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1、【暑假起跑线】2021年初升高化学教材知识衔接讲义第11讲物质的量与阿伏加德罗常数新的基本物理量教材分析初中教材要求高中教材要求在初中化学中，只要求学生从质量(托盘天平)、体积(量筒)宏观层面对物质及其变化进行定量化研究。在高中化学中，将借助一种新的基本物理量，架起质量、体积等宏观物理量与原子、分子、离子等微观粒子间的联系桥梁，从而更简洁地对物质及其变化进行定量化研究。用质量、体积等物理量来计量物质的轻重和大小，对你来说已是非常熟悉的事情了。当知道了物质是由大量肉眼无法分辨的分子、原子或离子构成之后，你是否想过一定质量或一定体积的物质究竟含有多少个微粒呢？怎样才能既了解物质的宏观量(如质量、体
2、积)，同时又知道它们所含微观粒子的数量呢？为此，科学界引入了一个新的物理量物质的量，物质的量是国际单位制中七个基本物理量之一，在认识物质的量之前，让我们一起来回忆一下常见的国际基本物理量长度和质量。1关于长度长度是国际单位制(SI)中的七个基本物理量之一，符号l，长度是一维空间的度量，长度和宽度代表二维空间的两种方向的度量，长度、宽度和高度代表三维空间的三种方向的度量。国际单位制的长度单位“米”(meter)起源于法国，1790年5月由法国科学家组成的特别委员会，建议以通过巴黎的地球子午线全长的四千万分之一作为长度单位米，1791年获法国国会批准。为了制造出表征米的量值的基准器，在法国天文学家
3、捷梁布尔和密伸的领导下，于17921799年，对法国敦克尔克至西班牙的巴塞罗那进行了测量。1799年根据测量结果制成一根3.5毫米25毫米短形截面的铂杆(platinum meter bar)，以此杆两端之间的距离定为1米，并交法国档案局保管，所以也称为“档案米”，这就是最早的米定义。1889年的第一界国际计量大会确定“米原器”为国际长度基准，它规定1米就是米原器，世界上最有权威的“米原器”是第六号米原器，以铂铱合金制造出的三十一支中只有它在0 时的长度最理想，并以花体字母表示，现保存于法国国际计量局，其余三十支分发给各米制公约国。米原器的精度可以达到0.1微米，也就是千万分之一米，可以说够精
4、确的了。在1960年召开的第十一界国际计量大会上，各国代表一致通过决议，废除了米原器，理由是它既不方便，也不准确。重新规定了新的“米”标准，它就是氪86同位素(质子数为36、中子数为50的稀有气体元素的一种原子)灯在规定条件下发出的橙黄色光在真空中的波长。用光当尺既方便又准确，用氪86当尺，精确度可以达到 0.001微米，大约相当于一根头发直径的十万分之一。世界各地都可以制造氪灯，不必去国际计量局核对米尺了。激光出现以后，氪灯又逊色多了。用激光的波长当尺，从理论上推算，可以比氪86同位素灯准确100万倍。1969年用激光测量地球和月球之间的距离，长达38万多千米，误差只有几米。激光是一把上天下
5、海的好尺子，用起来得心应手，精巧准确。所以1983年10月，联合国度量组织在巴黎举行会议，规定了新的“米”定义，即把光在真空中299 792 458分之一秒所走的距离定为一个标准米。近几年来，各种激光尺已经相继问世，如激光比长仪、激光二坐标仪等等。2关于质量一切物体都是由物质组成的，组成物体的物质有多有少，物理中把物体所含物质的多少称为质量，用字母m表示。从字面上看，“质量”中的“质”指的是物质，“量”即数量多少，合起来就是指物质的多少，质量不随物体的形状、状态以及位置的改变而改变，质量是国际单位制中的七个基本物理量之一。为了用数字精确描述物体的质量，人们就规定出了一个参考值，最初规定在4 时
6、1立方分米纯水的质量为1千克；后来又用铂铱合金(10%Ir加90%Pt)制成一个高度和直径都是39毫米的圆柱体代替，在1889年国际计量大会上被批准为国际千克原器(如图所示)，现今仍保存在巴黎的国际计量局总部。根据国际千克原器制成了各种精度的磅秤、杆秤、电子秤、电子天平等，人们直接用这些测量工具就可知道物质的质量。国际单位制中质量的单位是千克，符号是kg。常用的质量单位还有吨(t)、克(g)、毫克(mg)等。长度和质量是我们认识和使用最早的两种基本物理量，一个独立的基本物理量，只有确定好以下内容才能真正表示物体的定量信息。想一想1.完成下列表格，体会“基本物理量”的概念要点。基本物理量物理量符
7、号单位名称单位符号长度质量除长度和质量外，时间、电流、热力学温度、物质的量和发光强度也属于基本物理量，它们合称为国际单位制的七个基本物理量(又称基本量)，其他物理量均可以由这七个基本量通过乘、除、微分或积分等数学运算导出，又称为导出物理量(简称为导出量)，如重力、电压、密度等。在七个基本物理量中，“物质的量”(amount of substance)和化学关系最密切，利用“物质的量”可以将宏观物质与微观粒子数之间形成联系，真正开创化学的定量研究。在国际单位制中对“物质的量”进行了如下规定：基本物理量物理量符号单位名称单位符号衡量基准物质的量n摩尔mol12克C12中所含原子数(又称阿伏加德罗常
8、数，简写为NA)其中，摩尔起源于希腊文mole，原意为“堆量”。要真正认识物质的量，关键是理解其“衡量基准”，也就是正确把握阿伏加德罗常数(Avogadros constant、符号为NA)。12克C12(化学文献中更多的表示成12C)中所含原子数一般被称为阿伏加德罗常数，阿伏加德罗常数是物理学和化学中的一个重要常数，阿伏加德罗常数因阿伏加德罗(最早提出分子概念的意大利物理学家)得名。历史上，将C12选为参考物质是因为它的相对原子量可以测量的相当精确，不同测量技术会得到不同精确度的常数，在1986年该常数被修订为6.022 136 71023，这个数值还会随着测定技术的发展而改变，一般计算时习
9、惯取6.021023。“阿伏加德罗常数”是物质的量的衡量基准，也就是每摩尔的定量标准。任何含有阿伏加德罗常数个微粒的物质，其物质的量就是1 mol。但不能说含有6.021023个微粒就是1 mol，任何在定义中引用实验测得的数据是不妥当的，不要在概念中简单地以“6.021023”来代替“阿伏加德罗常数”。反过来，我们还可以把每摩尔物质含有的微粒数定为阿伏加德罗常数，同样不能说每摩尔物质含有6.021023个微粒。NA与6.021023间的关系尤如数学圆周率与3.14间的关系。从中还可以看出，阿伏加德罗常数并不是一个纯数值，其单位是“个/mol”，习惯上省略“个”直接写成“/mol”，但实际使用
10、中一般全部省略。阿伏加德罗常数到底有多大？让我们来认识一下6.021023这个约数。假如将6.021023个一元硬币排起来，可来回地球和太阳间400亿次之多。6.021023颗米粒约重1.5051019千克，若人均每年消耗500千克，可供地球上60亿人用500万年。这些事实告诉我们，阿伏加德罗常数不能用来描述宏观物质，即使是很小的颗粒也不行，它只能用来定量表示原子、分子、离子、电子及其他微粒，或这些微粒的特定组合。由此可见，mol只能用来表示微粒，而不能表示宏观物质，通常人们喜欢直接用化学式符号跟在mol之后来表示对应的微粒，如1 mol H2O、2 mol Na、3 mol Na依次表示1
11、mol的水分子、2 mol的钠原子、3 mol的钠离子。不能出现“1 mol水、2 mol芝麻”等表达，前者不能明确表达水分子，有表达宏观水之歧义；后者为宏观物质，不能用mol来表达。想一想2.有关物质的量的表达是否正确？不对的请说明理由。A1 mol氧B1 mol OC2 mol氢分子D3 mol水 E0.5 mol黄豆 F1 mol电子想一想3.完成下列表格，认清“阿伏加德罗常数”的基本特征。符号定义精确值近似值单位NA“个/mol” 或“/mol”想一想4.用“mol”表征“物质的量”的表达形式是_。想一想5.先按要求填空，后整理出物质的量n与微粒个数N间的函数关系。A含2NA个H2的氢
12、气的物质的量是_；B含2NA个H的氢气的物质的量是_；C含NA个H的氢气的物质的量是_；D含2NA个H的水的物质的量是_；E1 mol O2中氧分子的数目是_；F3 mol O2中含有氧分子的数目是_；G1 mol H2O中水分子的数目是_；H2 mol H2O中含有氢原子的数目是_。想一想6.能表达“微粒数(N)与物质的量(n)”关系的函数是_。(满分50分限时30 min)一、选择题(本题包括10小题，每小题4分，共40分，每题有12个正确答案，全对得4分，不全对得2分)1物质的量的符号是()AN BNACn Dmol2摩尔是表示()A物质的量的多少 B6.021023个微粒C物质的量的单
13、位 D物质的质量单位3阿伏加德罗常数是()A1 mol任何粒子的粒子数B6.021023个粒子C12 g 12C所含的碳原子数D12 g C所含的碳原子数4下列叙述中正确的是()A1 mol任何纯净物都含有相同的原子数B1 mol O2中约含有6.021023个氧分子C1 mol H2中含有2 mol H和2 mol电子D阿伏加德罗常数就是6.021023mol15下列叙述中正确的是()A1 mol氧 B2 mol分子氧C3 mol O2 D1 000 mol e61.5051022个OH的物质的量为()A0.5 mol B0.04 molC0.25 mol D0.025 mol7在0.3 m
14、ol NO2中，含有的原子数为()A0.3 B0.3NA C0.6NA D0.9NA 8一定质量的氧气分子中含有16 mol电子，则这些氧气分子的物质的量是()A1 mol B16 mol C2 mol D1.6 mol9一定质量的H2O2分子中含有36 mol电子，则这些H2O2分子的物质的量是()A1 mol B16 mol C2 mol D1.6 mol100.25 mol H2O中含有x个水分子可用含x的函数来表达阿伏加德罗常数，它是()Ax/4 B4x Cx D1/4x二、填空题(每空0.5分)11用NA表示阿伏加德罗常数的数值，按要求完成下列填空。(1)1 mol O2中含有_个氧
15、气分子，含有_个氧原子。(2)0.5 mol H2O中含有_个水分子，含有_个原子。(3)6 mol NO和_mol NO2所含原子数相等，与1 mol CO2所含电子数相等的H2的物质的量是_mol,6 mol H2O与_mol NH3所含氢原子数相等，1 mol HCl与_mol CH4所含电子数相等。(4)1个CO2分子含有_个电子，1 mol CO2含有_mol e，_个e。(5)1个H2O分子含有_个原子，2 mol H2O含有_mol e，_个e。(6)1.2041024个水分子的物质的量是_。1 mol H2SO4中氧原子数为_。(7)某硫酸钠溶液中含有3.011022个Na，则
16、该溶液中SO的物质的量是_，Na的物质的量是_。(8)1 mol NaCl中氯离子数为_，离子总数为_。答案精析想一想1.(从左到右，从上到下)l米mm千克kg想一想2.表达正确的有B、C和F，C中改成2 mol H2更规范。A中“氧”指代不明，D中“水”为宏观物质，E中“黄豆”为宏观物质。想一想3.12克C12中所含原子数NA6.021023想一想4.“xmol化学式”如1 mol O,1.5 mol H2O。想一想5.A.2 molB1 molC0.5 molD1 molENAF3NAGNAH4NA想一想6.NnNA限时作业1CN表示微粒数，NA表示阿伏加德罗常数，mol是物质的量的单位。
17、2C3.C4BCA中每种纯净物组成情况不一样，所以原子数不一定相同，如1 mol的O2和1 mol O3，A错；不能用NA的近似值来定义阿伏加德罗常数，描述概念一定要用精确表达。5CD6Dn (1.5051022)/6.021023 mol0.025 mol。7D每个NO2分子含有3个原子，0.3 mol NO2含有的原子数为0.33NA0.9NA，注意求微粒数目时要用物质的量乘以NA。8A1 mol O2含有16 mol电子，所以含16 mol电子的O2是1 mol。9C1 mol H2O2含有18 mol电子，含36 mol电子的H2O2是2 mol。10B0.25 mol含有分子数0.25NA，即0.25NAx，NA4x。11(1)NA2NA(2)0.5NA1.5NA(3)411418(4)222222NA(5)32020NA (6)2 mol4NA(7)0.025 mol 005 mol(8)NA2NA