阿伏伽德羅常數(shù)的新定義對(duì)高中化學(xué)教學(xué)的影響探討

摘 要：在高中化學(xué)教學(xué)中，阿伏伽德羅常數(shù)屬于一個(gè)重要的化學(xué)計(jì)量單位概念。2018年，國(guó)際計(jì)量大會(huì)對(duì)阿伏伽德羅常數(shù)做出了全新規(guī)定。文章對(duì)其定義變化的原因做出了分析，并且還對(duì)其定義產(chǎn)生的變化給高中化學(xué)教學(xué)帶來的影響做出了深入分析，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)教師教學(xué)提出建議。

關(guān)鍵詞：阿伏伽德羅常數(shù);高中化學(xué);教學(xué)調(diào)整

中圖分類號(hào)：G634.8?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號(hào)：2095-624X（2021）39-0039-02

在高中化學(xué)教學(xué)過程中，以阿伏伽德羅常數(shù)為背景的選擇題是傳統(tǒng)題型之一，屬于教學(xué)的熱點(diǎn)，在試卷上的題型和題量都處于穩(wěn)定狀態(tài)，既考查計(jì)算關(guān)系，又考查對(duì)概念的理解進(jìn)行分析和研究。在此種情況下，教師在教學(xué)時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)阿伏伽德羅常數(shù)的概念性教學(xué)，將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行良好區(qū)分，增強(qiáng)教學(xué)邏輯性，以此來實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量教學(xué)。

一、阿伏伽德羅常數(shù)

阿伏伽德羅常數(shù)主要是借助于X射線的晶體密度來進(jìn)行測(cè)量，主要利用到下列公式：

其中晶胞粒子數(shù)量用n表示，硅球半徑用r表示，硅球質(zhì)量用m表示，硅原子量用M表示，晶格常數(shù)用a表示。因此，在測(cè)定阿伏伽德羅常數(shù)的過程當(dāng)中，需要對(duì)單晶硅的原子量、單晶硅球的宏觀密度以及晶胞的體積進(jìn)行測(cè)定。 阿伏伽德羅常數(shù)屬于計(jì)量學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)，而計(jì)量學(xué)屬于測(cè)量的科學(xué)范疇內(nèi)，從科學(xué)和技術(shù)內(nèi)部的某一個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中一個(gè)不確定度的水平角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)理論和實(shí)驗(yàn)方面的相關(guān)測(cè)量，其中國(guó)際單位制屬于全球化的統(tǒng)一的計(jì)量單位制，屬于構(gòu)成國(guó)際計(jì)量體系的基礎(chǔ)元素。國(guó)際計(jì)量委員會(huì)主要結(jié)合了國(guó)際純粹和應(yīng)用物理聯(lián)合會(huì)、國(guó)際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)以及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的組織意見，對(duì)阿伏伽德羅常數(shù)進(jìn)行了定義。隨著現(xiàn)階段全球化的趨勢(shì)加快，在多種貿(mào)易以及科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上，需要運(yùn)用精準(zhǔn)、穩(wěn)定和普適的單位來進(jìn)行測(cè)量。

國(guó)際單位的制定基本單位主要是基于物理學(xué)的理論基礎(chǔ)產(chǎn)生的，并基于實(shí)物基準(zhǔn)和自然的基準(zhǔn)進(jìn)行定義。現(xiàn)代化的計(jì)量科學(xué)以及技術(shù)手段得到飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的計(jì)量學(xué)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤傲孔佑?jì)量學(xué)”，基本物理常數(shù)的國(guó)際單位制的量子化定義也逐漸變得成熟。因此，量子化的定義和實(shí)物基準(zhǔn)對(duì)科學(xué)研究、科技生產(chǎn)和科學(xué)教育都產(chǎn)生了相當(dāng)大的影響。將阿伏伽德羅常數(shù)和摩爾的新舊定義進(jìn)行對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)，在1997年的定義當(dāng)中，摩爾和0.012 kg碳 12 的原子數(shù)目是相關(guān)聯(lián)的，在早期的定義當(dāng)中，“其中最大的問題就是摩爾作為7個(gè)SI單位之一，其定義是通過另一個(gè)SI單位——千克實(shí)現(xiàn)的”，此種方式下的計(jì)量對(duì)于普適不變的基本物理常數(shù)已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)，其基本單位更加穩(wěn)定、統(tǒng)一。摩爾的新定義直接利用阿伏伽德羅常數(shù)（NA）來定義，實(shí)現(xiàn)了基本單位定義到物理基本常數(shù)當(dāng)中，此種方式體現(xiàn)了“元測(cè)量”的精神，即利用一套穩(wěn)定的基準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)測(cè)量。在此種方式下的規(guī)定可以使得各種物理量不會(huì)受制于時(shí)間和空間甚至于人工操作而產(chǎn)生的偏差，進(jìn)行定義和標(biāo)準(zhǔn)的修改。在新定義當(dāng)中，最大的意義在于可以使得某個(gè)特定物質(zhì)所獲得的物質(zhì)量展現(xiàn)完全一致的效果，如表1所示。

二、定義的修改對(duì)高中化學(xué)教學(xué)的影響

在重新定義之后，摩爾和質(zhì)量的基本單位不再存在關(guān)聯(lián)，但是在化學(xué)測(cè)量的工作當(dāng)中，某種物質(zhì)當(dāng)中的待測(cè)微粒個(gè)數(shù)是無法直接測(cè)量的，因此化學(xué)分析需要先對(duì)物質(zhì)的質(zhì)量進(jìn)行稱量，借助摩爾質(zhì)量的公式，對(duì)粒子物質(zhì)的量進(jìn)行計(jì)算。對(duì)摩爾進(jìn)行重新定義之后，需要將物質(zhì)的質(zhì)量作為量傳溯源的方式，其中對(duì)物質(zhì)的量的計(jì)算方法不會(huì)改變。

新定義發(fā)生的主要變化可以從多個(gè)方面分析：其一，對(duì)于在1mol的某種微粒集合體當(dāng)中，所包含的微粒數(shù)量和0.012 kg碳 12當(dāng)中所包含的原子數(shù)量是相同的說法，現(xiàn)階段被定義為大約相同，主要是由于0.012 kg

碳12內(nèi)部所包含的原子數(shù)量不等于6.02214076×1023 個(gè)，并且其差距相對(duì)較小，對(duì)于現(xiàn)階段的化學(xué)分析不會(huì)產(chǎn)生過大的精確度影響。其二，對(duì)于某種同位素的元素，以前其本身的摩爾質(zhì)量的數(shù)值相對(duì)于原子質(zhì)量來說屬于完全一致狀態(tài)的說法，現(xiàn)在為大約相同，但是其中產(chǎn)生的差距是相當(dāng)小的，不影響現(xiàn)階段化學(xué)分析的精確程度。其三，阿伏伽德羅常數(shù)NA屬于一個(gè)固定的數(shù)值，不再是6.02214076×1023 個(gè)基本單元，屬于完全等于的狀態(tài)。其四，對(duì)于原先的0.012 kg碳 12包含的原子數(shù)等于阿伏伽德羅常數(shù)的認(rèn)知來說，現(xiàn)階段需要利用固定值來進(jìn)行阿伏伽德羅常數(shù)的代替，也就是6.02214076×1023 。

三、高中化學(xué)教學(xué)調(diào)整

對(duì)于相關(guān)定義發(fā)生的改變，我們可以針對(duì)人教版新教材和魯科版新教材中的表述進(jìn)行對(duì)比，如表2所示。

在教學(xué)建議方面，教師需要明確地進(jìn)行定義說明，因?yàn)閲?guó)際單位制相關(guān)內(nèi)容的宣傳和傳播需要從中小學(xué)的基礎(chǔ)教育方面做起。對(duì)于和概念相關(guān)的判斷題，需要進(jìn)行對(duì)應(yīng)的審核和修訂。在規(guī)定的摩爾數(shù)值當(dāng)中包含了6.02214076×1023個(gè)基本單元，因此摩爾當(dāng)中包含了對(duì)數(shù)量的含義。轉(zhuǎn)移的電力數(shù)為2mol此種說法雖然具有一定的道理，但是不建議將其直接進(jìn)行教學(xué)，需要利用阿伏伽德羅常數(shù)來進(jìn)行具體個(gè)數(shù)的換算。

此外，阿伏伽德羅常數(shù)屬于一個(gè)基本的物理常數(shù)，其中的主要核心為“宏觀辨識(shí)與微觀探析”。因此，在教學(xué)過程當(dāng)中，教師需要關(guān)注概念的科學(xué)性和教學(xué)的現(xiàn)實(shí)性，根據(jù)此種理論來進(jìn)行簡(jiǎn)單關(guān)系的對(duì)應(yīng)和研究，利用不同的模塊來獲取證據(jù)，對(duì)不同模塊的知識(shí)特征進(jìn)行充分認(rèn)知。對(duì)于元素化合物的教學(xué)，教師可以引入實(shí)驗(yàn)材料，教學(xué)化學(xué)反應(yīng)原理需要進(jìn)行定量證據(jù)的應(yīng)用，教學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)需要進(jìn)行宏觀證據(jù)和微觀證據(jù)的融合，提升學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的證據(jù)意識(shí)。除此之外，還要培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理”素養(yǎng)發(fā)展的持久性。在高中化學(xué)教學(xué)當(dāng)中，證據(jù)推理素養(yǎng)不應(yīng)該局限于具體概念中，學(xué)生需要在復(fù)雜且真實(shí)的問題情境當(dāng)中進(jìn)行證據(jù)的尋找、分析、推理以及得出結(jié)論，在解決問題的過程中鞏固學(xué)過的知識(shí)，學(xué)生的高階思維能力也能夠得到鍛煉。如此一來，才能使得學(xué)生的證據(jù)推理素養(yǎng)不會(huì)受知識(shí)、學(xué)科等多方面的限制。

結(jié)語

在阿伏伽德羅常數(shù)的新定義教學(xué)當(dāng)中，教師要利用辯證的方式來展開教學(xué)活動(dòng)，從全方位、多角度來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，最終提升高中化學(xué)教學(xué)質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：陳安航（1986— ），男，廣西河池人，中學(xué)一級(jí)教師，本科，研究方向：高中化學(xué)教學(xué)。