2023-2024學年蘇教版新教材選擇性必修二 專題1第二單元 物質結構研究的范式與方法 學案

第二單元物質結構研究的范式與方法學習目標課程標準學業(yè)評價認識物質的空間結構可以借助某些實驗手段來測定,通過這些手段所獲得的信息為建立物質結構模型或相關理論解釋提供支撐。知道原子光譜、分子光譜、晶體X射線等是測定物質結構的基本方法和實驗手段。1.認識物質結構研究的兩種范式及其相互關系。2.能舉例說明科學假說和論證、實驗方法、模型方法等在物質結構研究中所起的重要作用。3.能描述現(xiàn)代儀器和手段為測定物質結構、建立相關理論作出的重要貢獻。4.初步學會從宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認知等角度解決化學問題。素養(yǎng)解讀:1.宏觀辨識與微觀探析:從不同層次認識物質的多樣性以及研究物質性質的復雜性,能從宏觀和微觀相結合的視角分析與解決實際問題。2.證據(jù)推理與模型認知:通過認識研究物質結構的不同方法,形成觀點、證據(jù)和結論之間的邏輯聯(lián)系,建立認知模型,并能用模型解決實際化學問題。知識點一物質結構研究的范式知識梳理1.歸納范式:其過程為“由個別到一般”。根據(jù)事實進行概括歸納,抽象出共同點,上升為本質規(guī)律。例如:(1)從甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)等的分子式中歸納出飽和烷烴的碳鏈結構及其分子通式CnH2n+2。(2)通過書寫1～20號元素的原子核外電子排布來認識前20號元素對應原子結構的不同,從中歸納出元素核外電子排布的規(guī)律,并從結構上解釋了同族元素性質相似的原因。(3)研究不飽和烴的結構特征,歸納得出不飽和烴的通性。2.演繹范式:其過程通常為“從一般到個別”。從某個一般結論出發(fā),向從屬于這一結論的多個要素進行推理的過程。例如:(1)在元素理論的指導下,人們發(fā)現(xiàn)了鎵、鉈、鍺等元素。(2)根據(jù)元素周期律和微粒間作用力的特征,預測物質可能具有的某些性質。(3)預測物質的溶解性——“相似相溶規(guī)則”。[想一想]為什么乙醇、乙酸能與水互溶,而相對分子質量相差不大的C3H8卻難溶于水?提示:乙醇、乙酸與水分子的極性相似,且均含有—OH,可通過氫鍵和水結合,在水中溶解度大,而C3H8極性較小,難以和水形成氫鍵,在水中溶解度很小。

歸納與演繹的關系

在化學研究中歸納和演繹往往并用、配合或交替。

從化學研究的途徑來看歸納和演繹的使用,一般為先歸納、后演繹。人們往往根據(jù)自己的研究目標,依據(jù)一定的理論基礎,設計并進行實驗;再從實驗數(shù)據(jù)或現(xiàn)象中得出假說;通過實驗或理論證明假說正確與否,使之上升為新的理論;最后使用新理論指導實驗,獲得新的結論。

歸納需要演繹作指導,以解決歸納研究的目的性、方向性和結果的正確性問題;演繹需要歸納提供前提。在演繹的指導下歸納,在歸納的基礎上演繹,兩者互相聯(lián)系、互為前提。在實際的化學研究中,研究的具體對象千差萬別,使得歸納和演繹的關系也更為復雜,往往需要歸納和演繹的串聯(lián)、交叉運用,還有與其他邏輯方法的并用或交替使用。1.已知下列原子的半徑:原子NSOSi半徑r/(×10-10m0.751.020.731.11根據(jù)以上數(shù)據(jù),P原子的半徑可能是(A)A.1.10×10-10m B.0.80×10C.1.20×10-10m C.0.70×10解析:根據(jù)原子半徑的變化規(guī)律應為r(Si)>r(P)>r(S),故選A。2.某實驗小組以H2O2分解為例,研究濃度、催化劑、溫度對反應快慢的影響。按照如下方案完成實驗。實驗反應物催化劑溫度①10mL10%H2O2溶液無25②10mL20%H2O2溶液無25③10mL20%H2O2溶液無40④10mL20%H2O2溶液1～2滴0.1mol·L-1FeCl3溶液40通過實驗得到氧氣的體積與時間的關系如圖所示?；卮鹣铝袉栴}:(1)代表實驗①的圖示是。(2)對比實驗③和④的目的是。(3)通過上面對比實驗,所得出的實驗結論是。解析:(1)反應溫度越高,使用合適的催化劑,反應物濃度越大,反應越快,實驗①中H2O2溶液的濃度最小,沒有使用催化劑,溫度為25℃,則在實驗①～④中反應速率最小,圖中斜率越大,反應速率越快,并且①中產生O2的量是②、③、④的一半,則代表實驗①的為Ⅳ(2)實驗③、④中,反應物濃度、反應溫度相同,而實驗④使用了催化劑,所以對比實驗③和④的目的是研究催化劑對反應快慢的影響。(3)根據(jù)實驗①、②可知,增大反應物濃度,反應加快;根據(jù)實驗②、③可知,升高反應溫度,反應加快;根據(jù)實驗③、④可知,使用合適的催化劑,反應加快。通過對比實驗,得出的實驗結論是其他條件不變,增大反應物濃度或升高溫度或加入合適的催化劑,化學反應速率加快。答案:(1)Ⅳ(2)研究催化劑對反應快慢的影響(3)其他條件不變,增大反應物濃度或升高溫度或加入合適的催化劑,化學反應速率加快知識點二物質結構研究的方法知識梳理1.常用的化學研究方法有假設與論證、實驗、模型建構等。2.科學假設和論證研究過程3.實驗方法(1)盧瑟福的α粒子散射實驗,啟迪人們開始用轟擊和對撞的實驗來研究物質的內部結構,為我們提供了一種研究物質微觀結構的思想方法。(2)20世紀中后期,各種光譜和晶體X射線衍射實驗方法應用于研究原子、分子和晶體結構,使得原子和分子的微觀世界不斷被揭示。4.模型方法(1)宏觀模型,即實物模型,有利于人們對事物作出整體認識。(2)微觀結構模型:難以直接觀察到,需要通過思維加工使抽象的微觀世界以可視化的形式展現(xiàn)出來。[想一想]構建模型進行科學研究有什么實際的意義?提示:模型抽取了物質原型的關鍵要素,是對原型的簡化,給人以簡單、清晰的物理圖像和直觀明確的物理含義,對溝通科學現(xiàn)象與其本質的認識過程,起到了重要的橋梁作用。原子結構模型的演變1.道爾頓的近代原子學說英國科學家道爾頓是近代原子學說的創(chuàng)始人。他認為物質由原子構成,原子不能被創(chuàng)造,也不能被毀滅,在化學變化中不可再分割,它們在化學反應中保持本性不變。2.湯姆生的“葡萄干面包式”的原子結構模型他認為原子是由更小的微粒構成的,電子的發(fā)現(xiàn)使人們認識到原子是可以再分的。3.盧瑟福的帶核原子結構模型英國物理學家盧瑟福根據(jù)α粒子散射現(xiàn)象,指出原子是由原子核和核外電子構成的,原子核帶正電荷,它幾乎集中了原子的全部質量,但只占有很小的體積,核外電子帶負電荷,在原子核周圍空間做高速運動。4.玻爾的軌道原子結構模型丹麥物理學家玻爾指出:原子核外電子在原子核外空間內一系列穩(wěn)定的軌道上繞核做高速運動,每個軌道都具有一個確定的能量值;核外電子在這些穩(wěn)定的軌道上運動時,既不放出能量,也不吸收能量。5.電子云模型(現(xiàn)代原子結構學說)現(xiàn)代科學家根據(jù)微觀世界的波粒二象性規(guī)律,提出用量子力學的方法描述核外電子運動。1.人類對原子結構的認識經歷了漫長的歷史階段。其中最有代表性的有道爾頓原子結構模型、湯姆生原子結構模型、盧瑟福原子結構模型和玻爾原子結構模型等。而這些原子結構模型都是建立在一定的實驗研究基礎上的。下列實驗事實與原子結構模型建立的關系正確的是(D)A.電子的發(fā)現(xiàn):道爾頓的原子結構模型B.α粒子散射:玻爾原子結構模型C.氫原子光譜:盧瑟福原子結構模型D.α粒子散射:盧瑟福原子結構模型解析:道爾頓的原子結構模型是道爾頓通過對大氣的物理性質進行研究而提出的;盧瑟福原子結構模型是通過α粒子散射實驗提出的;玻爾原子結構模型是玻爾在牛頓力學的基礎上,吸收了量子論和光子學說的思想建立起來的。2.如圖為原子結構模型的演變圖,其中①為道爾頓原子結構模型,④為近代量子力學原子結構模型。下列排列符合歷史演變順序的一組是(A)A.①③②⑤④ B.①②③④⑤C.①⑤③②④ D.①③⑤④②解析:①是19世紀初,道爾頓提出的原子結構模型;②是盧瑟福1911年提出的帶核原子結構模型;③是湯姆生1904年提出的“葡萄干面包式”原子結構模型;④是近代量子力學原子結構模型;⑤是玻爾1913年提出的電子在一定軌道上運動的原子結構模型。綜上所述,原子結構模型歷史演變順序為①③②⑤④。*揭示原子內部的奧秘,有助于我們理解所處的物質世界。(1)上表中元素f的氫化物的電子式是,此氫化物的熱穩(wěn)定性比元素g的氫化物熱穩(wěn)定性(填“強”或“弱”)。(2)某元素形成的氣態(tài)氫化物中氫的含量是所有氫化物中最高的,該元素形成的化合物種類也最多,該元素是(填編號)。該元素有多種同位素,在理論上和科學上均有重要的應用,寫出其中兩種用途:、。(3)α粒子是(填編號)原子所形成的一種粒子,1909年,盧瑟福等人做了用α粒子轟擊金箔的實驗,從而提出原子結構的行星模型,下列選項中能正確表示這種模型的是(填字母)。(4)古代哲學家們也樹立了不少有關物質構成的觀點。例如,我國戰(zhàn)國時期的惠施認為物質是無限可分的;而同時期的墨子認為如果物質不存在被分割的條件,物質就不能被無限分割。惠施的觀點可用如圖表示:請你用相同的圖示方法表示墨子的觀點:。解析:(1)由元素周期表的結構可知f是硫元素,故硫化氫的電