1,2 物质结构研究的范式与方法（教学课件）化学苏教版选择性必修2

该高中化学课件聚焦物质结构研究的范式（归纳与演绎及其关系）和方法（科学假设与论证、实验、模型），通过“请你说说研究范式包含哪些”的问题驱动导入，衔接知识导航与探·知识奥秘模块，搭建从已知到未知的学习支架。 其亮点在于融合归纳与演绎范式，结合凯库勒苯结构假设、卢瑟福α粒子散射实验、原子结构模型演变等实例，培养科学思维（证据推理、模型认知）与科学探究能力。典型范例与技能实战巩固知识，助力学生提升解决问题能力，教师可高效开展教学。

nullnull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与方法 苏教版选择性必修2 物质结构研究的方法 2 物质结构研究的范式 1 知识导航 知识导航 明·学习目标 1．认识物质结构研究的两种范式及其相互关系 3．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 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 4．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 引·新课导入 请你说说！ 那么物质结构的研究范式又包含哪些呢？ 01 物质结构 研究的范式 任务1：根据下列动画总结有机物特点 探·知识奥秘 一、归纳范式 元素组成： 都含有碳元素 任务1：根据下列动画总结有机物特点 探·知识奥秘 一、归纳范式 饱和烷烃的通式： CnH2n+2 分子式： 甲烷（CH4） 乙烷（C2H6） 丙烷（C3H8） 丁烷（C4H10） 1.归纳范式 探·知识奥秘 一、归纳范式 过程 即：根据事实进行概括归纳，抽象出共同点，上升为本质规律 个别 一般 思考 在我们学习化学的过程中，还有哪些知识是通过归纳法得到的？ 2.归纳范式的应用 探·知识奥秘 一、归纳范式 饱和烷烃的通式：CnH2n+2 单烯烃的通式：CnH2n 单炔烃的通式：CnH2n-2 （1）有机物通式 烯烃 乙烯 丙烯 丁烯 分子式 C2H4 C3H6 C4H8 探·知识奥秘 一、归纳范式 （2）有机物通性 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 探·知识奥秘 一、归纳范式 （3）元素核外电子排布规律 ①元素原子最外层电子排布的周期性 ②同一周期，最外层电子数呈现1→8的递变规律 ③同一主族，最外层电子数相同 任务2：结合元素周期表编排原则及规律推测第85号元素的位置和性质 探·知识奥秘 二、演绎范式 2.演绎范式 探·知识奥秘 二、演绎范式 过程 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。 一般 个别 思考 在我们学习化学的过程中，还有哪些知识是通过演绎法得到的？ 2.演绎范式的应用 探·知识奥秘 二、演绎范式 （1）利用元素理论发现新元素 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.演绎范式的应用 探·知识奥秘 二、演绎范式 （2）预测物质的性质 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 2.演绎范式的应用 探·知识奥秘 二、演绎范式 （3）相似相溶原理 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。 探·知识奥秘 三、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。 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。 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。 1.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。(　 ) 析·典型范例 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。 × × × 02 物质结构 研究的方法 探·知识奥秘 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 任务3：分享你知道的下列人物做出的贡献 探·知识奥秘 原子结构的探索 道尔顿 汤姆生 卢瑟福 玻尔 1803年提出原子为不可分割的实心小球，奠定科学原子论基础 1897年发现电子后提出“葡萄干蛋糕模型”，揭示原子存在亚原子结构 1911年通过α粒子散射实验建立原子核式模型 1913年引入量子化轨道理论解释氢原子光谱；现代量子力学模型通过电子云概率分布描述电子运动状态 任务3：分享你知道的下列人物做出的贡献 探·知识奥秘 原子结构的探索 构成物质的微粒和物质的微观结构难以直接观测，但是，在人类长期的探索过程中，运用实验、模型等方法，通过分析、观察、推理，借助科学假设和论证，在揭示物质微观结构奥秘的探索中取得了一个个巨大成就。 请你思考！ 在物质结构的探索中，科学家们运用了哪些方法，又起到了什么样的作用呢？ 探·知识奥秘 一、科学假设和论证 观察 假设 实验 理论 修正后的理论 修正 科学假设和论证研究过程流程图 （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）实验：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。 探·知识奥秘 一、科学假设和论证 即根据已有知识，对所研究的事物或现象作出初步的解释，再通过大量实验来验证。假说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。 经过后人的验证，最终形成了大家所熟悉的凯库勒式。 探·知识奥秘 二、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。 探·知识奥秘 二、实验方法 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。 (1) 含义 探·知识奥秘 三、模型方法 (2) 方法 (3) 分类 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。 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 可观察到的物体的宏观模型 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 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。 探·知识奥秘 三、模型方法 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 探·知识奥秘 三、模型方法 (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。 2.判断下列说法是否正确 ①理论都是正确的，不需要修改。(　 　) ②模型就是对物质真实形状的加工。(　 　) ③实验法只能通过化学实验才能实现。(　 　) 析·典型范例 提示：当反常现象大量出现，而原有理论又不能很好地做出解释时，就需要对原有理论加以修改。 提示：微观结构模型是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，不能说是对物质真实形状的加工。 提示：物理实验、通过仪器研究也是实验法。 × × × 物质结构研究的范式与方法 研究的范式 研究的方法 归纳范式 演绎范式 理·核心要点 科学假设和论证 实验方法 模型方法 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 1.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 B 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 2．原子结构模型经历了五个主要阶段：1803年实心球模型→1904年“葡萄干面包” 模型→1911年原子核式结构模型→1913年轨道模型→20世纪初量子力学的原子结构模型。对轨道模型贡献最大的科学家是（ ） A．玻尔 B．汤姆生 C．卢瑟福 D．道尔顿 A 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 3．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 D 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 4.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 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 5.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 练·技能实战 感谢 您的聆听 THANKS 苏教版选择性必修2 $null