2023-2024学年苏教版新教材选择性必修二 专题1第二单元 物质结构研究的范式与方法 学案

第二单元物质结构研究的范式与方法[核心素养发展目标]1.认识物质结构研究的两种范式及其相互关系。2.能举例说明科学假说和论证、实验方法、模型方法等在物质结构研究中所起的重要作用。3.能描述现代仪器和手段为测定物质结构、建立相关理论作出的重要贡献。4.初步学会从宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知等角度解决化学问题。一、物质结构研究的范式物质结构研究有两种常见的范式：一是归纳范式，二是演绎范式。1．归纳范式(1)归纳范式的过程：“由个别到一般”。具体而言，根据事实进行概括归纳，抽象出共同点，上升为本质规律。(2)归纳范式的应用①有机物通式的归纳。如链状烷烃的通式为CnH2n＋2，环烷烃的通式为CnH2n。②元素核外电子排布规律的归纳。③有机物通性的归纳。2．演绎范式(1)演绎范式的过程：“从一般到个别”。具体而言，它是从某个一般结论出发，向从属于这一结论的多个要素进行推理的过程。(2)演绎范式的应用①利用元素理论，发现新元素。②根据元素周期律和微粒间作用力的特征，预测物质可能具有的某些性质。③“相似相溶规则”的应用。3．归纳和演绎的关系(1)从科学研究的途径来看，一般为先归纳、后演绎。“实验——假说——理论——新实验”的过程，本质上就是从个别到一般，再到个别的过程。(2)归纳需要演绎作指导，以解决归纳研究的目的性、方向性和结果的正确性问题；演绎需要归纳提供前提。在演绎的指导下归纳，在归纳的基础上演绎，两者互相联系、互为前提。(1)通过归纳得到的结果一定准确(×)(2)假说不一定是科学的，但它具有一般性(√)(3)碱金属的单质从上到下还原性逐渐增强(√)(4)第ⅣA族元素简单氢化物熔、沸点从上到下逐渐增大，第ⅤA族元素简单氢化物的沸点从上到下也逐渐增大(×)1．既可以和酸反应生成盐和水，又可以和碱反应生成盐和水的氧化物称为两性氧化物。TeO2是两性氧化物，试写出TeO2分别和稀硫酸、NaOH溶液反应的离子方程式：________________________________________________________________________。答案TeO2＋4H＋=Te4＋＋2H2O、TeO2＋2OH－=TeO＋H2O2．利用归纳范式得通式。(1)下图为一种无限长单链状结构的多硼酸根，其化学式为____________________(用n表示)。答案[BO2](2)分析下表中各项的排布规律，按此规律排布第26项应为__________。12345C2H4C2H6C2H6OC2H4O2C3H6678910C3H8C3H8OC3H6O2C4H8C4H10答案C8H18解析把它分为4循环，循环顺序为CnH2n、CnH2n＋2、CnH2n＋2O、CnH2nO2，26＝4×6＋2，也就是说第24项为C7H14O2，接着后面就是第25项为C8H16，第26项为C8H18。二、物质结构研究的方法常用的化学研究方法有实验、科学假说和模型建构等方法。1．科学假设和论证科学家研究问题的第一步是观察，运用感官观察物质的宏观表现。在观察的基础上，科学家提出假设，即根据已有知识，对所研究的事物或现象作出初步的解释。它是人们关于某一事物或现象的一种理性推测。苯的“凯库勒式”的发现，是化学史中提出假设、推断和得出推论的典型实例。科学假设和论证研究过程流程图为2．实验方法化学是一门以实验为基础的学科，人们往往需要借助实验观测的事实对假设的正确与否进行检验。(1)卢瑟福的α粒子散射实验，启迪人们开始用轰击和对撞的实验来研究物质的内部结构，为我们提供了一种研究物质微观结构的思想方法。(2)20世纪20年代，量子力学为化学研究提供了分析原子和分子结构的理论基础，极大地推进了物质结构的研究，其实验方法和实验技术均取得很大的进步。3．模型方法科学家需要运用一定的逻辑推理与模型思维对实验结果进行处理。常见的模型有宏观模型和微观结构模型。(1)原子结构模型的演变(2)模型研究的重要功能：利用模型深刻地认识物质的微观结构特点，揭示结构与性质的关系。(1)阴极射线的发现、α粒子散射实验、氢原子光谱的发现和研究，对揭示分子内部结构的奥秘具有极为重要的作用(×)(2)在实验证明假设过程中，如果实验不支持假设，则必须舍弃该假设(×)(3)17世纪发明光学显微镜，能观察分子层次的物质结构(×)(4)20世纪中后期，扫描隧道显微镜、原子力显微镜是研究原子结构的仪器(×)1．在探索微观世界的过程中，科学家们常通过提出假说来把握物质的结构及特点，不断拓展认识的新领域。关于假说，有如下表述，其中正确的是()A．假说是对现实中已知事物或现象的一种简化处理B．假说是根据已知的科学事实和原理对未知领域的事物或现象的本质提出的一种推测C．假说是对一个问题的所有幻想和假定D．假说最终都可以变成科学理论答案B2．原子结构模型经历了五个主要阶段：1803年实心球模型→1904年“葡萄干面包”模型→1911年原子核式结构模型→1913年轨道模型→20世纪初量子力学的原子结构模型。对轨道模型贡献最大的科学家是()A．玻尔 B．汤姆生C．卢瑟福 D．道尔顿答案A3．化学中的模型有助于我们形成化学学科的思想和方法，其中，实物模型是依靠物质的基本形态所做的模仿。下列属于实物模型的是()答案D1．铁60同位素的现身，揭秘了超新星爆炸历史真相。下列说法正确的是()A．铁元素的质量数为60B.Fe的核内质子数比中子数多8C.Fe与Fe的核外电子数相同，属于同一种核素D.Fe与Fe的化学性质相似，互为同位素答案D2．“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，即原子核俘获一个核外电子，核内一个质子变为中子，原子核衰变成一个新核，并且放出一个中微子(其质量小于电子质量且不带电)。若一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”(电子的初动量可不计)，则()A．生成的新核与衰变前的原子核质量数不同B．生成新核的核电荷数增加C．生成的新核与衰变前的原子核互为同位素D．生成的新核与中微子的动量大小相等答案D解析设母核质子数为a，中子数为b，发生衰变后质子数为a－1，中子数为b＋1，质量数仍为a＋b，故A错误；原子核俘获一个核外电子，核内一个质子变为中子，核电荷数减少，故B错误；生成的新核与衰变前的原子核质量数相同，质子数不同，中子数不同，所以根据同位素概念判断不是同位素，故C错误；以静止原子核及被俘获电子为系统，系统动量守恒，系统初动量为零，所以生成的新核与中微子的动量大小相等，方向相反，故D正确。3．请按要求填空：(1)简单原子的原子结构可用下图形象地表示：其中“”表示质子或电子，“”表示中子，则下列有关①②③的叙述正确的是________(填字母，下同)。A．①②③是三种不同的核素B．①②③具有相同的质量数C．①②③互为同位素D．①②③是三种化学性质不同的粒子(2)科学家已发现一种新型氢分子(H3)，在相同条件下，等质量的H3和H2相同的是________。A．分子数 B．原子数C．体积 D．电子数(3)微粒AXn＋核外有a个电子，则它的核内中子数为________。(4)与10gD2O含有相同电子数的NH3在标准状况下的体积是________。答案(1)AC(2)BD(3)A－(a＋n)(4)11.2L4．揭示原子内部结构的奥秘，有助于我们理解所处的物质世界。(1)上表中元素f的氢化物的电子式是_____________________________________________，此氢化物的热稳定性比元素g的氢化物热稳定性______(填“强”或“弱”)。(2)某元素形成的气态氢化物中氢的含量是所有氢化物中最高的，该元素形成的化合物种类也最多，该元素是________(填字母)。该元素有多种同位素，在理论上和科学上均有重要的应用，写出其中两种用途：_______________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)α粒子是__________(填字母)原子所形成的一种粒子，1909年，卢瑟福等人做了用α粒子轰击金箔的实验，从而提出原子结构的行星模型，下列选项能正确表示这种模型的是__________(填字母)。(4)古代哲学家们也树立了不少有关物质构成的观点。例如，我国战国时期的惠施认为物质是无限可分的；而同时期的墨子认为如果物质不存在被分割的条件，物质就不能被无限分割。惠施的观点可用下图表示：请你用相同的图示方法表示墨子的观点：_________________________________________。答案(1)弱(2)b利用14C的放射性考古断代；12C可作为相对原子质量的基准；0.012kg12C含有的碳原子数为阿伏加德罗常数(任选其二即可)(3)aC(4)解析墨子认为物质如果不具备被分割条件则不能被无限分割，所以用线段表示则不能再减小。题组一归纳范式的应用1．化学工作者把烷烃、烯烃、环烷烃、炔烃……的通式转化成键数的通式，给研究有机物分子中键能大小的规律带来了很大的方便。烷烃中碳原子数跟键数的关系通式为CnH3n＋1，烯烃(视双键为两条单键)、环烷烃中碳原子数跟键数关系通式为CnH3n，则苯的同系物中碳原子数跟键数关系通式为()A．CnH3n－1 B．CnH3n－2C．CnH3n－3 D．CnH3n－4答案C解析每两个成键电子构成一个共价键，分子中的成键电子总数除以2就得到该分子中共价键总数，苯及其同系物的通式为CnH2n－6，分子中碳原子总的价电子数为4n个，氢原子总的价电子数为(2n－6)个，总电子数为(6n－6)个，共价键总数为＝3n－3。综上所述，本题应选C。2．在1.013×105Pa下，测得某些烷烃的沸点见下表。据表分析，下列选项正确的是()物质名称及结构简式沸点/℃正丁烷CH3(CH2)2CH3－0.5正戊烷CH3(CH2)3CH336.0异戊烷27.8新戊烷C(CH3)49.5正己烷CH3(CH2)4CH369.0A.在标准状况下，新戊烷是气体B．在1.01×105Pa、20℃时，戊烷都是液体C．烷烃随碳原子数的增加，沸点降低D．分子式为C5H12的烷烃的同分异构体中，随支链的增加，沸点降低答案D解析新戊烷的沸点为9.5℃，标准状况为0℃，新戊烷为液体，A项错误；C5H12包括了正戊烷、异戊烷、新戊烷，而新戊烷的沸点是9.5℃，标准状况下是液体，20℃时是气体，B项错误；从图中数据可知，烷烃随碳原子数的增加，沸点逐渐升高，C项错误；C5H12的3种同分异构体中，随支链数的增加，沸点逐渐降低，D项正确。3．分子中含有2～5个碳原子的直链烷烃的沸点和燃烧热的数据如下表：烷烃名称乙烷丙烷丁烷戊烷沸点/℃－88.6－42.1－0.536.0燃烧热/(kJ·mol－1)1560.72219.22877.63535.6燃烧热：25℃、101kPa时，1mol纯物质完全燃烧，生成指定产物所放出的热量，单位为kJ·mol－1。根据表中数据，下列判断错误的是()A．正庚烷在常温、常压下肯定不是气体B．随分子中碳原子数增加，烷烃的燃烧热逐渐增大C．随分子中碳原子数增加，烷烃的沸点逐渐升高D．随分子中碳原子数增加，烷烃的沸点和燃烧热都成比例增加答案D解析根据表格中数据可知，随分子中碳原子数增加，烷烃的沸点升高，燃烧热增加，由于正庚烷分子中碳原子数大于戊烷分子中的碳原子数，所以正庚烷在常温、常压下肯定不是气体，A正确；根据表中数据可知，烷烃的沸点和燃烧热并不是成比例增加，B、C正确，D错误。题组二演绎范式的应用4．下列说法不正确的是()A．金属性：K>Na>LiB．热稳定性：HI>HCl>HFC．非金属性：F>O>ND．碱性：NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3答案B解析A中为同主族元素，金属性：K>Na>Li；B中非金属性：F>Cl>I，故热稳定性：HI<HCl<HF；C中为同一周期元素，非金属性：F>O>N；D中金属性：Na>Mg>Al，故碱性：NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3。5．关于化合物2-苯基丙烯()，下列说法正确的是()A．不能使酸性高锰酸钾溶液褪色B．可以发生加成聚合反应C．不能发生取代反应D．易溶于水及甲苯答案B解析2-苯基丙烯的官能团为碳碳双键，能够与高锰酸钾溶液发生氧化反应，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，故A错误；2-苯基丙烯的官能团为碳碳双键，一定条件下能够发生加聚反应生成聚2-苯基丙烯，故B正确；苯环、甲基均能发生取代反应，故C错误；2-苯基丙烯为烃类，分子中不含羟基、羧基等亲水基团，难溶于水，易溶于有机溶剂，则2-苯基丙烯难溶于水，易溶于有机溶剂甲苯，故D错误。6．下列物质在水中溶解性最好的是()A．CO2B．NH3C．SO2D．CH4答案B题组三物质结构研究的方法7．原子结构模型的演变历史给我们的启迪是()A．道尔顿原子学说存在着缺陷或错误，因而没有积极的作用B．科学发现是有止境的C．原子结构属客观事实，没有必要去揭示它D．没有科学实验，就没有科学发现答案D解析道尔顿的原子学说，对化学的发展产生了重大而积极的影响；原子结构模型的每一次演变，都是从科学实验开始的；只有揭示物质结构的奥秘，才能把握物质变化的实质，更好地造福人类；科学发现是无穷无尽的。8．下列实验事实与原子结构模型建立的关系正确的是()A．电子的发现：道尔顿的原子结构模型B．α粒子散射：汤姆生原子结构模型C．α粒子散射：玻尔原子结构模型D．氢原子光谱：玻尔原子结构模型答案D9．(2020·新泰市第一中学北校高一月考)某同学想利用所学的知识去探究SO2的性质，设计了如下研究程序，合理的是()A．观察(得出SO2的物理性质)→分类(预测SO2的化学性质)→实验(观察实验现象、验证预测)→比较并得出结论，对于异常现象再预测，再实验，再验证B．分类(预测SO2的化学性质)→观察(得出SO2的物理性质)→实验→比较并得出结论C．观察(得出SO2的物理性质)→实验→分类(预测SO2的化学性质)→比较并得出结论D．实验→分类(预测SO2的化学性质)→观察(得出SO2的物理性质)→比较并得出结论答案A解析探究SO2的性质时其基本程序是：先从色、态方面观察二氧化硫的外观，得出SO2的物理性质，然后根据二氧化硫可能具有的性质，预测SO2的化学性质，再做实验验证预测，观察实验并记录现象，再分析实验现象并用已知化学知识解释现象，最后得出结论，所以A符合。10．某同学将一小块金属钠和一小块铁分别放在表面皿中，研究它们在空气中的稳定性，该学生采用的研究方法是()①假说法②实验法③分类法④比较法A．①②B．①③C．②③D．②④答案D解析假说法是以客观事实材料和科学理论为依据，对未知事实或规律所提出的一种推测性说明，题目未提出推测性说明，故①错误；通过两金属暴露于空气中，以实验研究它们在空气中的稳定性，故②正确；没有分门别类地对物质及其变化进行研究，故③错误；金属钠和铁片分别放在表面皿中，采取对比方法来研究它们在空气中的稳定性，故④正确。11．选择萃取剂将碘水中的碘萃取出来，这种萃取剂应具备的性质是()A．不溶于水，且必须易与碘发生化学反应B．不溶于水，且比水更容易使碘溶解C．不溶于水，且必须比水密度大D．不溶于水，且必须比水密度小答案B解析根据萃取剂选择的条件可知该萃取剂应不溶于水，与碘、水互不反应，且碘在其中的溶解度比在水中的溶解度更大。12．(2021·浙江衢州高二期末)类推的思维方式在化学学习与研究中经常采用。以下类推的结论正确的是()A．Al与氢氧化钠溶液反应，故Mg也可以B．金刚石的硬度大，则C60的硬度也大C．CO2与SiO2化学式相似，则CO2与SiO2的物理性质也相似D．Na常温下与水剧烈反应，故K常温下也能与水剧烈反应答案D解析Al与氢氧化钠溶液反应，Mg不能与氢氧化钠反应，故A错误；金刚石是共价晶体，金刚石的硬度大；C60是分子晶体，C60的硬度小，故B错误；CO2与SiO2都是酸性氧化物，化学式相似；CO2是分子晶体，熔、沸点低，SiO2是共价晶体，熔、沸点高，物理性质差异大，故C错误；钾的活泼性大于钠，Na常温下与水剧烈反应，所以K常温下也能与水剧烈的反应，故D正确。13．类比推理是化学中常用的思维方法，下列推理合理的是()A．Fe与Cl2反应可生成FeCl3，推测Fe与I2反应生成FeI3B．CaO与Al2O3都可与酸反应生成对应的盐和水，推测两者都属于碱性氧化物C．SO2与CaCl2溶液不反应，推测SO2与Ca(NO3)2溶液也不反应D．CO2是直线形分子，推测CS2也是直线形分子答案D解析氯气具有强氧化性，能将变价金属氧化为高价态，碘单质氧化性较弱，将变价金属氧化为低价态，Fe与I2反应生成FeI2，故A错误；CaO与Al2O3都可与酸反应生成对应的盐和水，Al2O3也能与碱反应生成盐和水，Al2O3为两性氧化物，CaO属于碱性氧化物，故B错误；SO2与CaCl2溶液不反应，SO2与Ca(NO3)2溶液反应生成硫酸钙沉淀，因为硝酸钙溶液中通入二氧化硫后呈酸性，硝酸根离子在酸性条件下表现强氧化性，将二氧化硫氧化成SO，SO与Ca2＋形成硫酸钙沉淀，故C错误。14．下列“类比”合理的是()A．Fe与S反应生成FeS，则Cu与S反应生成Cu2SB．C在足量的O2中燃烧生成CO2，则S在足量的O2中燃烧生成SO3C．Cl2与水反应生成HCl和HClO，则F2与水反应生成HF和HFOD．Na2O2与CO2反应生成Na2CO3和O2，则Na2O2与SO2反应生成Na2SO3和O2答案A解析S的氧化性比较弱，S与变价金属Fe反应产生FeS，与Cu反应产生Cu2S，A正确；C在足量的O2中燃烧生成CO2，而S在足量的O2中燃烧生成SO2，B错误；Cl2与水反应生成HCl和HClO，但F2与水反应却生成HF和O2，C错误；Na2O2与CO2反应生成Na2CO3和O2，由于Na2O2具有强氧化性，SO2具有还原性，则Na2O2与SO2反应生成Na2SO4，不能生成Na2SO3和O2，D错误。15．(1)提出“近代原子学说”的是英国科学家__________，他是最早提出科学的原子学说的人。(2)发现电子的是英国科学家______________，他提出了________________的原子结构模型。(3)英国物理学家____________通过α粒子散射实验，提出了原子结构有核模型。(4)丹麦物理学家________研究了____________后，大胆地引入波粒二象性的观点，提出了新的原子结构模型。答案(1)道尔顿(2)汤姆生“葡萄干面包式”(3)卢瑟福(4)玻尔电子的运动16．元素周期表是学习化学的重要工具，它隐含许多信息和规律。下表所列是六种短周期元素的原子半径及主要化合价(已知铍元素的原子半径为0.089nm)。元素代号ABCDXY原子半径/nm0.0370.1430.1020.0990.0740.075主要化合价＋1＋3＋6，－2－1－2＋5，－3(1)C元素在周期表中的位置为__________，其离子结构示意图为__________。(2)B的最高价氧化物对应的水化物与Y的最高价氧化物对应的水化物反应的离子方程式为______________________________________________________________________________。(3)关于C、D两种元素说法正确的是______(填字母)。a．简单离子的半径：D＞C