物質的量及其單位的學習探討

摘要：本文介紹了化學計量中一個重要的概念——物質的量及其單位，并針對這個概念的特點進行了教與學的探討，指出物質的量及其單位在學科教學中作用。

關鍵詞：物質的量；摩爾；學習探討；應用

“物質的量”是化學中一個很重要的基本概念，被廣泛地應用于工農業生產和科學研究領域中。隨著現代科學技術的發展，物質的量對物理化學和分子物理學的發展影響較大，物質的量在化學計量中也很重要，它是聯系宏觀物質與微觀領域的橋梁。學好物質的量及其單位，對培養學生的化學計算技能和實驗技能都有十分重要的意義，特別是對學生思維的擴展具有舉足輕重的作用。

一、 物質的量及其單位

1. 物質的量的歷史來源。19世紀末20世紀初，原子秘密被揭開，化學進入微觀領域。發現了一些化學基本定律以后，就開始有了物質的量的單位。例如：“克分子”、“克原子”、“克當量”。可是使用這些單位時，并未明確它所表達的是“物質的量”。1959—1960年，國際純粹與應用物理協會(IUPAP)和國際純粹與應用化學協會(IUPCP)取得一致協議，都同意將碳—12的原子量定為12作為標準，然后通過確定碳—12的相應質量用作定義“物質的量”的單位。到1961年，化學家E·A·Guggen把摩爾叫做“化學家的物質的量”并闡明了它的含義。1971年，由41個國家派代表參加的第十四屆國際計量大會，正式通過的有關物質的量的單位——摩爾，并作出了決議。從此，“物質的量”就成為國際單位制的基本物理量之一，符號為mol。

國際單位制(SI)的7個基本物理量及其單位

2.物質的量及其單位的本質。1971年的第14屆國際計量大會上決議中通過了有關“物質的量”的單位——摩爾，定義為：

(1)摩爾是一系列的物質的量，該系統中所包含的基本單元與0.012千克碳—12原子數目相等；

(2)在使用摩爾時，基本單元應予指明，可以是原子、分子、離子、電子以及其他粒子，或是這些粒子的特定組合。

同其他基本物理量一樣，物質的量也有計量單位，規定為摩爾，符號為mol，根據摩爾的定義，可用0.012kg 12C中所含碳原子數目來量度1mol。據實驗測定，這個數就是阿伏加德羅常數，所以我們把基本粒子集體與物質的量、阿伏加德羅常數聯系起來，例如：

1mol12C含有阿伏加德羅常數個12C原子，約為6.022 ×10²³個12C原子；

1mol H₂O含有阿伏加德羅常數個H₂O分子，約為6.022 ×10²³個H₂O分子；

可見1mol微粒的粒子數就是阿伏加德羅常數，約是6.022 ×10²³個微粒，不同的是具體的摩爾數是個準確值，阿伏加德羅常數是個比較準確的值，而6.022 ×10²³是個約數值，是個近似值。當我們指1mol的物質時，是比較準確地指出該物質的物質的量，而當我們指6.022 ×10²³個微粒時，只是知道我們所取的物質是近似取1mol。從以上的討論可知，雖然1mol、阿伏加德羅常數、6.022 ×10²³這三者有所不同，但是它又是意義相同的：

1mol H₂O含有阿伏加德羅常數個H₂O分子，也是近似取6.022 ×10²³個H₂O分子；

6.022 ×10²³個H₂O分子，也近似看做是1mol。所以三者有不同，但在一定程度上又是相同的，在剛接觸物質的量及其單位時，必須要很好的區分、認識。

3. 物質的量的教與學方法探討。“物質的量”雖是國際單位制中的七基本物理量之一，但學生在這之前對物質的量沒有任何具體的感性認識，而物質的量概念很抽象、理論性強，學生學起來很吃力，要很好的掌握有一定的難度。又由于粒子太小，數目太多，如果用個做單位，表示數字太大，使用很不方便。所以，在教學過程中，我們必須給予具體的感受，例如6.022 ×10²³粒米，全球有60億人每天每人吃一斤，要吃14萬年，1mol水分子一個接一個地擺在赤道上，可以繞地球300萬圈，學生真正感受到了粒子個數太多，使用起來的確很不方便，而用物質的量就簡便多了，學生學起來也輕松。因此，在物質的量的教學實踐中，應事先讓學生了解物質的量的歷史來源，讓學生明確物質的量是一個表示組成物質的基本單元數目多少的物理量，單位摩爾是一個規定，然后用通俗易懂的比較法討論“物質的量”的概念，又用類比法推出“物質的量”的單位——摩爾。

4. 物質的量及其單位的注意事項。物質的量是一個重要的基本物理量，在學的過程中應注意：

(1)在使用摩爾這個單位時，應指明是什么樣的基本單元。對于一定質量的物質，其物質的量是隨所指定的基本單元的不同而不同的，如95克MgCl2含有1mol的MgCl2，或1molMg2+，或2mol的Cl-等多種表示式，在使用時必須指明具體的基本單元。

(2)在使用摩爾時，必須是微觀粒子，可以是分數、小數、整數，例如：

1/2mol NaCl 3mol HCl 0. 5mol O2

(3)“物質的量”四個字是一個整體，不得簡化或增添任何字，更不能按普通的字面意義把“物質的量”當做表示物質數量多少的量或物質質量多少的量。物質的量與質量在概念是根本不同的，質量是代表物質慣性大小的物理量；而物質的量是量綱與質量相互獨立的另一個物理量，更不能把物質的量理解為兩重性質：既是代表系統的物質的量又代表系統的質量。物質的量和質量是各自獨立的。

二、 物質的量及其單位在學科中的作用

物質的量處于整套關系的核心地位，把可稱量的宏觀物質與難稱量的微觀粒子有機的聯系起來。物質的量是基礎科學中非常重要的概念，同時物質的量統攝著十一個概念(物質的量、摩爾、摩爾質量、阿伏加德羅常數、氣體摩爾體積、物質的量濃度、溶解度、溶質的質量分數、密度、氣體體積、溶液體積、物質質量)，這些在化學學習中有重要作用的概念，同時也是為物質的量應用于化學方程式計算打好基礎，所以理解概念之間的關系，把握好氣體定律及其推論，對學科中培養學生實驗操作技能和化學計算技能，培養學生演義、歸納、類比推理的能力，培養學生語言表達能力和對知識的概括能力都具有舉足輕重的作用。

物質的量這個物理量，是表示一定微觀粒子數目的物理量，雖然比較抽象，不管是教師在教的過程還是學生在學的過程中，都是具有一定的難度的，但是通過研究，加強教學探討，在一定程度上又可以方便老師的教，同時又有利于學生的學。掌握好了物質的量及其相關內容，并熟練地應用于相關科學中，對培養學生各方面的能力都是很重要的。

參考文獻：

[1] 劉知新.化學教學論.高等教育出版社，1997.

[2] 朱為民.“物質的量”的教學設計.中學教師論壇.

[3] 劉輝，褚厚英，韓建祥.“物質的量”的學習與探討. 數理化學習高中版.