专题1 第二单元 第三单元 物质结构研究的范式与方法 物质结构研究的意义-【高考领航】2023-2024学年高中化学选择性必修2同步核心辅导与测评（苏教版）

第二单元　物质结构研究的范式与方法 第三单元　物质结构研究的意义 [学业要求解读]　1.认识物质结构研究的两种范式及其相互关系；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；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；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。　2.认识物质结构研究对各种性能的新物质发现、设计与合成的重要意义；感受物质结构的研究对推动人类文明作出的巨大贡献；建立“物质结构的探索无止境”的观念，形成探索未知、崇尚真理的意识。 学习任务一　物质结构研究的范式和方法 物质结构研究的范式 　物质结构研究有两种常见的范式，归纳范式、演绎范式。 1．归纳范式 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。 (1)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。 (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。 (3)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。 2．演绎范式 其过程通常为“从一般到个别”。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。 (1)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)。 (2)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。 (3)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CH3CH2OH、CH3COOH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。这就是著名的“相似相溶规则”。 3．物质结构研究的方法 (1)科学假设和论证 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(Michael Faraday，1791－1867)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(F.A.Kekule，1829－1896)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。这是化学史中提出假说、推断和得出推论的典型实例。 (2)实验方法 ①卢瑟福的α粒子散射实验。 ②20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。 ③17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 在化学学习中常用球棍模型来帮助我们观察和思考。乙烯是平面结构，乙炔是直线结构，有了球棍模型的配合，就一目了然了。 [思考]　物质结构研究有哪些范式和方法？ 提示：范式：归纳范式、演绎范式 方法：科学假设和论证、实验方法、模型方法 1．范式 物质结构研究的范式和过程：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。根据研究目标，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。“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．过程 流程图 　元素在元素周期表中的位置，反映了元素的原子结构和元素的性质，如氮族元素是位于元素周期表ⅤA族的元素，在生活中有广泛的应用，如N2作防腐气体，液氮还可用作制冷剂，P可用于制造农药等。如图是元素周期表的一部分。 　　 (1)阴影部分元素N在元素周期表中的位置是什么？根据元素周期律，预测H3AsO4与H3PO4酸性强弱的大小