爱特精英化学小课堂——物质的量（Moles）

写在前面

之前我们介绍过英国的IGCSE-Alevel课程体系，在这个体系中，学生会通过四年的学习完成高中的学业。中国的高中学制是三年，不过对于化学学科而言，我们不妨将初三年级的化学一起加进去，因为IGCSE化学和初三化学两者针对的对象基本都是基本没有化学学习基础的学生。那么这样一来，实际上正经学习化学的时间都可以确定为四年。

当然，在IGCSE课程体系中，学生完全是可以不选化学的，不过我们这里讨论的是化学知识体系的对比，所以我们就不讨论不学习化学的情况了。IGCSE的两年可以对应化学学习的初级阶段，A-level则对应高级阶段。在我国现行的体系中，基本上初三和高一都是必修化学的，也可以视作初级阶段，高二开始选修后的化学可以看做高级阶段。初级阶段有点像通识教育，高级阶段则是为了将来的学习做好准备。

有一点也不得不说的是中国高中学习时间理论上是三年，实际上只有两年，高三一整年都是在不停复习准备考试，初三年级的最后几个月也是如此。说实话

化学定量的基础——物质的量（Moles）

十八世纪伟大的法国化学家拉瓦锡发现了质量守恒定律，从而把定量分析引入化学学科之中，开启了化学的新时代，使得化学学科的研究和应用迈上了一个新的台阶，把拉瓦锡看作是近现代化学学科的奠基人也不为过。化学中的定量分析是化学学习中非常重要的一部分，我们中学阶段学习的化学反映方程式、相对分子质量、物质的量等等都是其中非常基础的部分，我们这里要谈的就是物质的量。作为国际上规定的七大基本物理量之一，物质的量的基础地位可见一斑。

顺便说一下，2018年的国际计量大会上我们经历了一次物质的量的重新定义，在以前，物质的量定义为：0.012kgC-12原子所含有的原子的数量，2018年修改之后，这个定义改为：包含6.022 140 76×1023个基本物质的物质的量。修改后的定义直接以阿伏伽德罗常数（NA）来定义了1mol，更加突出了物质的量其实就是数量这一本质。

中学阶段关于物质的量（Moles）的计算要求

中学阶段对于物质的量的计算要求基本上可以分为四个部分：数量（N）、质量（m）、体积（V）和浓度（c）。其中数量和质量可针对于所有物质，而体积仅针对气体（此处应有理想气体方程），而浓度针对溶液。物质的量就像桥梁一样，可以架接起这些物理量之间的练习。例如由质量可以求数量，由气体体积可以求质量等等。

对于物质的量计算的要求，可以说中国课程和英国课程的区别不大，基本要求是一致的。

英国课程体系对于物质的量的要求

在IGCSE 阶段，课程的要求是能够通过摩尔质量（molarmass）这一桥梁，计算质量与物质的量的关系；通过常温常压（RTP）的气体摩尔体积，计算气体体积与物质的量的关系；通过物质的量浓度的定义，求解溶液浓度和溶质的物质的量的关系。稍微难一点的要求就是要通过配平反应方程式中物质的系数之比进行滴定的一些计算。

在A-level阶段，会有针对数量和物质的量的关系的计算，比如计算1g钻石里面碳原子的个数。此外在气体体积方面会引入理想气体的定义和理想气体方程做相应的计算，要求在标准状况（STP）和常温常压（RTP）下分别用不同的摩尔体积进行计算。关于滴定分析这部分设置的情境会更加复杂一下，可能加入氧化还原反应的计算，但总体要求不比IGCSE高多少。

中国课程体系对于物质的量的要求

在国内初三的课程中，物质的量这一点就没有出现，这一点就让人觉得有点迷。我们初三的整个化学计算部分的内容，不管是浓度还是化学方程式中的计算，基于的是质量之间的关系，这一点固然与质量守恒定律是相呼应的，也有助于学生对于质量守恒定律的理解。但是，学生在初三一年花费大量的时间在这些计算技能的运用，这种能力一方面在后续的学习中基本用不上，因为高中开始所有的计算都是基于物质的量的计算，另一方面也不利于学生真正理解化学反应中的计量数的含义。缺少了物质的量这一工具，会把一些简单的问题复杂化，而在人为的难度制造中去反复训练基于质量的计算，我认为是完全没有必要的。我们一直说国内中学学生的数学计算能力是强于英国学生的，我们完全可以在初中就引入这一概念并进行考查，让学生一开始就把思维起点建立在物质的量之上。

在高中的学习中，物质的量占比相对于初三就是一个质的飞越，这导致很多习惯了基于质量运算的同学一时难以转变，这个困难我认为是人为造成的，也是非常没有必要的。

在高中的学习中对于物质的量与数量、质量、浓度、体积也都提出了相应的要求。要求的计算难度也比A-level中要求的难度要高。化学平衡的平衡常数、反应的焓变等等都需要站在物质的量的角度去进行思考。有一些不太完备的地方在于理想气体和摩尔体积这部分。在高中化学的学习中，摩尔体积这部分内容其实是理想气体方程的一个推论，但是高中的课本中既没有明确给出理想气体的一些假设，也没有直接给出理想气体方程，这就使得摩尔体积实在有些尴尬。在实际的教学中，大多数老师会给出理想气体方程作为补充内容，但并没有给出理想气体的额几条假设，这就使得学生在理解的时候会有一些困难。

中英课程要求对比

总的来说，在知识的完整度上，英国体系会更加丰满一些，会把这部分的内容讲得比较详细，这样就能在各个知识点上对学生考查。国内的课程在初三没有引入物质的量不得不说是一个遗憾，把大量的时间花在了之后用处并不大的质量关系计算上，人为抬高了计算的门槛，实际意义不大。高中的计算要求是达到了，这一点是相当不错的，需要维持一定的难度，但是在理想气体的处理上不是特别合适，这边完全可以把理想气体假设和丽霞盖提方程提出来，作为一个正式的考点，不仅利于学生加深理解，其中的抽象思维也有利于学生今后的学习。

整体而言，给人的感觉是中文的课程体系中有很多语焉不详和完全不必要的东西，导致考点较少而只能往更深的地方去挖掘，这些挖掘出来的东西给学生的提升却比较少，这个问题不仅出现在物质的量上，之后的很多知识点也有这样的问题，我们会不断地提到。

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