高中化学必修一 2.3.2 气体摩尔体积教学设计

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2.3.2　气体摩尔体积本课时是教材第二章第三节内容，本节教材是学习物质的量和摩尔质量概念的基础上，继续学习气体摩尔体积的概念与相关计算，这对学生学习有关气态反应物和生成物的化学方程式的计算打下重要基础。本节主要内容有气体摩尔体积概念和阿伏加德罗定律，教材编写从特殊概念到一般概念，符合认识的一般规律。学生在之前的学习中，已经掌握了物质的量和摩尔质量的相关概念，通过初中物理的学习，对于气体、液体和固体的微粒排列方式有一定的认识，理解温度和压强对于气体体积的影响及其原因。本课时的学习将从以上的微观物理问题入手延伸至宏观的摩尔体积问题，有助于学生加深对物质的量的理解。宏观辨识与微观探析：通过对摩尔体积的微观意义的学习，从微观上理解不同状态的物质的摩尔体积的影响因素，进而延伸至宏观物理量对摩尔体积的影响，理解从微观到宏观的辩证思想。证据推理与模型认知：利用初中物理知识，联系物质的量的基本概念，建立研究物质的摩尔体积的基本模型，使学生了解科学的推理过程，理解微观粒子模型在化学研究中的重要作用。科学精神与社会责任：利用气体摩尔体积概念的建立过程，培养学生的科学精神，理解化学家从微观研究到宏观概念的哲学思想。气体摩尔体积的概念和计算。学生复习初中微观粒子的知识，预习本课内容；教师准备多媒体课件。【引入】在实验室中有一瓶氢气，我们应该如何得到该气体的物质的量呢？【设疑】我们在上面的学习中已经知道了两个计算物质的量的公式：和，应用上面的公式能不能计算出氢气的物质的量呢？（不能，因为既不可能得到氢气的分子数，也不可能称量出氢气的质量）那么我们能得到氢气的什么物理量呢？（体积）如果已知氢气的体积，能否求解氢气的物质的量？【板书】气体摩尔体积：一、摩尔体积【投影】气体摩尔体积：一、摩尔体积【设疑】根据摩尔质量的定义，同学们觉得摩尔体积的概念是什么？（单位物质的量的物质所具有的体积）【讲解】摩尔体积的符号为Vm，单位为L/mol，根据上述定义，我们也能得到公式，Vm代表摩尔体积，即物质的量等于该物质的体积除以其摩尔体积。但是这个公式的应用依然取决于物质的摩尔体积是否容易得到。那么，怎么才能得到物质的摩尔体积呢？【设疑】摩尔体积就是每1mol物质的体积，例如，铁的摩尔体积就是指每1molFe的体积，那么1molFe的体积为多少呢？（1mol铁的质量为56g，其体积可以用质量除以密度得到：56g÷7.874 g·cm-3 = 7.112cm3）【讲解】根据上述的计算过程，我们可以得到如下的计算摩尔体积的公式，即物质的摩尔体积等于其摩尔质量与密度的比值。但是这种计算方法显然不是很方便，因为物质的密度并不容易得到，如何才能比较方便的得到物质的摩尔体积呢？【过渡】如上的研究实际上已经无法比较方便的得到物质的摩尔体积了，下面我们换一个思考的方向，从微观粒子入手，研究物质的摩尔体积。【设疑】宏观上讲，一个物质的摩尔体积就是每1mol该物质在空间上占据的体积，同学们能不能从微观上理解，什么是物质的摩尔体积？（微观上讲，物质的摩尔体积就是指NA个物质粒子在空间上所能占据的体积）【板书】气体摩尔体积：一、摩尔体积：二、影响物质摩尔体积的因素：【投影】气体摩尔体积：一、摩尔体积：二、影响物质摩尔体积的因素：【学生活动】摩尔体积就是每1mol物质的体积，或者说是大约6.02×1023个粒子在空间能占据的体积，这么多的粒子在空间上能占据多大的体积由什么决定呢？请同学们互相交流讨论一下。【讲解】通过讨论我们能得到，从微观上讲物质的摩尔体积的大小，首先受到粒子堆积方式的影响：如果是固体或者液体，其粒子之间的间距很小，所以影响物质的摩尔体积的因素就是粒子大小。例如，铁和铜的摩尔体积为什么不一样呢？这是因为铁原子和铜原子的大小不一样。显然我们不可能再根据粒子的大小来取得到物质的摩尔体积，所以研究固体和液体的摩尔体积就没有太大的意义。【板书】二、影响物质摩尔体积的因素：（1）固体和液体：粒子的大小【投影】二、影响物质摩尔体积的因素：（1）固体和液体：粒子的大小【讲解】如果是气体，因为其粒子之间的距离远大于粒子的直径，所以影响气体的摩尔体积的主要因素就是粒子间距。【板书】二、影响物质摩尔体积的因素：（1）固体和液体：粒子的大小（2）气体：粒子间距【投影】二、影响物质摩尔体积的因素：（1）固体和液体：粒子的大小（2）气体：粒子间距【设疑】根据初中物理的学习，气体体积的变化就是因为气体的粒子间距在发生改变，那么气体的粒子间距受什么物理量的影响呢？（温度和压强）【讲解】同温同压下，任何气体粒子的间距是相同的，所以一定具有相同的摩尔体积，即：同温同压下，任何气体一定具有相同的气体摩尔体积。根据，由于同温同压下，气体的Vm是一样的，可推出结论：相同的温度和压强下，相同体积的任何气体一定具有相同的分子数（物质的量）。这就是阿伏加德罗定律。【板书】三、气体摩尔体积：1、阿伏加德罗定律：相同温度和相同压强下，相同体积的任何气体一定具有相同的分子数（物质的量）【投影】三、气体摩尔体积：1、阿伏加德罗定律：相同温度和相同压强下，相同体积的任何气体一定具有相同的分子数（物质的量）【练习】同温同压下，氢气和氧气的体积比为2:1，其物质的量的比为            【讲解】根据阿伏加德罗定律，同温同压下，相同体积的任何气体一定具有相同的物质的量，所以氢气和氧气的体积比为2:1时，其物质的量之比一定为2:1。通过这个练习我们可以得到阿伏加德罗定律的一个重要推论：同温同压下，气体的体积比等于其物质的量的比。【练习】相同温度和相同压强下，质量相同的CO和CO2气体，其物质的量的比为           ，其体积比为             ，其密度比为               ，含有的氧原子数量比为            。【投影】CO的摩尔质量为28g/mol，CO2的摩尔质量为44g/mol，设两者质量均为mg，则CO的物质的量为m/28 mol，CO2的物质的量为m/44 mol，其物质的量的比为11:7；根据阿伏加德罗定律的推论，体积比等于物质的量的比，所以体积比也是11:7；两者质量相同，体积比为11:7，所以其密度比为体积比的反比，密度比为7:11；或者，根据得到：当Vm相同时，气体密度与其摩尔质量成正比，这样同学们就可以理解：氯气密度大于空气，氢气密度小于空气。CO和CO2的物质的量的比为11:7，所以含有的氧原子数量比为1×11:2×7=11:14。【过渡】根据上面的学习，同学们知道：气体的摩尔体积会受到温度和压强的影响，为了计算的方便，我们给出一个特定的温度压强下的气体摩尔体积的数据。【板书】三、气体摩尔体积：1、阿伏加德罗定律：2、标准状况下的气体摩尔体积：【投影】三、气体摩尔体积：1、阿伏加德罗定律：2、标准状况下的气体摩尔体积：【讲解】在不同的温度和压强下，由于粒子间距可能不同，就会导致气体的摩尔体积发生变化，因此使用气体摩尔体积进行物质的量计算时，应该注意所处的温度和压强。一般规定0℃和101 kPa的条件为标准状况，在标准状况下，任何气体的摩尔体积都约为22.4L/mol。【练习】填写下列空白（气体都处于标准状况）： （1）0.1mol O2的体积为          L  （2）3.36L的H2其质量为         g （2）1.12L的CH4中氢元素的质量为         g【投影】填写下列空白（气体都处于标准状况）：（1）0.1mol O2的体积为          L  （2）3.36L的H2其质量为         g（3）1.12L的CH4中氢元素的质量为         g，【投影】本节小结。