說(shuō)明
在本文中,保哥通過(guò)調(diào)整學(xué)習(xí)順序、大量使用類(lèi)比、繪畫(huà)、例子、每一步都有一定的難度、提供補(bǔ)充知識(shí)等一系列騷操作,幫助更容易攻克摩爾、物質(zhì)量、摩爾質(zhì)量。
步哥將力求幫助大家實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo):在大家閱讀完本文后,發(fā)現(xiàn)這些原本抽象模糊的概念在自己的大腦里變得非常清晰直觀;能夠用自己的話(huà)解釋什么是摩爾,什么是物質(zhì)的量;能夠秒懂“物質(zhì)的量是連接微觀與宏觀的橋梁”這句話(huà),并能夠自己舉出例子來(lái)說(shuō)明;能夠通過(guò)類(lèi)比和掌握關(guān)鍵性質(zhì),秒懂摩爾質(zhì)量。
閱讀建議:大家在閱讀的時(shí)候,導(dǎo)入部分可以跳過(guò),但正文部分的邏輯性較強(qiáng),強(qiáng)烈建議按照順序逐節(jié)閱讀。
本文目錄
導(dǎo)入
正文
1第一個(gè)boss:摩爾
2第二個(gè)boss:物質(zhì)的量
2.1關(guān)卡一 物質(zhì)的量到底是個(gè)什么鬼?(物質(zhì)的量的概念)
2.2關(guān)卡二 物質(zhì)的量的計(jì)算
2.3關(guān)卡三 為什么阿伏伽德羅常數(shù)的單位是mol的負(fù)一次方?
2.4關(guān)卡四 如何秒懂“物質(zhì)的量是連接微觀與宏觀的橋梁”這句話(huà)?
2.5關(guān)卡五 為什么規(guī)定的是6.02×10的23次方這個(gè)數(shù),而不是其他數(shù)?
3第三個(gè)boss:摩爾質(zhì)量(如何通過(guò)抓住摩爾質(zhì)量的關(guān)鍵性質(zhì),從而實(shí)現(xiàn)秒懂?)
4第四個(gè)boss:摩爾體積
導(dǎo)入
對(duì)于高一新生來(lái)說(shuō),高一化學(xué)中的摩爾是一只“磨人的小妖精”。
在教學(xué)中,步哥發(fā)現(xiàn),很多高一同學(xué)都有類(lèi)似這樣的體驗(yàn):在最開(kāi)始學(xué)習(xí)摩爾的時(shí)候,感到難以理解。后來(lái)盡管會(huì)做題了,卻依然心有余悸,覺(jué)得摩爾很難。
在高一剛?cè)雽W(xué)不久就遭遇如此大的挫折,無(wú)疑會(huì)對(duì)自信和學(xué)習(xí)動(dòng)力造成很大打擊。反過(guò)來(lái),如果在高一入學(xué)之初就能把摩爾理解地比較透徹,則無(wú)疑能夠樹(shù)立堅(jiān)實(shí)的自信,為高中三年的學(xué)習(xí)打下良好的信心基礎(chǔ)。
本文中,步哥將努力引導(dǎo)大家一步一步地理解摩爾、物質(zhì)的量、摩爾質(zhì)量等概念。并且,步哥會(huì)分享自己的思考方法和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)(本文的藍(lán)色字),竊以為,這些內(nèi)容可能會(huì)對(duì)大家的學(xué)習(xí)有更大的幫助。
正文
學(xué)習(xí)和思考的順序很重要。課本上的順序是先介紹物質(zhì)的量,然后介紹摩爾。但這種順序并不符合大腦的認(rèn)知規(guī)律,為了更方便理解,步哥建議大家,先理解摩爾,再理解物質(zhì)的量,最后理解阿伏伽德羅常數(shù)。
第一個(gè)boss:摩爾
為了理解摩爾,我們首先做一個(gè)類(lèi)比,通過(guò)頭腦中的原有知識(shí)來(lái)理解新的知識(shí)
生活中,我們稱(chēng)
12瓶雪碧,為1打雪碧
12瓶可樂(lè),為1大可樂(lè)
12瓶元?dú)馍謿馀菟?,?打元?dú)馍謿馀菟?/p>
12瓶飲料,為1打飲料,無(wú)論是什么飲料
類(lèi)似的,科學(xué)家稱(chēng)
6.02x10的23次方個(gè)質(zhì)子(氫離子),稱(chēng)為1mol質(zhì)子
(注:為什么是6.02×10的23次方,這部分可以不用了解,不過(guò)我在后文給出了分析?;A(chǔ)好并且有強(qiáng)烈好奇心的同學(xué)可直接去往boss2的關(guān)卡4)
6.02×10的23次方個(gè)碳12原子,為1mol碳12原子
6.02×10的23次方個(gè)氧原子,為1mol氧原子
6.02×10的23次方個(gè)氧分子,為1mol氧分子
質(zhì)子,中子,離子,原子,分子,都是微觀粒子,簡(jiǎn)稱(chēng)粒子。所以6.02×10的23次方個(gè)粒子,為1mol粒子,無(wú)論什么粒子。
就像,雪碧,可樂(lè),元?dú)馍謿馀菟际秋嬃?。我們?2瓶飲料,稱(chēng)為1打飲料,無(wú)論是什么飲料。
為了更直觀具體,我們可以畫(huà)一張示意圖,一圖勝千言:
圖注:示意圖,假設(shè)每個(gè)框中有6.02×10的23次方個(gè)粒子。
回顧一下,mol 這個(gè)單位就像“打”這個(gè)單位一樣,1打任何飲料為12瓶飲料,1mol任何粒子,為6.02×10的23次方個(gè)粒子。
提醒:mol這個(gè)單位只能用于微觀粒子,不能用于宏觀事物。
比如:步哥的人生理想是擁有1mol女朋友。但是由于“女朋友”這種東西(哦,不對(duì),女朋友不是東西)是宏觀事物,不是微觀粒子,所以不能說(shuō)1mol女朋友。這屬于單位搭配不當(dāng)。
這類(lèi)似于詞匯搭配不當(dāng)。比如,把“步哥有一個(gè)女朋友”,說(shuō)成“步哥有一只女朋友”?!爸弧焙汀芭笥选边@就屬于搭配不當(dāng)?!爸弧币话阌脕?lái)形容動(dòng)物,比如 “步哥有一只母老虎”。。。
第二個(gè)boss:物質(zhì)的量
關(guān)卡一:物質(zhì)的量到底是個(gè)什么鬼?(物質(zhì)的量的概念)
同樣,先類(lèi)比,我們知道:
12瓶可樂(lè)為1打可樂(lè)
24瓶可樂(lè)是2打可樂(lè)
36瓶可樂(lè)是3打可樂(lè)
我們現(xiàn)在知道:
6.02×10的23次方個(gè)氫離子,是1mol氫離子。那么,2×6.02×10的23次方個(gè)氫離子,是幾摩爾氫離子呢?是2 mol氫離子。這就像,12瓶可樂(lè)是1打可樂(lè);2×12瓶可樂(lè),就是兩打可樂(lè)。
同理:
3×6.02×10的23次方個(gè)氫離子,是3 mol氫離子。
4×6.02×10的23次方個(gè)氫離子,是4 mol氫離子。
一圖勝千言:
這個(gè)1mol,2mol,3mol就是物質(zhì)的量。我們用自己的話(huà)表達(dá)書(shū)中的概念,物質(zhì)的量就是有多少摩爾。(如果不能馬上理解,需要先記住這個(gè)。有時(shí)候需要先記住,后理解)
這就像1打,2打,3打,我們也可以把他定義為”打數(shù)“,也就是飲料有幾打。
(竊以為物質(zhì)的量這個(gè)稱(chēng)呼非常糟糕,不如稱(chēng)呼為“摩爾數(shù)”,就是有幾摩爾。)
關(guān)卡二:物質(zhì)的量的計(jì)算
如何計(jì)算一堆粒子的物質(zhì)的量?(即,如何計(jì)算一堆粒子是幾mol粒子?)
類(lèi)比,我們知道:
12瓶飲料為1打
24瓶飲料是2打
36瓶飲料是3打
100瓶飲料,是100/12 打
要得出一堆飲料有幾打,只需要把飲料的瓶數(shù)(12,24,36,100)除以12。
用公式表示:打數(shù)(有幾打) = 飲料瓶數(shù)/12
我們知道
6.02×10的23次方個(gè)氫離子,是1mol氫離子。
2×6.02×10的23次方個(gè)氫離子,是2 mol氫離子。
3×6.02×10的23次方個(gè)氫離子,是3 mol氫離子。
要計(jì)算一堆粒子有幾mol粒子(即求一堆粒子的物質(zhì)的量),只需要把粒子的個(gè)數(shù)除以6.02×10的23次方,如,
用公式表示:物質(zhì)的量(有幾mol) = 粒子數(shù)×10的23次方
換成符號(hào)語(yǔ)言就是:
其中,n為物質(zhì)的量,N為粒子的個(gè)數(shù),NA為阿伏伽德羅常數(shù)。
注:對(duì)于阿伏加德羅常數(shù)的單位為什么是mol的-1次方,這部分知識(shí)不需要了解。不過(guò)本文后面有分析,感興趣的同學(xué)可去往關(guān)卡三。
現(xiàn)在,我們回過(guò)頭來(lái)看一下課本對(duì)物質(zhì)的量的介紹。課本上說(shuō),物質(zhì)的量表示含有一定數(shù)目的 粒子的集合體,單位是mol。
現(xiàn)在我們自己可以舉出例子來(lái)了:比如有一堆C12原子(粒子結(jié)合體),有5×6.02×10的23次方個(gè)(一定數(shù)目)C12原子,它有5mol。
一圖勝千言
圖注:5mol,即為這一堆C12的物質(zhì)的量
說(shuō)明:關(guān)卡三的內(nèi)容可以不用了解,感興趣的同學(xué)建議閱讀。如果你思考過(guò)這個(gè)問(wèn)題,那么恭喜你,你是一個(gè)喜歡思考的人。
關(guān)卡三:為什么阿伏伽德羅常數(shù)的單位是mol的負(fù)一次方?
老手藝,先類(lèi)比。我們知道,飲料瓶數(shù) 除以 12 = 打數(shù):
如,
但實(shí)際上,等號(hào)兩邊的單位是不一致的。更準(zhǔn)確的說(shuō)法應(yīng)該是:飲料瓶數(shù)除以12瓶每打= 打數(shù),即
這樣等號(hào)兩邊的單位就相等了。
同理,粒子數(shù) ÷ 6.02×10的23次方= 物質(zhì)的量(也就是有多少摩爾)
如,2x6.02x10的23次方個(gè)氫離子,為2mol氫離子:
但兩邊的單位不相等,左邊的單位是個(gè),右邊是mol。
實(shí)際上,更準(zhǔn)確的說(shuō)應(yīng)該是粒子數(shù)除以6.02×10的23次方個(gè)每mol,即
這樣,兩邊單位就一致了。
我們看分母:6.02×10的23次方(個(gè)/mol)=6.02×10的23次方(個(gè)×mol的-1次方),由于“個(gè)”不是國(guó)際單位,視為“1”(這屬于補(bǔ)充知識(shí)。至于“為什么科學(xué)中不使用單位「?jìng)€(gè)」?”,高中生不用掌握,感興趣的同學(xué)可以去知乎搜索這個(gè)問(wèn)題)
于是上式分母也就變成了6.02×10的23次方 mol的負(fù)一次方,而這個(gè)分母就是阿伏伽德羅常數(shù),符號(hào)是NA。
用符號(hào)語(yǔ)言表示:
由于”個(gè)“不是國(guó)際單位,把”個(gè)“化為”1“
全部換成符號(hào),得:
關(guān)卡四 如何理解“物質(zhì)的量是連接微觀與宏觀的橋梁”?
要理解這句話(huà),我們需要先掌握如下知識(shí):1mol任何粒子的質(zhì)量 = 這個(gè)粒子的原子量或分子量(克)(這個(gè)結(jié)論很重要,需要先記住后理解。至于為什么是這樣,關(guān)卡五有解讀)
比如1mol碳12原子的質(zhì)量=12克,1mol氧原子的質(zhì)量=16克,1mol氧分子的質(zhì)量 =32克。
為什么說(shuō)物質(zhì)的量是連接微觀與宏觀的橋梁?
所謂在宏觀和微觀之間建立聯(lián)系,是什么意思呢?
我們看一個(gè)例子:假設(shè)我們?nèi)粘:人谋乇杏?60g水(如一個(gè)360ml的保溫杯裝滿(mǎn)4攝氏度的純水就是360g),這里面有多少水分子呢?有20×6.02×10的23次方個(gè)水分子,或者說(shuō)有20mol
水分子是微觀的,一杯水,360g都是宏觀的(g是我們?nèi)粘I钪惺褂玫膯挝?,跟極小的微觀粒子相比較,“克是宏觀的。)。他們是通過(guò)20×6.02×10的23次方或者20mol聯(lián)系起來(lái)的。20mol就是水分子的物質(zhì)的量。
一圖勝千言,請(qǐng)看下圖:
圖注:水分子是微觀,單位“克”和一杯水是宏觀
說(shuō)明:關(guān)卡五的內(nèi)容可以不用了解,高考也不會(huì)考?;A(chǔ)好,又有鉆研精神的同學(xué),建議閱讀。目前基礎(chǔ)不太牢固的同學(xué),可以等將來(lái)基礎(chǔ)更牢固之后,再來(lái)閱讀。我們要永遠(yuǎn)只設(shè)置適當(dāng)?shù)摹疤惶本湍軌虻弥哪繕?biāo)。
關(guān)卡五 為什么規(guī)定的是6.02×10的23次方這個(gè)數(shù),而不是其他數(shù)?(不用了解)
這部分你需要先具備如下基礎(chǔ)知識(shí):關(guān)于原子量和分子量的知識(shí),如,
H離子的原子量(即相對(duì)原子質(zhì)量)是1
C12原子的原子量是12
O原子的原子量是16
氧分子的原子量是32
再?gòu)?qiáng)調(diào)一遍,這部分有些同學(xué)讀的時(shí)候可能不能馬上讀懂,沒(méi)關(guān)系,這部分不是那么重要。
為什么規(guī)定的是6.02×10的23次方這個(gè)數(shù),而不是其他數(shù)?
簡(jiǎn)單的講,是因?yàn)榭茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)1g質(zhì)子(氫離子)中有6.02×10的23次方個(gè)質(zhì)子(這里需要一個(gè)補(bǔ)充知識(shí):一個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量為1.672621637×10的24次方克,×6.02×10的23次方個(gè) = 1克)。
于是科學(xué)家規(guī)定6.02×10的23方個(gè)為1mol。之所以規(guī)定6.02×10的23次方個(gè)為1mol,而不是規(guī)定其他的數(shù),是因?yàn)檫@樣規(guī)定有一個(gè)巨大的好處,那就是:規(guī)定6.02×10的23方個(gè)為1mol,那么1mol任何粒子的質(zhì)量=這個(gè)粒子的原子量分子量(克)(比如1mol碳12原子的質(zhì)量=12克,1mol氧原子的質(zhì)量=16克,1mol氧分子的質(zhì)量 =32克)
好的,整理一下思路?,F(xiàn)在我們已知的是:①科學(xué)家發(fā)現(xiàn)1g質(zhì)子(氫離子)中有6.02×10的23次方個(gè)質(zhì)子 ②科學(xué)家規(guī)定6.02×10的23方個(gè)為1mol 。顯然1mol質(zhì)子的質(zhì)量就是1g。
我們需要根據(jù)這些已知信息推出如下結(jié)論:1mol任何粒子的質(zhì)量=這個(gè)粒子的原子量分子量(克)
為什么呢?我們以1mol碳12原子為例。
我們現(xiàn)在的已知條件是:①1mol質(zhì)子的質(zhì)量=1g ②1mol = 6.02×10的23方個(gè)。
我們需要推出的結(jié)論是:1mol碳12原子的質(zhì)量 = 12g(12即為C12原子的原子量)
好的,我們現(xiàn)在已知1mol質(zhì)子有1g,那么1mol碳12原子有幾克呢?我們可以這樣理解:因?yàn)?個(gè)碳原子里面有12個(gè)質(zhì)子中子,所以1個(gè)碳原子的質(zhì)量相當(dāng)于12個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量(質(zhì)子和中子的質(zhì)量看作相等。12即相對(duì)原子量),所以1mol碳12原子的質(zhì)量是1mol質(zhì)子質(zhì)量的12倍。又因?yàn)?mol質(zhì)子的質(zhì)量是1g,所以1mol碳12原子的質(zhì)量是12g
一圖勝千言:
圖中分子為1mol碳12原子的質(zhì)量,分母為1mol質(zhì)子的質(zhì)量(即,1克),分子與分母的比值即為碳12原子的相對(duì)原子量。把分母乘到右邊,即得出我們y要推出的結(jié)論:1mol碳12原子的質(zhì)量 = 12(原子量) × 1mol質(zhì)子的質(zhì)量(即,1g)= 12g
我們把圖中C12原子換成任何其他的原子就能得出:1mol任何原子的質(zhì)量等于這個(gè)原子的原子量(克),分子也是同樣的道理。
第三個(gè)boss 摩爾質(zhì)量
類(lèi)比:我們知道,單位體積的質(zhì)量,為密度密度
密度的關(guān)鍵性質(zhì)是:同一物質(zhì)的密度具有穩(wěn)定性,不隨質(zhì)量和體積的變化而變化。比如,我女朋友的24K大金鏈子和她的24k的金戒指,雖然質(zhì)量和體積不同,但是密度是相同的。
理解了密度的這個(gè)關(guān)鍵性質(zhì),我們就能秒懂這個(gè)概念。
類(lèi)似的,單位mol微粒的質(zhì)量,就是這個(gè)微粒的摩爾質(zhì)量。
(看單位,左右兩邊,單位一致)
比如我們知道1mol氫離子的質(zhì)量是1g,所以氫離子的摩爾質(zhì)量就是1g/mol,即
我們知道2mol氫離子的質(zhì)量是2g(就像假如1打可樂(lè)的質(zhì)量是12斤,那么兩打可樂(lè)的質(zhì)量就是24斤),見(jiàn)下圖:
所以由“2g氫離子為2mol氫離子”,我們可以得出氫離子的摩爾質(zhì)量:
無(wú)論是1g氫離子,還是2g氫離子,無(wú)論是1mol氫離子還是2mol氫離子,氫離子的摩爾質(zhì)量始終不變,為1g/mol。
可見(jiàn)同一粒子的摩爾質(zhì)量也具有穩(wěn)定性,即使質(zhì)量和物質(zhì)的量在變,但摩爾質(zhì)量不變。正如同一物質(zhì)的密度保持不變,也正如我對(duì)我女朋友的心,永遠(yuǎn)不變。
同一物質(zhì)的密度相同,但不同物質(zhì)的密度不同。如,我女朋友的大金戒指比我的草編戒指密度大很多:
同樣,不同粒子的摩爾質(zhì)量也不同。那么,如何計(jì)算某種粒子的摩爾質(zhì)量呢?
由于我們知道 1mol任何粒子的質(zhì)量等于該粒子的原子量(或分子量)(克),所以:
所以,任何粒子摩爾質(zhì)量的數(shù)值=這個(gè)粒子的原子量或分子量的數(shù)值。如,1mol氧分子有32g,所以氧分子的摩爾質(zhì)量 = 32g ÷ 1mol =32g/mol。
回顧一下:
我們通過(guò)密度這個(gè)概念來(lái)類(lèi)比一個(gè)新的概念:摩爾質(zhì)量。得出摩爾質(zhì)量的概念為單位Mol粒子的質(zhì)量,計(jì)算公式為:
用符號(hào)表示就是:
我們抓住摩爾質(zhì)量的關(guān)鍵性質(zhì)(具有穩(wěn)定性),從而深入理解了摩爾質(zhì)量這一概念的本質(zhì)。
很遺憾,教材中沒(méi)有明確地指出摩爾質(zhì)量的這個(gè)性質(zhì),也沒(méi)有去用密度來(lái)類(lèi)比。所以教材就顯得難以理解。
第四個(gè)boss:摩爾體積
這部分知識(shí),課本上已經(jīng)講得非常清楚了,不難理解和想象,沒(méi)有理解的同學(xué),可以再讀一遍教材,為了更直觀地理解,我補(bǔ)充一張示意圖:
示意圖:
圖注:圖中,兩個(gè)框的體積都是24.4L。
未完待續(xù),歡迎在評(píng)論區(qū)給步哥留言。
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