对象是任何气体（单一气体或混合不反应的气体），数值。在标准状况（，101 kPa）下，气体摩尔体积约是22.4 L/mol，可根据公式，进行相关计算。 【设计意图】通过对表格数据的分析，让学生深入理解气体摩尔体积与温度、压强的关系，以及标准状况下气体摩尔体积的特点。 【总结讲解】 2、 气体摩尔体积 2. 标准状况下气体摩尔体积 ①条件：标准状况（0℃，101kPa） ②对象：任何气体（单一气体或混合不反应的气体） ③数值：Vm≈22.4L/mol 在标准状况（0℃，101kPa）下， 气体摩尔体积约是22.4L/mol V＝ n × Vm 任务3：请同学们观察并讨论是否只有在标准状况下气体摩尔体积才是22.4L/mol？ 【问题】请同学们思考，是否只有在标准状况下气体摩尔体积才是22.4 L/mol呢？ 化学式 条件 1 mol气体体积/L 气体摩尔体积/L·mol ，101 kPa 22.4 22.4 ，101 kPa 22.4 22.4 ，101 kPa 22.4 22.4 ，202 kPa 11.2 11.2 ，202 kPa 11.2 11.2 ，202 kPa 22.4 22.4 ，202 kPa 22.4 22.4 【学生思考】结合表格数据讨论回答。 【讲解】气体摩尔体积的数值不是固定不变的，它取决于气体所处的温度和压强。在非标准状况下不能随意使用22.4 L·mol（如、101 kPa下的气体摩尔体积约为24.5 L·mol）。22.4 L是1 mol任何气体在标准状况下的体积。气体摩尔体积只适用于气体，此处的“气体”可以是纯净物，也可以是混合物。标准状况下不是气体的有、苯、、、、等。 【设计意图】通过强调特别注意事项，避免学生在使用气体摩尔体积进行计算时出现错误，加深学生对概念的准确理解。 【总结讲解】 二、气体摩尔体积 3. 气体摩尔体积特别注意 ①气体摩尔体积的数值不是固定不变的，它取决于气体所处的温度和压强。 ②在非标准状况下不能随意使用22.4 L·mol-1(如25 ℃、101 kPa下的气体摩尔体积约为24.5 L·mol-1)。22.4L是1 mol 任何气体在标准状况下的体积。 ③气体摩尔体积只适用于气体，此处的“气体”可以是纯净物，也可以是混合物。 ④标准状况下不是气体的有SO3、苯、CCl4、Br2、H2O、HF、等。 典例精讲 【例1】判断下列说法是否正确并说明理由 1.标准状况下，1mol任何物质的体积都约是22.4L。 （错，物质应是气体） 2.1mol气体的体积约为22.4L。 （错，应标明条件－标准状况） 3.标准状况下，1molO2和N2混合气体的体积约为22.4L。 （对，气体体积与分子种类无关） 4.22.4L气体所含分子数一定大于11.2L气体所含的分子数。 （错，未指明气体体积是否在相同条件下测定） 5. 只有在标准状况下，气体的摩尔体积才可能约为22.4L/mol。 （错，不一定） 【例2】标准状况下，67.2L的O2物质的量是多少？ 【答案】标准状况下，1moLO2的体积约为22.4L 已知V（O2）=67.2L 答：67.2L的O2物质的量为3mol。 任务4：请同学们归纳总结以物质的量（n）为中心构建质量（m）、体积（V）、粒子数（N）之间的认知模型 典例精讲 【例3】标准状况下，11.2L的O2质量是多少g？ n(O2)=V(O2)/Vm=11.2L/22.4L∙mol-1=0.5mol m(O2)=n(O2)∙M(O2)=0.5mol×32g/mol=16g 【例4】标准状况下，5.6升O2中有多少个O2分子？ n(O2)=V(O2)/Vm=5.6L/22.4L∙mol-1=0.25mol N(O2)=n(O2)∙NA=0.25mol×6.02×1023mol-1=1.505×1023 教学环节四 阿伏伽德罗定律及推论 任务1：请同学们分析3个气球分别装有体积相同H₂, O₂,CO₂它们的物质的量，分子数目有何关系？ 【引入】同学们，老师这里有3个气球，分别装有体积相同的、、，大家思考一下，它们的物质的量、分子数目有何关系呢？ 【学生思考】分组讨论。 【讲解】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粒子，这就是阿伏伽德罗定律。可以理解为“同温、同压、同体积、同分子数（同物质的量）”，只要有任何的“三同”，必有第“四同”——“三同定一同”。 【设计意图】通过实际的例子引入阿伏伽德罗定律，让学生更容易理解该定律的内容。 【问题】根据阿伏伽德罗定律和理想气体状态方程，我们可以推导出一些有用的推论。请同学们思考并推导以下几种情况的推论。 1.同温同压时（T 、P一定时）； 2.同温同体积时（T 、V一定时）； 3.同温同压时（T 、P一定时）关于密度和相对分子质量的关系； 4.已知标准状况下的密度求摩尔质量。 【学生思考】结合公式进行推导。 【讲解】 1.同温同压时（T 、P一定时），； 2.同温同体积时（T 、V一定时），； 3.同温同压时（T 、P一定时），（、为相对分子质量）； 4.已知标准状况下的密度，。 【设计意图】通过推导推论，培养学生的逻辑推理能力和运用公式进行计算的能力，加深对阿伏伽德罗定律的理解和应用。 【总结讲解】 三、阿伏伽德罗定律及推论 1.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粒子。 2.理解 “同温、同压、同体积、同分子数（同物质的量）”。 只要有任何的“三同”，必有第“四同”——“三同定一同”。 3.推论 ①同温同压时(T 、P一定时) ； ②同温同体积时(T 、V一定时) ； ③同温同压时(T 、P一定时) （、为相对分子质量） ④已知标准状况下的密度ρ 。 典例精讲 【例1】在相同条件下，物质的量之比为1:4的H2与O2所含的分子个数比为_________，体积之比为__________。 【答案】1:4 1:4 【例2】同温同压下，A容器中的氧气和B容器中的氨气所含的原子个数相同，则A、B两容器中气体体积之比为(　　) A．1∶2 B．2∶1 C．2∶3 D．3∶2 【答案】B 【例3】已知在相同的条件下，某气体相对H2的密度是16，求该气体的摩尔质量。 【答案】32g/mol 【例4】在标准状况下，已知H2的密度是 0.0899g/L,求H2的摩尔质量是多少？ 【答案】M(H2) = ρ(H2)Vm =0.0899g/L×22.4L/mol≈2g/mol 【例5】同温同压下，等质量的CH4和CO2气体相比，下列说法不正确的是(　　) A．密度比为4∶11 B．分子数之比为4∶11 C．体积比为11∶4 D．物质的量之比为11∶4 【答案】B 第2课时 气体摩尔体积 一、影响物质体积大小的因素 1.因素：粒子大小、数目、间距 2.固液态：粒子数目和大小 3.气体：粒子数目和间距 二、气体摩尔体积 1.定义： 2.单位：L/mol、m³/mol 3.标况：0°C、101kPa，约22.4L/mol 4.注意：数值随条件变，适用于气体 三、阿伏加德罗定律及推论 1.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粒子 2.推论 同温同压时（T 、P一定时），； 同温同体积时（T 、V一定时），； 同温同压时（T 、P一定时），（、为相对分子质量）； 已知标准状况下的密度，。 1.下列关于决定物质体积的因素的说法不正确的是(　　) A. 物质的体积取决于粒子数目、粒子大小和粒子间距 B. 相同条件下，粒子数相同的任何气体都具有相同体积 C. 同温同压下，1 mol任何物质所占有的体积均相同 D. 等质量的H₂，压强越小、温度越高，气体所占体积越大 【答案】C 【解析】A. 物质的体积由粒子数目、粒子大小和粒子间距共同决定，A选项正确；B. 根据阿伏加德罗定律，相同条件下，粒子数相同的任何气体都具有相同体积，B选项正确；C. 同温同压下，1 mol气体所占体积相同，但1 mol固体或液体所占体积不同，因为固体和液体粒子间距小，主要由粒子大小决定体积，C选项错误；D. 根据理想气体状态方程(PV = nRT)，等质量的(H₂)，物质的量(n)一定，压强越小、温度越高，体积(V)越大，D选项正确。答案选C。 2.下列说法正确的是（ ） A. 标准状况下，1 mol任何物质的体积都约是22.4 L B. 1 mol气体的体积约为22.4 L C. 标准状况下，1 mol 和混合气体的体积约为22.4 L D. 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 【答案】C 【解析】A选项，物质应是气体，该说法错误；B选项，应标明条件是标准状况，该说法错误；C选项，气体体积与分子种类无关，标准状况下，1 mol任何气体的体积约为22.4 L，所以1 mol 和混合气体的体积约为22.4 L，该说法正确；D选项，未指明气体体积是否在相同条件下测定，无法比较分子数多少，该说法错误。答案选C。 3.标准状况下，2.24 L某气体的质量为2.8 g，则此气体的相对分子质量为( ) A．28 g·mol－1 B．28 mol C．28 g D．28 【答案】D 【解析】标准状况下，(2.24 L)气体的物质的量(n===0.1mol)，该气体的摩尔质量(M===28g/mol)，相对分子质量在数值上等于摩尔质量，但单位为“1”，所以此气体的相对分子质量为28。答案选D。 4.下列关于CO和CO₂说法正确的是( ) A．质量相等时，分子数之比为7∶11 B．同温同压下，密度之比为7∶11 C．物质的量相同时，体积之比为1∶1 D．原子数相同时，物质的量之比为2∶3 【答案】B 【解析】A. 设质量都为(m)，(CO)的物质的量(n(CO)=)，(CO₂)的物质的量(n(CO₂)=)，分子数之比等于物质的量之比，即(==11∶7)，A选项错误；B. 同温同压下，气体密度之比等于摩尔质量之比，(CO)和(CO₂)的摩尔质量分别为(28g/mol)和(44g/mol)，所以密度之比为(28∶44 = 7∶11)，B选项正确；C. 物质的量相同时，在相同条件下体积之比为(1∶1)，但题干未说明条件，C选项错误；D. 设原子数都为(N)，(CO)中原子物质的量为(2n(CO)=N)，(n(CO)=)，(CO₂)中原子物质的量为(3n(CO₂)=N)，(n(CO₂)=)，物质的量之比为(==3∶2)，D选项错误。答案选B。 5.(1)标准状况下，0.5 mol H₂占有的体积约为_____L。 (2)标准状况下，44.8 L H₂的质量约为___g。 (3)标准状况下，3.01×10²³个氧气分子所占的体积约为______L。 (4)标准状况下，33.6 L氧气所含的氧分子数约为____________个。 (5)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，气体摩尔体积约为(22.4L/mol)，(0.5 mol H₂)占有的体积(V = nV_m = 0.5mol×22.4L/mol = 11.2L)。 (2)标准状况下，(44.8 L H₂)的物质的量(n===2mol)，质量(m = nM = 2mol×2g/mol = 4g)。 (3)(3.01×10²³)个氧气分子的物质的量(n== = 0.5mol)，标准状况下所占体积(V = nV_m = 0.5mol×22.4L/mol = 11.2L)。 (4)标准状况下，(33.6 L)氧气的物质的量(n===1.5mol)，所含氧分子数(N = nN_A = 1.5mol×6.02×10{23}mol{-1}=9.03×10^{23})个。 (5)(16 g)氧气的物质的量(n(O₂)==0.5mol)，(42 g N₂)的物质的量(n(N₂)==1.5mol)，混合气体总物质的量(n = 0.5mol + 1.5mol = 2mol)，标准状况下体积(V = nV_m = 2mol×22.4L/mol = 44.8L)。 在本节课的教学中，通过实验探究和问题驱动的方式引导学生理解气体摩尔体积的概念，取得了一定的教学效果。学生对影响物质体积大小的因素有了较为清晰的认识，也能掌握气体摩尔体积在标准状况下的应用。但在教学过程中，发现部分学生对阿伏加德罗定律及其推论的理解存在困难，尤其是在运用推论解决实际问题时，容易出现错误。在今后的教学中，应加强这部分内容的讲解和练习，通过更多的实例让学生熟悉定律和推论的应用。同时，要关注学生的思维过程，及时纠正学生的错误理解，提高学生的解题能力。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$