2023-2024學(xué)年蘇教版新教材選擇性必修二 專題1第二單元 物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的范式與方法 學(xué)案

第二單元物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的范式與方法學(xué)習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準學(xué)業(yè)評價認識物質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)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(zhì)結(jié)構(gòu)模型或相關(guān)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(zhì)結(jié)構(gòu)的基本方法和實驗手段。1.認識物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的兩種范式及其相互關(guān)系。2.能舉例說明科學(xué)假說和論證、實驗方法、模型方法等在物質(zhì)結(jié)構(gòu)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(zhì)結(jié)構(gòu)、建立相關(guān)理論作出的重要貢獻。4.初步學(xué)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(xué)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(zhì)的多樣性以及研究物質(zhì)性質(zhì)的復(fù)雜性,能從宏觀和微觀相結(jié)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(zhì)結(jié)構(gòu)的不同方法,形成觀點、證據(jù)和結(jié)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(xué)問題。知識點一物質(zhì)結(jié)構(gòu)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(yīng)原子結(jié)構(gòu)的不同,從中歸納出元素核外電子排布的規(guī)律,并從結(jié)構(gòu)上解釋了同族元素性質(zhì)相似的原因。(3)研究不飽和烴的結(jié)構(gòu)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(jié)論出發(fā),向從屬于這一結(jié)論的多個要素進行推理的過程。例如:(1)在元素理論的指導(dǎo)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(yù)測物質(zhì)可能具有的某些性質(zhì)。(3)預(yù)測物質(zhì)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(zhì)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(jié)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(guān)系

在化學(xué)研究中歸納和演繹往往并用、配合或交替。

從化學(xué)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(biāo),依據(jù)一定的理論基礎(chǔ),設(shè)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(dǎo)實驗,獲得新的結(jié)論。

歸納需要演繹作指導(dǎo),以解決歸納研究的目的性、方向性和結(jié)果的正確性問題;演繹需要歸納提供前提。在演繹的指導(dǎo)下歸納,在歸納的基礎(chǔ)上演繹,兩者互相聯(lián)系、互為前提。在實際的化學(xué)研究中,研究的具體對象千差萬別,使得歸納和演繹的關(guān)系也更為復(fù)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(yīng)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(yīng)快慢的影響。按照如下方案完成實驗。實驗反應(yīng)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(guān)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(jié)論是。解析:(1)反應(yīng)溫度越高,使用合適的催化劑,反應(yīng)物濃度越大,反應(yīng)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(yīng)速率最小,圖中斜率越大,反應(yīng)速率越快,并且①中產(chǎn)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(yīng)物濃度、反應(yīng)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(yīng)快慢的影響。(3)根據(jù)實驗①、②可知,增大反應(yīng)物濃度,反應(yīng)加快;根據(jù)實驗②、③可知,升高反應(yīng)溫度,反應(yīng)加快;根據(jù)實驗③、④可知,使用合適的催化劑,反應(yīng)加快。通過對比實驗,得出的實驗結(jié)論是其他條件不變,增大反應(yīng)物濃度或升高溫度或加入合適的催化劑,化學(xué)反應(yīng)速率加快。答案:(1)Ⅳ(2)研究催化劑對反應(yīng)快慢的影響(3)其他條件不變,增大反應(yīng)物濃度或升高溫度或加入合適的催化劑,化學(xué)反應(yīng)速率加快知識點二物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的方法知識梳理1.常用的化學(xué)研究方法有假設(shè)與論證、實驗、模型建構(gòu)等。2.科學(xué)假設(shè)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(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),為我們提供了一種研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)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(yīng)用于研究原子、分子和晶體結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu)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(gòu)建模型進行科學(xué)研究有什么實際的意義?提示:模型抽取了物質(zhì)原型的關(guān)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(xué)現(xiàn)象與其本質(zhì)的認識過程,起到了重要的橋梁作用。原子結(jié)構(gòu)模型的演變1.道爾頓的近代原子學(xué)說英國科學(xué)家道爾頓是近代原子學(xué)說的創(chuàng)始人。他認為物質(zhì)由原子構(gòu)成,原子不能被創(chuàng)造,也不能被毀滅,在化學(xué)變化中不可再分割,它們在化學(xué)反應(yīng)中保持本性不變。2.湯姆生的“葡萄干面包式”的原子結(jié)構(gòu)模型他認為原子是由更小的微粒構(gòu)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(jié)構(gòu)模型英國物理學(xué)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(gòu)成的,原子核帶正電荷,它幾乎集中了原子的全部質(zhì)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(jié)構(gòu)模型丹麥物理學(xué)家玻爾指出:原子核外電子在原子核外空間內(nèi)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(jié)構(gòu)學(xué)說)現(xiàn)代科學(xué)家根據(jù)微觀世界的波粒二象性規(guī)律,提出用量子力學(xué)的方法描述核外電子運動。1.人類對原子結(jié)構(gòu)的認識經(jīng)歷了漫長的歷史階段。其中最有代表性的有道爾頓原子結(jié)構(gòu)模型、湯姆生原子結(jié)構(gòu)模型、盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型和玻爾原子結(jié)構(gòu)模型等。而這些原子結(jié)構(gòu)模型都是建立在一定的實驗研究基礎(chǔ)上的。下列實驗事實與原子結(jié)構(gòu)模型建立的關(guān)系正確的是(D)A.電子的發(fā)現(xiàn):道爾頓的原子結(jié)構(gòu)模型B.α粒子散射:玻爾原子結(jié)構(gòu)模型C.氫原子光譜:盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型D.α粒子散射:盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型解析:道爾頓的原子結(jié)構(gòu)模型是道爾頓通過對大氣的物理性質(zhì)進行研究而提出的;盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型是通過α粒子散射實驗提出的;玻爾原子結(jié)構(gòu)模型是玻爾在牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)上,吸收了量子論和光子學(xué)說的思想建立起來的。2.如圖為原子結(jié)構(gòu)模型的演變圖,其中①為道爾頓原子結(jié)構(gòu)模型,④為近代量子力學(xué)原子結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)模型;②是盧瑟福1911年提出的帶核原子結(jié)構(gòu)模型;③是湯姆生1904年提出的“葡萄干面包式”原子結(jié)構(gòu)模型;④是近代量子力學(xué)原子結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)模型。綜上所述,原子結(jié)構(gòu)模型歷史演變順序為①③②⑤④。*揭示原子內(nèi)部的奧秘,有助于我們理解所處的物質(zhì)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(xué)上均有重要的應(yīng)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(jié)構(gòu)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(xué)家們也樹立了不少有關(guān)物質(zhì)構(gòu)成的觀點。例如,我國戰(zhàn)國時期的惠施認為物質(zhì)是無限可分的;而同時期的墨子認為如果物質(zhì)不存在被分割的條件,物質(zhì)就不能被無限分割?；菔┑挠^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(jié)構(gòu)可知f是硫元素,故硫化氫的電