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学习目标课程标准学业评价认识物质的空间结构可以借助某些实验手段来测定,通过这些手段所获得的信息为建立物质结构模型或相关理论解释提供支撑。知道原子光谱、分子光谱、晶体X射线等是测定物质结构的基本方法和实验手段。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。素养解读:1.宏观辨识与微观探析:从不同层次认识物质的多样性以及研究物质性质的复杂性,能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。2.证据推理与模型认知:通过认识研究物质结构的不同方法,形成观点、证据和结论之间的逻辑联系,建立认知模型,并能用模型解决实际化学问题。知识点一物质结构研究的范式知识梳理1.归纳范式:其过程为“由个别到一般”。根据事实进行概括归纳,抽象出共同点,上升为本质规律。例如:(1)从甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)等的分子式中归纳出饱和烷烃的碳链结构及其分子通式CnH2n+2。(2)通过书写1～20号元素的原子核外电子排布来认识前20号元素对应原子结构的不同,从中归纳出元素核外电子排布的规律,并从结构上解释了同族元素性质相似的原因。(3)研究不饱和烃的结构特征,归纳得出不饱和烃的通性。2.演绎范式:其过程通常为“从一般到个别”。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。例如:(1)在元素理论的指导下,人们发现了镓、铊、锗等元素。(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)预测物质的溶解性——“相似相溶规则”。[想一想]为什么乙醇、乙酸能与水互溶,而相对分子质量相差不大的C3H8却难溶于水?提示:乙醇、乙酸与水分子的极性相似,且均含有—OH,可通过氢键和水结合,在水中溶解度大,而C3H8极性较小,难以和水形成氢键,在水中溶解度很小。

归纳与演绎的关系

在化学研究中归纳和演绎往往并用、配合或交替。

从化学研究的途径来看归纳和演绎的使用,一般为先归纳、后演绎。人们往往根据自己的研究目标,依据一定的理论基础,设计并进行实验;再从实验数据或现象中得出假说;通过实验或理论证明假说正确与否,使之上升为新的理论;最后使用新理论指导实验,获得新的结论。

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。在实际的化学研究中,研究的具体对象千差万别,使得归纳和演绎的关系也更为复杂,往往需要归纳和演绎的串联、交叉运用,还有与其他逻辑方法的并用或交替使用。1.已知下列原子的半径:原子NSOSi半径r/(×10-10m0.751.020.731.11根据以上数据,P原子的半径可能是(A)A.1.10×10-10m B.0.80×10C.1.20×10-10m C.0.70×10解析:根据原子半径的变化规律应为r(Si)>r(P)>r(S),故选A。2.某实验小组以H2O2分解为例,研究浓度、催化剂、温度对反应快慢的影响。按照如下方案完成实验。实验反应物催化剂温度①10mL10%H2O2溶液无25②10mL20%H2O2溶液无25③10mL20%H2O2溶液无40④10mL20%H2O2溶液1～2滴0.1mol·L-1FeCl3溶液40通过实验得到氧气的体积与时间的关系如图所示。回答下列问题:(1)代表实验①的图示是。(2)对比实验③和④的目的是。(3)通过上面对比实验,所得出的实验结论是。解析:(1)反应温度越高,使用合适的催化剂,反应物浓度越大,反应越快,实验①中H2O2溶液的浓度最小,没有使用催化剂,温度为25℃,则在实验①～④中反应速率最小,图中斜率越大,反应速率越快,并且①中产生O2的量是②、③、④的一半,则代表实验①的为Ⅳ(2)实验③、④中,反应物浓度、反应温度相同,而实验④使用了催化剂,所以对比实验③和④的目的是研究催化剂对反应快慢的影响。(3)根据实验①、②可知,增大反应物浓度,反应加快;根据实验②、③可知,升高反应温度,反应加快;根据实验③、④可知,使用合适的催化剂,反应加快。通过对比实验,得出的实验结论是其他条件不变,增大反应物浓度或升高温度或加入合适的催化剂,化学反应速率加快。答案:(1)Ⅳ(2)研究催化剂对反应快慢的影响(3)其他条件不变,增大反应物浓度或升高温度或加入合适的催化剂,化学反应速率加快知识点二物质结构研究的方法知识梳理1.常用的化学研究方法有假设与论证、实验、模型建构等。2.科学假设和论证研究过程3.实验方法(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世纪中后期,各种光谱和晶体X射线衍射实验方法应用于研究原子、分子和晶体结构,使得原子和分子的微观世界不断被揭示。4.模型方法(1)宏观模型,即实物模型,有利于人们对事物作出整体认识。(2)微观结构模型:难以直接观察到,需要通过思维加工使抽象的微观世界以可视化的形式展现出来。[想一想]构建模型进行科学研究有什么实际的意义?提示:模型抽取了物质原型的关键要素,是对原型的简化,给人以简单、清晰的物理图像和直观明确的物理含义,对沟通科学现象与其本质的认识过程,起到了重要的桥梁作用。原子结构模型的演变1.道尔顿的近代原子学说英国科学家道尔顿是近代原子学说的创始人。他认为物质由原子构成,原子不能被创造,也不能被毁灭,在化学变化中不可再分割,它们在化学反应中保持本性不变。2.汤姆生的“葡萄干面包式”的原子结构模型他认为原子是由更小的微粒构成的,电子的发现使人们认识到原子是可以再分的。3.卢瑟福的带核原子结构模型英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射现象,指出原子是由原子核和核外电子构成的,原子核带正电荷,它几乎集中了原子的全部质量,但只占有很小的体积,核外电子带负电荷,在原子核周围空间做高速运动。4.玻尔的轨道原子结构模型丹麦物理学家玻尔指出:原子核外电子在原子核外空间内一系列稳定的轨道上绕核做高速运动,每个轨道都具有一个确定的能量值;核外电子在这些稳定的轨道上运动时,既不放出能量,也不吸收能量。5.电子云模型(现代原子结构学说)现代科学家根据微观世界的波粒二象性规律,提出用量子力学的方法描述核外电子运动。1.人类对原子结构的认识经历了漫长的历史阶段。其中最有代表性的有道尔顿原子结构模型、汤姆生原子结构模型、卢瑟福原子结构模型和玻尔原子结构模型等。而这些原子结构模型都是建立在一定的实验研究基础上的。下列实验事实与原子结构模型建立的关系正确的是(D)A.电子的发现:道尔顿的原子结构模型B.α粒子散射:玻尔原子结构模型C.氢原子光谱:卢瑟福原子结构模型D.α粒子散射:卢瑟福原子结构模型解析:道尔顿的原子结构模型是道尔顿通过对大气的物理性质进行研究而提出的;卢瑟福原子结构模型是通过α粒子散射实验提出的;玻尔原子结构模型是玻尔在牛顿力学的基础上,吸收了量子论和光子学说的思想建立起来的。2.如图为原子结构模型的演变图,其中①为道尔顿原子结构模型,④为近代量子力学原子结构模型。下列排列符合历史演变顺序的一组是(A)A.①③②⑤④ B.①②③④⑤C.①⑤③②④ D.①③⑤④②解析:①是19世纪初,道尔顿提出的原子结构模型;②是卢瑟福1911年提出的带核原子结构模型;③是汤姆生1904年提出的“葡萄干面包式”原子结构模型;④是近代量子力学原子结构模型;⑤是玻尔1913年提出的电子在一定轨道上运动的原子结构模型。综上所述,原子结构模型历史演变顺序为①③②⑤④。*揭示原子内部的奥秘,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(填编号)。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(填编号)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,下列选项中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。惠施的观点可用如图表示:请你用相同的图示方法表示墨子的观点:。解析:(1)由元素周期表的结构可知f是硫元素,故硫化氢的电