1.2 物质结构研究的范式与方法 课件(共23张PPT)2024-2025学年高二化学苏教版（2019）选择性必修第二册
文档属性
| 名称 | 1.2 物质结构研究的范式与方法 课件(共23张PPT)2024-2025学年高二化学苏教版（2019）选择性必修第二册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 3.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-11-12 15:02:12 | ||
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文档简介
(共23张PPT)
专题1 揭示物质结构的奥秘
物质结构研究的范式与方法
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。
一、物质研究的范式
归纳范式
个别 → 一般
演绎范式
一般 → 个别
一、物质研究的范式
1.归纳范式
过程为“从个别到一般”。
即：根据事实进行概括归纳，抽象出共同点，上升为本质规律。
【思考】在我们学习化学的过程中，有哪些知识是通过归纳法得到的？
归纳范式的应用
甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）
饱和烷烃的通式：
CnH2n+2
通过1～20号元素的原子核外电子排布
总结出元素核外电子排布规律，解释同族元素性质相似原因
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。
分析出不饱和键具有不稳定的性质
1.有机物通式的归纳
2.核外电子的排布规律
3.有机物通性的归纳
一、物质研究的范式
2.演绎范式
过程为“从一般到个别”。
即从某一个一般结论出发，向从属于这一结论的多个要素进行推理的过程。
【思考】在我们学习化学的过程中，有哪些知识是通过演绎法得到的？
演绎范式的应用
1.利用元素理论发现新元素
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）
演绎范式的应用
2.预测元素的具体性质
根据钠原子的核外电子排布特点和性质，推测与钠同主族的元素性质。
钾、铷、铯应具有更强的还原性
演绎范式的应用
3.相似相溶原则
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。
一、物质研究的范式
3.归纳范式与演绎范式的关系
两者不是孤立使用的，在实际研究中常常融合在一起。
一般先归纳后演绎。
“实验——假说——理论——新实验”的本质就是从个别到一般，再到个别的过程。
判断下列说法是否正确。
①由元素周期表发现新的元素属于归纳范式。( )
②由硅是半导体材料推断锡也是半导体材料。( )
③归纳范式和演绎范式均为独立的研究方法，不能融合。( )
×
×
×
提示：从一般到个别是演绎范式。
提示：硅在金属与非金属分界线上，而锡是典型的金属材料。
提示：研究物质结构需要各种范式结合。
二、物质结构研究的方法
物质结构
研究的方法
借助科学仪器等物质手段
科学假说与论证
借助化学研究的的方法
实验
模型建构
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。
二、物质结构研究的方法
1.科学假说与论证
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
观察
假设
实验
理论
修正后的理论
修正
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。
晶体的X射线衍射
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。
测定物质组成和结构的仪器
二、物质结构研究的方法
3.模型方法
（1）含义：科学家运用一定逻辑推理与模型思维对实验结果进行处理。
（2）方法：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
实心球模型
葡萄干面包模型
原子核式
结构模型
轨道模型
（3）作用：
①对沟通科学现象与其本质的认识过程，起到重要的桥梁作用。
②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。
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
专题1 揭示物质结构的奥秘
物质结构研究的范式与方法
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。
一、物质研究的范式
归纳范式
个别 → 一般
演绎范式
一般 → 个别
一、物质研究的范式
1.归纳范式
过程为“从个别到一般”。
即：根据事实进行概括归纳，抽象出共同点，上升为本质规律。
【思考】在我们学习化学的过程中，有哪些知识是通过归纳法得到的？
归纳范式的应用
甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）
饱和烷烃的通式：
CnH2n+2
通过1～20号元素的原子核外电子排布
总结出元素核外电子排布规律，解释同族元素性质相似原因
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。
分析出不饱和键具有不稳定的性质
1.有机物通式的归纳
2.核外电子的排布规律
3.有机物通性的归纳
一、物质研究的范式
2.演绎范式
过程为“从一般到个别”。
即从某一个一般结论出发，向从属于这一结论的多个要素进行推理的过程。
【思考】在我们学习化学的过程中，有哪些知识是通过演绎法得到的？
演绎范式的应用
1.利用元素理论发现新元素
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）
演绎范式的应用
2.预测元素的具体性质
根据钠原子的核外电子排布特点和性质，推测与钠同主族的元素性质。
钾、铷、铯应具有更强的还原性
演绎范式的应用
3.相似相溶原则
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。
一、物质研究的范式
3.归纳范式与演绎范式的关系
两者不是孤立使用的，在实际研究中常常融合在一起。
一般先归纳后演绎。
“实验——假说——理论——新实验”的本质就是从个别到一般，再到个别的过程。
判断下列说法是否正确。
①由元素周期表发现新的元素属于归纳范式。( )
②由硅是半导体材料推断锡也是半导体材料。( )
③归纳范式和演绎范式均为独立的研究方法，不能融合。( )
×
×
×
提示：从一般到个别是演绎范式。
提示：硅在金属与非金属分界线上，而锡是典型的金属材料。
提示：研究物质结构需要各种范式结合。
二、物质结构研究的方法
物质结构
研究的方法
借助科学仪器等物质手段
科学假说与论证
借助化学研究的的方法
实验
模型建构
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。
二、物质结构研究的方法
1.科学假说与论证
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
观察
假设
实验
理论
修正后的理论
修正
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。
晶体的X射线衍射
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。
测定物质组成和结构的仪器
二、物质结构研究的方法
3.模型方法
（1）含义：科学家运用一定逻辑推理与模型思维对实验结果进行处理。
（2）方法：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
实心球模型
葡萄干面包模型
原子核式
结构模型
轨道模型
（3）作用：
①对沟通科学现象与其本质的认识过程，起到重要的桥梁作用。
②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。
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