1.2 物质结构研究的范式和方法-【帮课堂】2024-2025学年高二化学同步学与练（苏教版2019选择性必修2）

专题1 揭示物质结构的奥秘 第二单元 物质结构研究的范式和方法 1．认识物质结构研究的两种范式及其相互关系。 2．能举例说明物质结构的研究方法在物质结构研究中所起的重要作用。 3．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。 重点：物质结构研究的范式和方法。 难点：物质结构研究的范式和方法。 一、物质结构研究的范式 物质结构研究有两种常见的范式：归纳范式和演绎范式。 1．归纳范式 (1)归纳范式的过程为“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。 (2)归纳法应用实例： 个别性质 一般规律 通过甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)等的分子式 总结出饱和烷烃的通式为CnH2n＋2 通过1～20号元素的原子核外电子排布认识前20号元素对应原子结构的不同 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 通过研究含有双键和三键不饱和烃的加成反应和氧化反应，发现不饱和键具有不稳定性质 根据结构与性质的关系归纳出这类有机物的通性 2．演绎范式 (1)演绎范式的过程通常为“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。 (2)演绎法应用实例： 一般规律 个别性质 门捷列夫建立了元素周期表 人们发现了“类铝”(镓)，“类硼”(铊)，“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 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 水是极性较强的分子，水分子间存在较强的氢键，水分子即可为生成氢键提供H，又有孤电子对接受H CH3CH2OH、CH3COOH和水相似，均可通过氢键与水结合，在水中的溶解度较大；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．归纳和演绎的关系 (1)归纳和演绎的使用 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。 (2)归纳和演绎的关系 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，两者相互联系、互为前提。 二、物质结构研究的方法 常用的方法有科学假设和论证、实验、模型建构等。 1．科学假设和论证 (1)观察：运用感官或借助仪器观察物质的宏观表现。 (2)假设：根据已有知识，对所研究的事物或现象作出初步的解释。 (3)论证：通过实验进行验证，若实验证明假设正确，接受假设；若实验不支持假设，对假设进行修改，并设计新的实验进行反复验证。 (4)理论：将实验证明正确的假设通过建立理论组织起来，成为知识体系。 2．实验方法 (1)含义：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。 (2)实验方法实例： 实验方法 意义 卢瑟福的α粒子散射实验 启迪人们用轰击和对撞的实验来研究物质的内部结构，提供了一种研究物质微观结构的思想方法 光学显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜等仪器出现，各种光谱和晶体X射线衍射实验应用于研究原子、分子和晶体结构 使原子和分子的微观世界不断被揭示 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。 (3)分类 分类 实物模型 微观结构模型 含义 可观察到的物质的宏观模型 物质微观层次结构，难以直接观察到，需要通过思维加工使抽象化的微观世界以可视化的形式展现出来 实例 如汽车模型、飞机模型和建筑模型 如原子结构模型、离子键模型、共价键模型和氢键模型，有机化合物的分子结构模型等 (4)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。 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)通过归纳得到的结果一定准确( × ) (2)假说不一定是科学的，但它具有一般性( √ ) (3)碱金属的单质从上到下还原性逐渐增强( √ ) (4)ⅣA族元素的简单氢化物的熔、沸点从上到下逐渐增大，ⅤA族元素的简单氢化物的沸点从上到下也逐渐增大( × ) (5)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，对揭示分子内部结构的奥秘具有极为重要的作用( × ) (6)在实验证明假设的过程中，如果实验不支持假设，则必须舍弃该假设( × ) (7)17世纪发明光学显微镜，能观察分子层次的物质结构( × ) (8)20世纪中后期，扫描隧道显微镜、原子力显微镜是研究原子结构的仪器( × ) 2．既可以和酸反应生成盐和水，又可以和碱反应生成盐和水的氧化物称为两性氧化物。TeO2是两性氧化物，试写出TeO2分别和稀硫酸、NaOH溶液反应的离子方程式： ________________________________________________________________________。 答案　TeO2＋4H＋===Te4＋＋2H2O、TeO2＋2OH－===TeO＋H2O 3．1909年，新西兰出生的物理学家——卢瑟福把一束变速运动的α粒子(质量数为4的带2个正电荷的质子粒)射向一片极薄的金箔，他惊奇地发现，过去一直认为原子是“实心球”，而由这种“实心球”紧密排列而成的金箔，竟让大多数α粒子畅通无阻地通过，就像金箔不在那儿似的，但也有极少量的α粒子发生偏转或被笔直地弹回。 (1)根据以上实验现象能得出关于金箔中金原子结构的一些结论，试写出其中的三点： ①原子中存在________，且只占原子体积的很小一部分。 ②金原子核带________电荷，且电荷数远大于α粒子的电荷数，两者产生静电________作用。 ③金原子的质量远________(填“大于”“小于”或“等于”)α粒子的质量。 (2)这是利用了物质结构研究的什么方法？__________________________。 答案 (1)①原子核　②正　排斥　③大于　(2)实验法 解析 (1)极薄的金箔，竟让变速运动的大多数α粒子畅通无阻地通过，证明原子不是实心的球体，内部有“广阔”的空间。有极少数α粒子被笔直地弹回，证明了原子核的存在，但占原子极小的体积，否则大部分α粒子不能畅通无阻地通过；同时证明金原子核的质量远大于α粒子的质量，否则金原子核将有被α粒子弹出的可能；还能证明金原子核所带电荷种类与α粒子相同，否则两者就会相互吸引；又能证明金原子核所带电荷数远大于α粒子，否则偏转的就不会是α粒子，而是金原子核。 (2)此方法是实验法。(3)从科学态度上进行回答。 4．根据要求回答下列问题： (1)根据甲烷、乙烷、丙烷的分子式，归纳出链状烷烃的分子通式为______________；根据乙炔、丙炔的分子式，归纳出链状单炔烃的分子通式为_____________。 (2)根据常见有机物的分子结构，可归纳出基本的价键规律：在共价分子的结构式中，连接碳原子、氮原子、氧原子、氢原子的短线数依次为________、________、________、________。 (3)根据第3周期元素原子半径的变化规律，结合核外电子排布的变化规律，归纳出同周期元素原子半径的变化规律为___________________________________________。 (4)铷(Rb)是第5周期的碱金属元素，比较铷、钙最高价氧化物的水化物碱性的强弱：RbOH________Ca(OH)2。 (5)烷烃________溶于水，乙醇、乙酸________溶于水，硬脂酸________溶于水；氨、氯化氢________溶于水，四氯化碳________溶于水。 (6)由甲烷的性质可知甲苯在光照条件下与氯气反应可生成________种有机物。 答案　(1)CnH2n＋2(n≥1)　CnH2n－2(n≥2) (2)4　3　2　1 (3)随原子序数增大，半径减小(稀有气体元素除外) (4)大于　(5)不　易　不　极易　不 (6)3 ►问题一 物质结构研究的范式 【典例1】下列有关物质结构研究的范式说法正确的是(　　) A．由乙烯的性质推断丙烯的性质是归纳范式 B．归纳范式和演绎范式是相辅相成的 C．假说都是不科学的 D．归纳的结果一定是正确的，不需要验证 答案 B 解析 A.由乙烯的性质推断丙烯的性质是个别到个别，是演绎范式，错误；C.假说具有一般性，可能是科学的，错误；D.归纳的结果不一定是正确的，有时需要验证。 【解题必备】 1．归纳与演绎的不同 (1)思维进程不同。 ①归纳推理的思维进程是由个别到一般。 ②演绎推理是从一般到个别的推理。 (2)结论所断定的知识范围不同。 演绎推理的结论没有超出前提所断定的知识范围。归纳推理除了完全归纳推理之外，结论都超出了前提所断定的知识范围。 (3)前提与结论间的联系程度不同。 演绎推理的前提与结论间的联系是必然的，也就是说，前提真实，推理形式正确，结论就必然是真的。归纳推理除了完全归纳推理前提与结论间的联系是必然的外，前提真实，推理形式也正确，但不能必然推出真实的结论。 2．归纳与演绎的联系 (1)演绎推理如果要以一般性知识为前提(演绎推理未必都要以一般性知识为前提)，则通常要依赖归纳推理来提供一般性知识。 (2)归纳推理离不开演绎推理。 ①为了提高归纳推理的可靠程度，需要运用已有的理论知识，对归纳推理的个别性前提进行分析，把握其中的因果性、必然性，这就要用到演绎推理。 ②归纳推理依靠演绎推理来验证自己的结论。例如，俄国化学家门捷列夫通过归纳发现元素周期律，指出，元素的性质随元素相对原子质量的增加而呈周期性变化。后用演绎推理发现，原来测量的一些元素的相对原子质量是错的。于是，他重新安排了它们在周期表中的位置，并预言了一些尚未发现的元素，指出周期表中应留出空白位置给未发现的新元素。 【变式1-1】下列关于归纳范式的说法不正确的是(　　) A．归纳范式的过程为“从个别到一般” B．由“相似相溶规则”可推知乙醇易溶于水运用的是归纳法 C．由甲烷、乙烷、丙烷等的性质可归纳出烷烃的性质 D．归纳范式就是根据事实进行概括归纳，抽象出共同点 答案　B 解析　由“相似相溶规则”可推知乙醇易溶于水运用的是演绎法。 【变式1-2】利用归纳范式得通式。 (1)如图为一种无限长单链状结构的多硼酸根离子，其化学式为________________(用n表示)。 (2)分析下表中各项的排布规律，按此规律排布第26项应为__________。 1 2 3 4 5 C2H4 C2H6 C2H6O C2H4O2 C3H6 6 7 8 9 10 C3H8 C3H8O C3H6O2 C4H8 C4H10 答案　(1)[BO2] (2)C8H18 解析　(2)由表可知，循环顺序为CnH2n、CnH2n＋2、CnH2n＋2O、CnH2nO2，26＝4×6＋2，则第24项为C7H14O2，第25项为C8H16，第26项为C8H18。 ►问题二 物质结构研究的方法 【典例2】在探索微观世界的过程中，科学家们常通过提出假说来把握物质的结构及特点，不断拓展认识的新领域。关于假说，下列表述中正确的是（ ） A．假说是对现实中已知事物或现象的一种简化处理 B．假说是根据已知的科学事实和原理对未知领域的事物或现象的本质提出的一种推测 C．假说是对一个问题的所有幻想和假定 D．假说最终都可以变成科学理论 答案 D 解析 假说是根据已有知识，对所研究的事物或现象作出初步的解释。 【解题必备】 1．科学假设和论证 (1)研究过程流程图 (2)注意事项 ①为了验证假设是否正确，必须通过不断地重复实验进行论证。正确的假设要接受，如果实验不支持假设，就要对假设进行修改并设计新的实验进行验证。 ②正确的假设还要建立理论将知识组织起来使之成为体系理论。 2．实验方法 材料的化学成分分析除了传统的化学分析技术外，还包括质谱分析、紫外、可见光、红外光谱分析，气、液相色谱，核磁共振，电子自旋共振等。 (1)质谱能够提供该化合物的相对分子质量和元素组成的信息。 (2)色谱中特别是裂解气相色谱(PGC)能较好显示高分子类材料的组成特征。 (3)X射线衍射实验鉴别晶体和非晶体。 (4)扫描隧道显微镜是根据量子力学中的隧道效应原理，通过探测固体表面原子中电子的隧道电流来分辨固体表面形貌的新型显微装置。 (5)原子力显微镜是通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。 3．模型方法 (1)模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是逻辑方法的一种特有形式。模型舍去了原型的一些次要的细节、非本质的联系，以简化和理想化的形式去再现原型的各种复杂结构、功能和联系，是连接理论和应用的桥梁。 (2)模型实际上是假设的一种特殊形式，也可以说是科学性和假定性的辩证统一。它不仅要在时间中接受检验，而且还要在实践中扩展、补充和修正。 【变式2-1】化学中的模型有助于我们形成化学学科的思想和方法，其中，实物模型是依靠物质的基本形态所做的模仿。下列属于实物模型的是（ ） A．卢瑟福原子结构模型 B．CH4分子的结构模型 C．氧化汞受热分解示意图 D．接触法制硫酸示意图 答案 D 【变式2-2】研究和学习化学，有许多提供技术的方法。下列方法中所举示例正确的是(　　) A．观察法：变化中观察到有发光、放热现象即可说明发生了化学变化 B．归纳法：水、二氧化碳是由分子构成的，归纳出所有物质都是由分子构成的 C．类比法：一氧化碳有毒，推测二氧化碳也有毒 D．分类法：根据组成物质的元素种类，将纯净物分为单质和化合物 答案　D 解析　化学变化的实质是有新物质生成，变化中观察到有发光、放热现象不一定说明有新物质生成，所以不一定发生了化学变化，故A错误；构成物质的微粒很多，水、二氧化碳是由分子构成的，氯化钠是由氯离子和钠离子构成的，不是所有物质都是由分子构成的，故B错误；物质不同，其性质也不同，一氧化碳有毒，但二氧化碳无毒，故C错误；根据组成物质的元素种类多少，将纯净物分为单质(含有一种元素)和化合物(含有不同种元素)，故D正确。 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的关系通式为CnH3n，则苯的同系物中碳原子数跟键数的关系通式为(　　) A．CnH3n－1 B．CnH3n－2 C．CnH3n－3 D．CnH3n－4 答案　C 解析　每两个成键电子构成一个共价键，分子中的成键电子总数除以2就得到该分子中共价键总数，苯的同系物的通式为CnH2n－6，分子中碳原子总的价电子数为4n个，氢原子总的价电子数为(2n－6)个，总价电子数为(6n－6)个，共价键总数为＝3n－3。 2．在1.013×105 Pa下，测得某些烷烃的沸点见下表。据表分析，下列选项正确的是(　　) 物质名称及结构简式 沸点/℃ 正丁烷CH3(CH2)2CH3 －0.5 正戊烷CH3(CH2)3CH3 36.0 异戊烷 27.8 新戊烷C(CH3)4 9.5 正己烷CH3(CH2)4CH3 69.0 A．在标准状况下，新戊烷是气体 B．在1.01×105 Pa、20 ℃时，戊烷都是液体 C．烷烃随碳原子数的增加，沸点逐渐降低 D．分子式为C5H12的烷烃的同分异构体中，随着支链数的增加，沸点逐渐降低 答案　D 解析　新戊烷的沸点为9.5 ℃，标准状况下的温度为0 ℃，则在标准状况下新戊烷为液体，A项错误；C5H12的烷烃包括正戊烷、异戊烷、新戊烷，而新戊烷在20 ℃时是气体，B项错误；从表中数据可知，烷烃随碳原子数的增加，沸点逐渐升高，C项错误；C5H12的烷烃的3种同分异构体中，随着支链数的增加，沸点逐渐降低，D项正确。 3．下列物质研究的范式不属于演绎范式的是(　　) A．由乙烯、丙烯均能与Br2、HCl、H2发生加成反应得出烯烃能发生加成反应 B．在元素理论的指导下，人们于1875年发现了“类铝”(镓) C．利用酸的通性推知乙酸可与NaHCO3溶液发生反应 D．利用元素周期律可推断出还原性：K>Na 答案　A 解析　由乙烯、丙烯均能与Br2、HCl、H2发生加成反应得出烯烃能发生加成反应，利用的是归纳的方法，属于归纳范式。 4．关于化合物2-苯基丙烯()，下列说法正确的是(　　) A．不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 B．可以发生加成聚合反应 C．不能发生取代反应 D．易溶于水及甲苯 答案　B 解析　2-苯基丙烯的官能团为碳碳双键，能够与酸性高锰酸钾溶液发生氧化反应而使其褪色，一定条件下能够发生加聚反应生成聚2-苯基丙烯，故A错误、B正确；苯环、甲基均能发生取代反应，故C错误；2-苯基丙烯为烃类，分子中不含羟基、羧基等亲水基团，难溶于水，易溶于有机溶剂如甲苯，故D错误。 5．研究和学习化学，有许多提供技术的方法。下列方法中所举示例正确的是(　　) A．观察法：变化中观察到有发光、放热现象即可说明发生了化学变化 B．归纳法：水、二氧化碳是由分子构成的，归纳出所有物质都是由分子构成的 C．类比法：一氧化碳有毒，推测二氧化碳也有毒 D．分类法：根据组成物质的元素种类，将纯净物分为单质和化合物 答案　D 解析　化学变化的实质是有新物质生成，变化中观察到有发光、放热现象不一定说明有新物质生成，所以不一定发生了化学变化，故A错误；构成物质的微粒很多，水、二氧化碳是由分子构成的，氯化钠是由氯离子和钠离子构成的，不是所有物质都是由分子构成的，故B错误；物质不同，其性质也不同，一氧化碳有毒，但二氧化碳无毒，故C错误；根据组成物质的元素种类多少，将纯净物分为单质(含有一种元素)和化合物(含有不同种元素)，故D正确。 6．某同学将一小块金属钠和一小块铁分别放在表面皿中，研究它们在空气中的稳定性，该学生采用的研究方法是(　　) ①假说法　②实验法　③分类法　④比较法 A．①② B．①③ C．②③ D．②④ 答案　D 解析　假说法是以客观事实材料和科学理论为依据，对未知事实或规律所提出的一种推测性说明，题目未提出推测性说明，故①错误；通过两金属暴露于空气中，以实验研究它们在空气中的稳定性，故②正确；没有分门别类地对物质及其变化进行研究，故③错误；金属钠和铁片分别放在表面皿中，采取比较的方法来研究它们在空气中的稳定性，故④正确。 7．下列实验事实与原子结构模型建立的关系正确的是(　　) A．电子的发现：道尔顿的原子结构模型 B．α粒子散射：汤姆生原子结构模型 C．α粒子散射：玻尔原子结构模型 D．氢原子光谱：玻尔原子结构模型 答案　D 8．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 答案　A 解析　探究SO2的性质时其基本程序是先从色、态方面观察二氧化硫的外观，得出SO2的物理性质，然后根据二氧化硫可能具有的性质，预测SO2的化学性质，再做实验验证预测，观察实验并记录现象，再分析实验现象并用已知化学知识解释现象，最后得出结论，所以A合理。 1．类比推理是化学中常用的思维方法，下列推理合理的是(　　) A．Fe与Cl2反应可生成FeCl3，推测Fe与I2反应生成FeI3 B．CaO与Al2O3都可与酸反应生成对应的盐和水，推测两者都属于碱性氧化物 C．SO2与CaCl2溶液不反应，推测SO2与Ca(NO3)2溶液也不反应 D．CO2是直线形分子，推测CS2也是直线形分子 答案　D 解析　氯气具有强氧化性，能将变价金属氧化为高价态，碘单质氧化性较弱，将变价金属氧化为低价态，Fe与I2反应生成FeI2，故A错误；CaO与Al2O3都可与酸反应生成对应的盐和水，Al2O3也能与碱反应生成对应的盐和水，Al2O3为两性氧化物，CaO属于碱性氧化物，故B错误；SO2与CaCl2溶液不反应， SO2与Ca(NO3)2溶液反应生成硫酸钙沉淀，因为硝酸钙溶液中通入二氧化硫后呈酸性，硝酸根离子在酸性条件下表现强氧化性，将二氧化硫氧化成SO，SO与Ca2＋形成硫酸钙沉淀，故C错误。 2．下列“类比”合理的是(　　) A．Fe与S反应生成FeS，则Cu与S反应生成Cu2S B．C在足量的O2中燃烧生成CO2，则S在足量的O2中燃烧生成SO3 C．Cl2与水反应生成HCl和HClO，则F2与水反应生成HF和HFO D．Na2O2与CO2反应生成Na2CO3和O2，则Na2O2与SO2反应生成Na2SO3和O2 答案　A 解析　S的氧化性比较弱，S与变价金属Fe反应生成FeS，与Cu反应生成Cu2S，A正确；C在足量的O2中燃烧生成CO2，而S在足量的O2中燃烧生成SO2，B错误；Cl2与水反应生成HCl和HClO，F2与水反应生成HF和O2，C错误；Na2O2与CO2反应生成Na2CO3和O2，由于Na2O2具有强氧化性，SO2具有还原性，则Na2O2与SO2反应生成Na2SO4，D错误。 3．应用元素周期律的有关知识，可以预测我们未知的一些元素及其化合物的性质。下列预测错误的是(　　) A．硒(Se)是ⅥA族元素，其氢化物的熔、沸点：H2Se>H2S>H2O B．铋(Bi)与氮同主族，其最高价氧化物的水化物可能为弱碱 C．砹单质是一种有色固体，砹化氢很不稳定 D．锶(Sr)是ⅡA族元素，其最高价氧化物对应的水化物是强碱 答案　A 解析　简单氢化物的熔、沸点：H2O>H2Se>H2S，水分子之间存在氢键，使熔、沸点反常的高，A项错误；同主族元素从上到下，最高价氧化物对应水化物的酸性递减、碱性递增，铋的最高价氧化物对应的水化物可能为弱碱，B项正确；同主族元素从上到下，非金属性逐渐减弱，元素的氢化物的稳定性逐渐减弱，砹是第6周期ⅦA族元素，可推知砹化氢很不稳定；随原子序数的增加卤素单质的颜色逐渐加深，砹单质是一种有色固体，C项正确；锶(Sr)是第5周期ⅡA族元素，其最高价氧化物对应的水化物碱性强于Ca(OH)2，Sr(OH)2是强碱，D项正确。 4．“宏观—微观—符号”三重表征是化学独特的表示物质及其变化的方式。 (1)如图1分别表示水、铜和氯化钠三种物质的实物及微观图示： ①其中由分子构成的物质是________(填化学式)，氯化钠是由________(填微粒符号)构成。 ②“Cu”表示的微观意义是______________________。 ③一杯水中氢元素与氧元素的质量比和1个水分子中氢原子与氧原子的质量比________(填“相等”或“不相等”)。 (2)图2为乙醇分子的结构模型，下列说法正确的是________(填字母)。 A．乙醇由碳、氢、氧三种元素组成 B．乙醇中含有两个碳原子 C．乙醇中碳元素的质量分数最大 D．乙醇中碳、氢、氧三种元素的个数比为2∶6∶1 (3)图3为某物质在一定条件下发生反应的微观模拟示意图，其中“”和“○”分别表示氢原子和氧原子： ①图3所示的变化属于________(填“化合”或“分解”)反应。 ②结合图3，从原子、分子的角度分析，该化学变化获取的一条信息是_________________________。 答案　(1)①H2O　Na＋和Cl－　②Cu原子　③相等　(2)AC　(3)①分解　②原子是化学反应中的最小微粒 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题1 揭示物质结构的奥秘 第二单元 物质结构研究的范式和方法 1．认识物质结构研究的两种范式及其相互关系。 2．能举例说明物质结构的研究方法在物质结构研究中所起的重要作用。 3．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。 重点：物质结构研究的范式和方法。 难点：物质结构研究的范式和方法。 一、物质结构研究的范式 物质结构研究有两种常见的范式：归纳范式和演绎范式。 1．归纳范式 (1)归纳范式的过程为“__________________”。即：根据事实进行_____________，抽象出_________，上升为_____________。 (2)归纳法应用实例： 个别性质 一般规律 通过甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)等的分子式 总结出饱和烷烃的通式为_________ 通过1～20号元素的__________________认识前20号元素对应__________________ 总结出元素核外___________规律，解释同族元_________相似原因 通过研究含有双键和三键不饱和烃的_________反应和_________反应，发现不饱和键具有_________性质 根据结构与性质的关系归纳出这类有机物的_________ 2．演绎范式 (1)演绎范式的过程通常为“__________________”。即从某一个一般结论出发，向从属于这一结论的_____________进行推理的过程。 (2)演绎法应用实例： 一般规律 个别性质 门捷列夫建立了__________________ 人们发现了“类铝”_________，“类硼”_________，“类硅”_________。 根据钠原子最外电子层上1个电子极易失去表现出_________性的特点 推出同族半径更大的钾、铷、铯元素具有__________________性的结论 水是_______性较强的分子，水分子间存在较强的_________，水分子即可为生成氢键_________，又有孤电子对_________ CH3CH2OH、CH3COOH和水相似，均可通过_________与水结合，在水中的溶解度_________；碳氢化合物_________性较小，也难以和水形成_________，在水中溶解度_________，这就是著名的“__________________” 3．归纳和演绎的关系 (1)归纳和演绎的使用 一般先_________后演_________。“实验——假说——理论——新实验”的本质就是从_________到_________，再到_________的过程。 (2)归纳和演绎的关系 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，两者相互联系、互为前提。 二、物质结构研究的方法 常用的方法有科学假设和论证、实验、模型建构等。 1．科学假设和论证 (1)观察：运用_________或_____________观察物质的_________表现。 (2)假设：根据已有知识，对所研究的事物或现象作出__________________。 (3)论证：通过_________进行验证，若实验证明假设正确，接受假设；若实验不支持假设，对假设进行修改，并设计新的实验进行_________验证。 (4)理论：将实验证明__________________通过建立理论组织起来，成为知识体系。 2．实验方法 (1)含义：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。 (2)实验方法实例： 实验方法 意义 卢瑟福的__________________实验 启迪人们用轰击和对撞的实验来研究物质的____________，提供了一种研究物质_______________的思想方法 光学显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜等仪器出现，各种光谱和晶体X射线衍射实验应用于研究__________________和_________结构 使原子和分子的微观世界不断被揭示 3．模型方法 (1)含义：科学家运用一定___________________________对实验结果进行处理。 (2)方法：模型既可以是对原型的___________________________，也可以是结合某种理论形态下建立的__________________。 (3)分类 分类 实物模型 微观结构模型 含义 可观察到的物质的宏观模型 物质微观层次结构，难以直接观察到，需要通过思维加工使___________的微观世界以___________的形式展现出来 实例 如汽车模型、飞机模型和建筑模型 如原子结构模型、离子键模型、共价键模型和氢键模型，有机化合物的分子结构模型等 (4)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。 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)通过归纳得到的结果一定准确( ) (2)假说不一定是科学的，但它具有一般性( ) (3)碱金属的单质从上到下还原性逐渐增强( ) (4)ⅣA族元素的简单氢化物的熔、沸点从上到下逐渐增大，ⅤA族元素的简单氢化物的沸点从上到下也逐渐增大( ) (5)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，对揭示分子内部结构的奥秘具有极为重要的作用( ) (6)在实验证明假设的过程中，如果实验不支持假设，则必须舍弃该假设( ) (7)17世纪发明光学显微镜，能观察分子层次的物质结构( ) (8)20世纪中后期，扫描隧道显微镜、原子力显微镜是研究原子结构的仪器( ) 2．既可以和酸反应生成盐和水，又可以和碱反应生成盐和水的氧化物称为两性氧化物。TeO2是两性氧化物，试写出TeO2分别和稀硫酸、NaOH溶液反应的离子方程式： ________________________________________________________________________。 3．1909年，新西兰出生的物理学家——卢瑟福把一束变速运动的α粒子(质量数为4的带2个正电荷的质子粒)射向一片极薄的金箔，他惊奇地发现，过去一直认为原子是“实心球”，而由这种“实心球”紧密排列而成的金箔，竟让大多数α粒子畅通无阻地通过，就像金箔不在那儿似的，但也有极少量的α粒子发生偏转或被笔直地弹回。 (1)根据以上实验现象能得出关于金箔中金原子结构的一些结论，试写出其中的三点： ①原子中存在________，且只占原子体积的很小一部分。 ②金原子核带________电荷，且电荷数远大于α粒子的电荷数，两者产生静电________作用。 ③金原子的质量远________(填“大于”“小于”或“等于”)α粒子的质量。 (2)这是利用了物质结构研究的什么方法？__________________________。 4．根据要求回答下列问题： (1)根据甲烷、乙烷、丙烷的分子式，归纳出链状烷烃的分子通式为______________；根据乙炔、丙炔的分子式，归纳出链状单炔烃的分子通式为_____________。 (2)根据常见有机物的分子结构，可归纳出基本的价键规律：在共价分子的结构式中，连接碳原子、氮原子、氧原子、氢原子的短线数依次为________、________、________、________。 (3)根据第3周期元素原子半径的变化规律，结合核外电子排布的变化规律，归纳出同周期元素原子半径的变化规律为___________________________________________。 (4)铷(Rb)是第5周期的碱金属元素，比较铷、钙最高价氧化物的水化物碱性的强弱：RbOH________Ca(OH)2。 (5)烷烃________溶于水，乙醇、乙酸________溶于水，硬脂酸________溶于水；氨、氯化氢________溶于水，四氯化碳________溶于水。 (6)由甲烷的性质可知甲苯在光照条件下与氯气反应可生成________种有机物。 ►问题一 物质结构研究的范式 【典例1】下列有关物质结构研究的范式说法正确的是(　　) A．由乙烯的性质推断丙烯的性质是归纳范式 B．归纳范式和演绎范式是相辅相成的 C．假说都是不科学的 D．归纳的结果一定是正确的，不需要验证 【解题必备】 1．归纳与演绎的不同 (1)思维进程不同。 ①归纳推理的思维进程是由个别到一般。 ②演绎推理是从一般到个别的推理。 (2)结论所断定的知识范围不同。 演绎推理的结论没有超出前提所断定的知识范围。归纳推理除了完全归纳推理之外，结论都超出了前提所断定的知识范围。 (3)前提与结论间的联系程度不同。 演绎推理的前提与结论间的联系是必然的，也就是说，前提真实，推理形式正确，结论就必然是真的。归纳推理除了完全归纳推理前提与结论间的联系是必然的外，前提真实，推理形式也正确，但不能必然推出真实的结论。 2．归纳与演绎的联系 (1)演绎推理如果要以一般性知识为前提(演绎推理未必都要以一般性知识为前提)，则通常要依赖归纳推理来提供一般性知识。 (2)归纳推理离不开演绎推理。 ①为了提高归纳推理的可靠程度，需要运用已有的理论知识，对归纳推理的个别性前提进行分析，把握其中的因果性、必然性，这就要用到演绎推理。 ②归纳推理依靠演绎推理来验证自己的结论。例如，俄国化学家门捷列夫通过归纳发现元素周期律，指出，元素的性质随元素相对原子质量的增加而呈周期性变化。后用演绎推理发现，原来测量的一些元素的相对原子质量是错的。于是，他重新安排了它们在周期表中的位置，并预言了一些尚未发现的元素，指出周期表中应留出空白位置给未发现的新元素。 【变式1-1】下列关于归纳范式的说法不正确的是(　　) A．归纳范式的过程为“从个别到一般” B．由“相似相溶规则”可推知乙醇易溶于水运用的是归纳法 C．由甲烷、乙烷、丙烷等的性质可归纳出烷烃的性质 D．归纳范式就是根据事实进行概括归纳，抽象出共同点 【变式1-2】利用归纳范式得通式。 (1)如图为一种无限长单链状结构的多硼酸根离子，其化学式为________________(用n表示)。 (2)分析下表中各项的排布规律，按此规律排布第26项应为__________。 1 2 3 4 5 C2H4 C2H6 C2H6O C2H4O2 C3H6 6 7 8 9 10 C3H8 C3H8O C3H6O2 C4H8 C4H10 ►问题二 物质结构研究的方法 【典例2】在探索微观世界的过程中，科学家们常通过提出假说来把握物质的结构及特点，不断拓展认识的新领域。关于假说，下列表述中正确的是（ ） A．假说是对现实中已知事物或现象的一种简化处理 B．假说是根据已知的科学事实和原理对未知领域的事物或现象的本质提出的一种推测 C．假说是对一个问题的所有幻想和假定 D．假说最终都可以变成科学理论 【解题必备】 1．科学假设和论证 (1)研究过程流程图 (2)注意事项 ①为了验证假设是否正确，必须通过不断地重复实验进行论证。正确的假设要接受，如果实验不支持假设，就要对假设进行修改并设计新的实验进行验证。 ②正确的假设还要建立理论将知识组织起来使之成为体系理论。 2．实验方法 材料的化学成分分析除了传统的化学分析技术外，还包括质谱分析、紫外、可见光、红外光谱分析，气、液相色谱，核磁共振，电子自旋共振等。 (1)质谱能够提供该化合物的相对分子质量和元素组成的信息。 (2)色谱中特别是裂解气相色谱(PGC)能较好显示高分子类材料的组成特征。 (3)X射线衍射实验鉴别晶体和非晶体。 (4)扫描隧道显微镜是根据量子力学中的隧道效应原理，通过探测固体表面原子中电子的隧道电流来分辨固体表面形貌的新型显微装置。 (5)原子力显微镜是通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。 3．模型方法 (1)模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是逻辑方法的一种特有形式。模型舍去了原型的一些次要的细节、非本质的联系，以简化和理想化的形式去再现原型的各种复杂结构、功能和联系，是连接理论和应用的桥梁。 (2)模型实际上是假设的一种特殊形式，也可以说是科学性和假定性的辩证统一。它不仅要在时间中接受检验，而且还要在实践中扩展、补充和修正。 【变式2-1】化学中的模型有助于我们形成化学学科的思想和方法，其中，实物模型是依靠物质的基本形态所做的模仿。下列属于实物模型的是（ ） A．卢瑟福原子结构模型 B．CH4分子的结构模型 C．氧化汞受热分解示意图 D．接触法制硫酸示意图 【变式2-2】研究和学习化学，有许多提供技术的方法。下列方法中所举示例正确的是(　　) A．观察法：变化中观察到有发光、放热现象即可说明发生了化学变化 B．归纳法：水、二氧化碳是由分子构成的，归纳出所有物质都是由分子构成的 C．类比法：一氧化碳有毒，推测二氧化碳也有毒 D．分类法：根据组成物质的元素种类，将纯净物分为单质和化合物 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的关系通式为CnH3n，则苯的同系物中碳原子数跟键数的关系通式为(　　) A．CnH3n－1 B．CnH3n－2 C．CnH3n－3 D．CnH3n－4 2．在1.013×105 Pa下，测得某些烷烃的沸点见下表。据表分析，下列选项正确的是(　　) 物质名称及结构简式 沸点/℃ 正丁烷CH3(CH2)2CH3 －0.5 正戊烷CH3(CH2)3CH3 36.0 异戊烷 27.8 新戊烷C(CH3)4 9.5 正己烷CH3(CH2)4CH3 69.0 A．在标准状况下，新戊烷是气体 B．在1.01×105 Pa、20 ℃时，戊烷都是液体 C．烷烃随碳原子数的增加，沸点逐渐降低 D．分子式为C5H12的烷烃的同分异构体中，随着支链数的增加，沸点逐渐降低 3．下列物质研究的范式不属于演绎范式的是(　　) A．由乙烯、丙烯均能与Br2、HCl、H2发生加成反应得出烯烃能发生加成反应 B．在元素理论的指导下，人们于1875年发现了“类铝”(镓) C．利用酸的通性推知乙酸可与NaHCO3溶液发生反应 D．利用元素周期律可推断出还原性：K>Na 4．关于化合物2-苯基丙烯()，下列说法正确的是(　　) A．不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 B．可以发生加成聚合反应 C．不能发生取代反应 D．易溶于水及甲苯 5．研究和学习化学，有许多提供技术的方法。下列方法中所举示例正确的是(　　) A．观察法：变化中观察到有发光、放热现象即可说明发生了化学变化 B．归纳法：水、二氧化碳是由分子构成的，归纳出所有物质都是由分子构成的 C．类比法：一氧化碳有毒，推测二氧化碳也有毒 D．分类法：根据组成物质的元素种类，将纯净物分为单质和化合物 6．某同学将一小块金属钠和一小块铁分别放在表面皿中，研究它们在空气中的稳定性，该学生采用的研究方法是(　　) ①假说法　②实验法　③分类法　④比较法 A．①② B．①③ C．②③ D．②④ 7．下列实验事实与原子结构模型建立的关系正确的是(　　) A．电子的发现：道尔顿的原子结构模型 B．α粒子散射：汤姆生原子结构模型 C．α粒子散射：玻尔原子结构模型 D．氢原子光谱：玻尔原子结构模型 8．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 1．类比推理是化学中常用的思维方法，下列推理合理的是(　　) A．Fe与Cl2反应可生成FeCl3，推测Fe与I2反应生成FeI3 B．CaO与Al2O3都可与酸反应生成对应的盐和水，推测两者都属于碱性氧化物 C．SO2与CaCl2溶液不反应，推测SO2与Ca(NO3)2溶液也不反应 D．CO2是直线形分子，推测CS2也是直线形分子 2．下列“类比”合理的是(　　) A．Fe与S反应生成FeS，则Cu与S反应生成Cu2S B．C在足量的O2中燃烧生成CO2，则S在足量的O2中燃烧生成SO3 C．Cl2与水反应生成HCl和HClO，则F2与水反应生成HF和HFO D．Na2O2与CO2反应生成Na2CO3和O2，则Na2O2与SO2反应生成Na2SO3和O2 3．应用元素周期律的有关知识，可以预测我们未知的一些元素及其化合物的性质。下列预测错误的是(　　) A．硒(Se)是ⅥA族元素，其氢化物的熔、沸点：H2Se>H2S>H2O B．铋(Bi)与氮同主族，其最高价氧化物的水化物可能为弱碱 C．砹单质是一种有色固体，砹化氢很不稳定 D．锶(Sr)是ⅡA族元素，其最高价氧化物对应的水化物是强碱 4．“宏观—微观—符号”三重表征是化学独特的表示物质及其变化的方式。 (1)如图1分别表示水、铜和氯化钠三种物质的实物及微观图示： ①其中由分子构成的物质是________(填化学式)，氯化钠是由________(填微粒符号)构成。 ②“Cu”表示的微观意义是______________________。 ③一杯水中氢元素与氧元素的质量比和1个水分子中氢原子与氧原子的质量比________(填“相等”或“不相等”)。 (2)图2为乙醇分子的结构模型，下列说法正确的是________(填字母)。 A．乙醇由碳、氢、氧三种元素组成 B．乙醇中含有两个碳原子 C．乙醇中碳元素的质量分数最大 D．乙醇中碳、氢、氧三种元素的个数比为2∶6∶1 (3)图3为某物质在一定条件下发生反应的微观模拟示意图，其中“”和“○”分别表示氢原子和氧原子： ①图3所示的变化属于________(填“化合”或“分解”)反应。 ②结合图3，从原子、分子的角度分析，该化学变化获取的一条信息是_________________________。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$