1.2物质结构研究的范式与方法（课件）(共18张PPT)

(共18张PPT)
1.2物质结构研究的范式与方法
一、物质结构研究的范式
归纳范式
演绎范式
物质结构研究的范式
由个别到一般
由一般到个别
归纳范式和演绎范式作为一对普遍适用的逻辑方法，在化学研究中得到了广泛应用。两者不是孤立使用的，在实际研究中常常融合在一起。
其过程为“由个别到一般”。
1、归纳范式
一、物质结构研究的范式
研究含有双键和三键的不饱和烃时，大量的实验发现这类物质容易发生加成反应和氧化反应，结构特征分析也发现不饱和键具有不稳定的性质，最后根据结构与性质的关系归纳得出这类有机物的通性。
核外电子排布规律的归纳
有机物通式的归纳
有机物通性的归纳
从甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等的分子式中归纳出了饱和烷烃的碳链结构，写出其通式为CnH2n+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，并从结构上解释了元素化合价规律性变化的原因。
归纳范式的应用
2、演绎范式
一、物质结构研究的范式
其过程通常为“从一般到个别”，
从理论到新的事实。
从属于此结论的要素1
从属于此结论的要素3
从属于此结论的要素2
某个一般结论
水是极性较强的分子，水分子之间存在较强的氢键，水分子既可为生成氢键提供H，又有孤电子对接受H。因此，从分子的结构可以推知，凡能为生成氢键提供和接受H的溶质分子，极性与水相似，如ROH、RCOOH等，均可通过氢键和水结合，在水中溶解度较大；碳氢化合物极性较小，也难以和水形成氢键，在水中溶解度很小。
预测物质具有的性质
利用元素理论发现新元素
相似相溶规则
门捷列夫建立了元素周期表，为人们提供了元素间联系的一般理论。在元素理论的指导下，人们于1875年发现了“类铝”（镓），1879年发现了“类硼”（铊），1886年发现了“类硅”（锗）
根据钠原子最外电子层上1个电子极易失去表现出强还原性的特点，可以推出同族半径更大的钾、铷、铯元素具有更强的还原性的结论。
演绎范式的应用
二、物质结构研究的方法
在物质结构的研究中，除借助科学仪器等物质手段，还需要借助化学研究的方法。常用的化学研究方法有实验、科学假说和模型建构等方法。
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，对揭示原子内部结构的奥秘具有极为重要的作用。道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔等人提出的原子结构模型对人类探索物质结构作出了巨大贡献。
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。
1825年，英国科学家法拉第首先发现了苯，但如何确定其结构成为化学家的难题。
德国化学家凯库勒经过大量猜想假设，于1865年提出了苯的六元环结构，再经过后人的验证，最终形成了大家所熟悉的凯库勒式。
科学假设和论证研究过程流程图
二、物质结构研究的方法
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。为了进一步了解原子的内部结构，往往需要依赖新的实验方法。
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。
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，包括物质结构研究的实验方法和实验技术，均取得很大的进步。
17世纪发明的光学显微镜，虽然不能观察分子层次的物质结构，但为研究物质结构提供了非常重要的思想方法。到20世纪中后期，扫描隧道显微镜、原子力显微镜等一系列研究分子结构的仪器问世，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。通过这些仪器与手段所获得的信息，为建立物质结构模型和相关理论提供了坚实的支撑。
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。模型既可以是对原型的简化和纯化、抽象和近似，也可以是结合某种理论形态下建立的思维模型。
实物模型
微观结构模型
有利于人们对事物作出整体认识，如汽车模型、飞机模型和建筑模型等，都是可观察到的物体的宏观模型；
物质的微观层次结构，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。
原子结构模型的演变
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，是模型研究的重要功能。
模型抽取了物质原型的关键要素，是对原型的简化。
课堂小结
课堂练习
C
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－2 C. CnH3n－3 D. CnH3n－4
2、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
A
3、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
D