专题1 揭示物质结构的奥秘（知识清单）化学苏教版选择性必修2

该高中化学资料聚焦“揭示物质结构的奥秘”，系统梳理物质结构研究的内容、范式与方法及意义。从原子结构与元素性质关系切入，到物质结构决定性质（如白磷与红磷、碳单质），再到归纳与演绎研究范式、假设论证等方法，形成“认识-揭示-方法-应用”的完整学习支架，涵盖高中化学物质结构核心知识清单。 资料以“结构决定性质”为核心链路，通过具体物质案例归纳规律，结合归纳与演绎范式深化理解。易错点辨析和典型例题强化科学思维，模型建构方法贯穿始终，体现化学观念和科学探究特色，助力学生建立结构化认知，提升解决实际问题的能力。

专题1 揭示物质结构的奥秘 知识1 物质结构研究的内容 一、认识物质的特征结构 1．原子结构与元素性质的关系 1 元素性质周期性 元素原子 的周期性是元素性质周期性变化的主要原因。 2 元素的金属性和非金属性强弱 原子半径_ ，最外层电子数_ ，失去电子能力 _，元素的金属性越强。 原子半径_ ，最外层电子数_ ，得到电子能力_ _，元素的非金属性越强。 3 NaCl的形成 钠原子在化学反应中_ _最外层的1个电子，形成Na+，钠元素表现出强的_ 性； Na+与Cl-通过_ _作用形成氯化钠晶体。 氯原子在化学反应中倾向于_ _1个电子，形成Cl-。 2．研究物质之间化学反应的本质及过程 1 本质 研究从_ _（反应物）如何转变为__ （生成物） 2 研究过程 对反应物、生成物的_ _进行针对性研究 3 研究目的 反应物中什么_ _上的化学键容易发生断裂，继而在什么位置上生成新的化学键。 4 乙醇的氧化反应 乙醇分子中_ _失去一个H，与—OH相连的C上失去一个H，形成_ ，乙醇转化为乙醛，这个过程称为为_ 反应。 3．研究物质特征结构的意义 研究物质的 ，可以帮助我们获得很更多有用的信息，设计反应条件，解释反应的 等。 二、揭示物质结构与性质的关系 物质结构在很大程度上决定了该物质的某些 。 1．物质结构与性质的关系 1 关系 物质的结构在很大程度上_ _了物质的某些性质。 2 研究过程 2．白磷与红磷的结构与性质 白磷 红磷 结构 结构特点 白磷分子（P4）呈 _结构，键角∠PPP是_ ，其中的P—P键弯曲而具有 ，其键能_ ，易_ 。 红磷的 结构比较稳定 性质 白磷在常温、常压下有很高的反应活性。 常温下 与氧气反应。 3．不同碳单质的结构与用途 形态 结构 性质 金刚石 碳原子间结合_ _ 是自然界中天然存在最硬的物质，可以用于 木炭 碳原子_ 结合 —— 富勒烯 碳原子结合形状是 _ 中空部位可以填入其他 碳纳米管 _ 强度高，弹性佳 石墨 碳原子之间形成 _结构并层层重叠 层与层之间引力 _，可以滑动，常用作_ _ 4．利用物质的特征结构解释物质的性质 （1）乙醇和二甲醚的性质 乙醇的结构为：_ ，二甲醚的结构为：__ 乙醇分子中 _易失去H原子，能被金属钠置换产生 。 乙醇分子中 易与水分子形成 ，因此易溶于水。 （2）因为白磷分子中的P—P键弯曲，有较大的张力，易__ ，与氧气反应时，P—P键断裂，氧原子与P原子连接，形成 、P4O10。 5．同分异构现象及同分异构体： 概念 分子式 而 不同的现象称为同分异构现象，具有这种现象的分子称为同分异构体。 性质 同分异构体的组成和相对分子质量完全 而分子的结构 、物理性质和化学性质也 。 6．同素异形体： 1 概念 指由 的单一化学元素组成，但 却不相同的 。 2 性质 同素异形体之间的性质差异主要表现在 上， 性质上也有着活性的差异。 3 类型 组成分子的原子数目 例如：氧气(O2)和臭氧(O3)。 晶体中原子的 不同 例如：金刚石、石墨和C60。 晶体中分子 的方式不同 例如：正交硫和单斜硫及红磷和白磷。 知识2 物质结构研究的范式与方法 一、物质结构研究的范式 物质结构研究有两种常见的范式： 式和 式。 归纳范式 归纳范式的过程为“ ”。即：根据事实进行 ，抽象出 ，上升为 。 归纳法应用实例 个别性质 通过甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)等的分子式 通过1～20号元素的 认识前20号元素对应 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 一般规律 总结出饱和烷烃的通式为 总结出元素核外 规律，解释同族元素 相似原因 根据结构与性质的关系归纳出这类有机物的 演绎范式 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。 演绎法应用实例 一般规律 门捷列夫建立了 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 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 个别性质 人们发现了“类铝”( ，“类硼”( )，“类硅”( )。 推出同族半径更大的钾、铷、铯元素具有 性的结论 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 (2)归纳和演绎的关系 一般先 后 。“实验—假说—理论—新实验”的本质就是从 到 ，再到 的过程。 归纳需要演绎作指导，以解决归纳研究的 性、 性和结果的 性问题；演绎需要归纳提供 。 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 物质结构研究需要借助科学仪器等物质手段，还需要借助化学研究的方法。 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 基本流程 观察 运用 或 观察物质的 表现。 假设 根据已有知识，对所研究的事物或现象作出 。 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。 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 含义 实验方法实例： 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。 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 含义 科学家运用一定 对实验结果进行处理。 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 。 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 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。 知识3 物质结构研究的意义 一、促进了化学科学的发展 1．人类物质结构的探索和研究 1 阿伏加德罗的分子假说 1 1811年，意大利科学家阿伏加德罗提出了分子的概念，认为气体分子可以 有 组成。 ②1860年，确立了“原子——分子论”，即原子 结合成分子，分子组成物质，分子的 决定了分子的性质。 2 门捷列夫发现元素周期律 1869年，俄国化学家门捷列夫发现了 ，有助于从理论上指导化学元素的发现和应用。 3 有机化学的发展 19世纪中叶，碳原子的 、有机物中碳原子成键的 结构、有机化合物分子中价键的 相继被发现，为有机立体化学的发展奠定了基础。 2．物质结构研究的意义 1 认识物质结构，可以帮助我们认识物质的 。如金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都有碳元素组成，但他们的性能有很大的差别，原因是碳原子之间的 不同。 2 研究物质结构，能够为设计和合成新物质提供 基础。 3 揭示物质结构与性能的关系，可帮助我们 新物质的性能。 4 研究物质结构，能帮助我们了解材料的 与 之间的关系。 5 物质结构研究，使生命科学在 水平上探索生命现象的本质。 6 物质结构研究对保护 、实现社会的可持续发展有重要意义。 二、物质结构的探索 1．探索生命运动的化学机理 1 20世纪经典生物学的最大突破是在 水平上探索生命现象的本质。 2 研究配体小分子和受体生物大分子相互作用机理，有助于进行 生物分子和 药物的开发。 3 研究食草动物胃内的酶是如何把植物纤维分解为小分子的，为充分利用自然界中的 资源打下基础。 4 合成具有 的分子，可帮助人类揭示生命的奥秘。 5 了解生物体内 分子的运动规律和 调控的化学机理，创造“新陈代谢”的目标。 2．化学反应的量子力学理论的发展 是结构化学最重要的理论基础， 是量子化学最直接的实验基础和推动力量。 3．物质结构研究对于保护生态环境、实现社会的可持续发展亦具有重大意义 寻找新物质的 合成方法。 绿色合成的设计和实施，合成具有 性和 性的催化剂。 易错点01：误认为“归纳”与“演绎”是相互独立、对立的科学方法。 在物质结构研究中，归纳与演绎是相辅相成、循环上升的两种基本范式。① 归纳是从大量实验事实中总结出普遍规律。② 演绎是从已知理论或模型出发，进行逻辑推理并做出预测。新的实验事实（归纳）可能修正或发展原有理论（演绎），而新的理论（演绎）又能指导新的实验方向（归纳）。二者共同推动科学进步。 易错点02：混淆“科学模型”与“客观事实”。 科学模型是人类为了解释观察到的现象而构建的思维图像或理论体系，是对客观世界的近似描述和模拟，而非世界本身。每一种模型都在其时代背景下成功地解释了某些现象，但也存在局限性。模型会随着新证据的出现而被修正、发展甚至取代，这体现了人类认识的深化，而非简单的对错。 易错点03：认为“结构决定性质”是单向、静态的结论。 “结构决定性质”是化学的核心思想，但其内涵是动态、双向的。① 正向：物质的微观结构从根本上决定了其宏观化学与物理性质。② 反向：通过研究物质的性质，我们可以推测和验证其微观结构。性质是探究结构的窗口。 易错点04：认为“物质结构研究”仅是基础理论研究，与实际应用无关。 物质结构研究是连接基础科学与技术应用的桥梁。对物质结构的深刻理解，是理性设计新材料、开发新技术的基石。没有对结构的理解，就无法实现从“发现”到“发明”的跨越。 易错点05：误认为“周期律”仅仅是性质的简单排列，忽视了其与原子结构的深刻联系。 元素周期律的本质是元素性质随原子序数（核电荷数）递增而呈现的周期性变化，其根本原因在于原子核外电子排布的周期性重复。不能将周期律仅仅视为性质的罗列，而应看到其背后结构决定性质的深刻统一性。 易错点06：认为“微观结构”是固定不变的，忽视其动态性与统计性。 物质的微观结构并非僵化不变。① 动态性：分子在不停地振动、旋转；化学键在断裂与形成。② 统计性：某些模型描述的是大量粒子的统计平均行为。理解结构的动态与统计本质，是理解化学反应、物质状态变化等过程的基础。 方法01 运用“结构决定性质”的根本法则分析问题 【解题通法】在解答有关物质性质的问题时，必须树立“结构决定性质，性质反映结构”的核心思想。① 遇到物质的性质，应从其原子结构、分子结构或晶体结构等不同层次寻找原因。② 反过来，可利用物质表现出的特殊性质，推测其可能具有的微观结构特征。这是贯穿整个物质结构研究的主线。 【典型例题】可根据物质结构推测其性质，下列推测的性质不合理的是 选项 结构 性质 A 油脂分子中含有酯基 一定条件下可与氢气发生加成反应，提高其饱和度 B 干冰晶体中，每个CO2周围等距且紧邻的CO2有12个 干冰的密度比冰的大 C 淀粉可表示为： 淀粉可发生酯化反应 D 顺丁橡胶： 硫化剂可将双键打开，形成二硫键(-S-S-) A．A B．B C．C D．D 方法02 运用“归纳-演绎”的科学范式探索规律 【解题通法】科学研究遵循“归纳-演绎”的循环。① 归纳法：从大量实验事实中，寻找共同点和内在联系，总结出普遍规律。解题时，要善于从特殊到一般进行概括。② 演绎法：从已建立的普遍理论出发，进行逻辑推理，预测新物质的性质或新现象。解题时，要训练从一般到特殊的推理能力。二者相辅相成，不可割裂。 【典型例题】认识和掌握物质结构研究的范式与方法，具有极为重要的意义。下列有关说法正确的是 A．由元素周期表发现新的元素属于归纳范式 B．通过甲烷(CH4)乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)的分子式，总结出饱和烷烃的通式为CnH2n+2，属于演绎范式 C．实验方法只能通过化学实验才能实现 D．归纳范式和演绎范式两者相互联系、互为前提 方法03 辨析“模型”的本质与科学价值 【解题通法】科学模型是理解微观世界的重要工具。① 认识任何模型都是在特定条件下对客观实在的近似反映和解释，有其适用范围和局限性。② 模型会随着新证据的出现而不断修正和发展。解题时，需将模型置于其历史背景中理解，并明确其解释的边界。 【典型例题】原子的认识过程，科学史上提出过多种的科学模型。以下叙述正确的是 A．首次依据科学事实而提出原子，从而建立原子学说的是德漠克利特 B．提出电子在原子核外运动的是玻尔 C．这些模型的建立主要是依靠哲学思辨 D．原子结构模型的建立过程中用到归纳法和演绎法 方法04 理解“元素周期律”的发现与解释路径 【解题通法】元素周期律的建立与阐释，是“归纳-演绎”范式的完美例证。① 归纳路径：门捷列夫等科学家从已知元素的性质出发，通过比较、分类，归纳出周期性变化的经验规律，并制作了周期表，甚至成功预测了新元素。② 演绎路径：现代原子结构理论建立后，从原子核外电子排布的周期性出发，演绎推导并深刻解释了元素性质周期性变化的根本原因。解题时需区分“规律是什么”和“为什么有此规律”两个层次。 【典型例题】元素周期表中，某些主族元素与下方的主族元素(如图)的性质具有相似性，这种规律被称为“对角线规则”。下列叙述正确的是 A．Li在空气中燃烧能生成Li2O、Li3N B．硼酸是强酸 C．B与水常温下能剧烈反应 D．BeCl2是离子化合物 方法05 运用“位置-结构-性质”三角关系进行推断 【解题通法】这是本专题最核心的思维模型，用于元素及其化合物性质的系统推断。① 已知元素在周期表中的位置，可推断其原子结构。② 由原子结构可预测其元素性质。③ 由元素性质可佐证其在周期表中的位置，并进一步理解其结构特征。三者构成可逆的推理闭环。 【典型例题】湖南水口山六厂素有“中国铍业一枝花”之称，是我国唯一一家以硅铍石(主要成分为)为原料提取氧化铍的企业。已知：铍和铝在元素周期表中处于对角线位置，其单质及化合物在结构和性质等方面具有相似性。下列叙述正确的是 A．属于酸性氧化物，易溶于水 B．BeO为两性氧化物 C．作为磁性材料，能用于油墨的生产 D．工业冶炼铝时应先将转化为无水 方法06 辨析人类探索物质结构历程中的认识论 【解题通法】分析科学史案例时，应把握：① 科学认识具有阶段性和局限性，每个模型都是特定时代的产物。② 科学认识是不断发展的，新事实推动新理论，新理论包容旧理论能解释的现象并解决新矛盾。③ 科学进步是继承与创新的统一，而非简单的否定与替代。 【典型例题】模型在科学认识中具有描述、解释和预测等功能。下列有关化学模型的说法错误的是 A．金属晶体的简单立方堆积是密置层得到的一种堆积方式 B．氯化钠和氯化铯晶体中氯离子的配位数不同可用阳离子与阴离子的半径比不同解释 C．由NH3和BF3易化合生成H3NBF3可预测H3NBF3中含有配位键 D．根据VSEPR理论可推测BF3的键角大于BF 方法07 阐释物质结构研究对实现可持续发展的重要意义 【解题通法】论述物质结构研究与可持续发展的关系，核心在于“理性设计”。① 绿色化学：在分子水平设计安全、可降解、原子利用率高的化学品和工艺，从源头减少污染。② 新能源材料：通过设计特定结构的材料，提高能量转换与存储效率。③ 污染控制：理解污染物分子结构，开发高效吸附、催化降解方法。这体现了从“认识世界”到“改造世界”的跨越。 【典型例题】化石燃料燃烧、硝酸工业废气处理不当及机动车辆尾气排放中的NO、NO2进入大气后，在日光照射下分解成NO和O时，即开始光化学烟雾的循环，不断地产生O3，光化学烟雾通常呈现淡蓝色其主要成分及简单形成机理如图所示。 为预防和控制氮氧化物的污染，人们采取许多措施。可用氢氧化钠溶液对含氮氧化物的废气进行处理，反应的化学方程式如下：NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O；2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O。氨气也可以用来处理氮氧化物。例如，氨气与一氧化氮可发生如下反应：4NH3+6NO=5N2+6H2O。下列说法错误的是 A．光化学烟雾有强氧化性 B．氮氧化物还可引发酸雨等污染问题 C．光化学烟雾成分中含有烃和烃的衍生物 D．光化学烟雾呈现淡蓝色是因为含有NO2 4 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题1 揭示物质结构的奥秘 知识1 物质结构研究的内容 一、认识物质的特征结构 1．原子结构与元素性质的关系 1 元素性质周期性 元素原子 最外层电子排布 的周期性是元素性质周期性变化的主要原因。 2 元素的金属性和非金属性强弱 原子半径_越大，最外层电子数_越少，失去电子能力越强_，元素的金属性越强。 原子半径_越小，最外层电子数_越多，得到电子能力_越强_，元素的非金属性越强。 3 NaCl的形成 钠原子在化学反应中_易失_最外层的1个电子，形成Na+，钠元素表现出强的_金属 性； Na+与Cl-通过_静电_作用形成氯化钠晶体。 氯原子在化学反应中倾向于_获得_1个电子，形成Cl-。 2．研究物质之间化学反应的本质及过程 1 本质 研究从_一种结构_（反应物）如何转变为__另一种新的结构（生成物） 2 研究过程 对反应物、生成物的_特征结构_进行针对性研究 3 研究目的 反应物中什么_原子或原子团_上的化学键容易发生断裂，继而在什么位置上生成新的化学键。 4 乙醇的氧化反应 乙醇分子中_—OH_失去一个H，与—OH相连的C上失去一个H，形成_C=O，乙醇转化为乙醛，这个过程称为为_ 氧化（去氢）反应。 3．研究物质特征结构的意义 研究物质的 特征结构 ，可以帮助我们获得很更多有用的信息，设计反应条件，解释反应的 生成物 等。 二、揭示物质结构与性质的关系 物质结构在很大程度上决定了该物质的某些 性质 。 1．物质结构与性质的关系 1 关系 物质的结构在很大程度上_决定_了物质的某些性质。 2 研究过程 2．白磷与红磷的结构与性质 白磷 红磷 结构 结构特点 白磷分子（P4）呈正四面体_结构，键角∠PPP是_ 60° ，其中的P—P键弯曲而具有较大的张力，其键能_较小，易_断裂。 红磷的链状结构比较稳定 性质 白磷在常温、常压下有很高的反应活性。 常温下 不 与氧气反应。 3．不同碳单质的结构与用途 形态 结构 性质 金刚石 碳原子间结合_牢固_ 是自然界中天然存在最硬的物质，可以用于 切割玻璃、金属 木炭 碳原子_不规则结合 —— 富勒烯 碳原子结合形状是中空足球状_ 中空部位可以填入其他原子或者分子 碳纳米管 中空管状_ 强度高，弹性佳 石墨 碳原子之间形成六边形网状_结构并层层重叠 层与层之间引力微弱_，可以滑动，常用作_ 润滑剂_ 4．利用物质的特征结构解释物质的性质 （1）乙醇和二甲醚的性质 乙醇的结构为：_，二甲醚的结构为：__ 乙醇分子中—OH_易失去H原子，能被金属钠置换产生 氢气 。 乙醇分子中—OH易与水分子形成 氢键 ，因此易溶于水。 （2）因为白磷分子中的P—P键弯曲，有较大的张力，易__断裂，与氧气反应时，P—P键断裂，氧原子与P原子连接，形成 P4O6 、P4O10。 5．同分异构现象及同分异构体： 概念 分子式 相同 而 结构 不同的现象称为同分异构现象，具有这种现象的分子称为同分异构体。 性质 同分异构体的组成和相对分子质量完全 相同 而分子的结构 不同 、物理性质和化学性质也 不相同 。 6．同素异形体： 1 概念 指由 同样 的单一化学元素组成，但 性质 却不相同的 单质 。 2 性质 同素异形体之间的性质差异主要表现在 物理性质 上， 化学 性质上也有着活性的差异。 3 类型 组成分子的原子数目 不同 例如：氧气(O2)和臭氧(O3)。 晶体中原子的 排列方式 不同 例如：金刚石、石墨和C60。 晶体中分子 排列 的方式不同 例如：正交硫和单斜硫及红磷和白磷。 知识2 物质结构研究的范式与方法 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。 归纳范式 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。 归纳法应用实例 个别性质 通过甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)等的分子式 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 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 一般规律 总结出饱和烷烃的通式为CnH2n＋2 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 根据结构与性质的关系归纳出这类有机物的通性 演绎范式 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。 演绎法应用实例 一般规律 门捷列夫建立了元素周期表 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 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 个别性质 人们发现了“类铝”(镓)，“类硼”(铊)，“类硅”(锗)。 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 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 (2)归纳和演绎的关系 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。 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 物质结构研究需要借助科学仪器等物质手段，还需要借助化学研究的方法。 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 基本流程 观察 运用感官或借助仪器观察物质的宏观表现。 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。 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。 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 含义 实验方法实例： 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。 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 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。 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。 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 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。 知识3 物质结构研究的意义 一、促进了化学科学的发展 1．人类物质结构的探索和研究 1 阿伏加德罗的分子假说 1 1811年，意大利科学家阿伏加德罗提出了分子的概念，认为气体分子可以有几个原子组成。 ②1860年，确立了“原子——分子论”，即原子按一定方式结合成分子，分子组成物质，分子的结构决定了分子的性质。 2 门捷列夫发现元素周期律 1869年，俄国化学家门捷列夫发现了 元素周期律 ，有助于从理论上指导化学元素的发现和应用。 3 有机化学的发展 19世纪中叶，碳原子的四价、有机物中碳原子成键的立体结构、有机化合物分子中价键的饱和性相继被发现，为有机立体化学的发展奠定了基础。 2．物质结构研究的意义 1 认识物质结构，可以帮助我们认识物质的性能。如金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都有碳元素组成，但他们的性能有很大的差别，原因是碳原子之间的排列方式不同。 2 研究物质结构，能够为设计和合成新物质提供理论基础。 3 揭示物质结构与性能的关系，可帮助我们预测新物质的性能。 4 研究物质结构，能帮助我们了解材料的结构与性能之间的关系。 5 物质结构研究，使生命科学在分子水平上探索生命现象的本质。 6 物质结构研究对保护生态环境、实现社会的可持续发展有重要意义。 二、物质结构的探索 1．探索生命运动的化学机理 1 20世纪经典生物学的最大突破是在分子水平上探索生命现象的本质。 2 研究配体小分子和受体生物大分子相互作用机理，有助于进行手性生物分子和手性药物的开发。 3 研究食草动物胃内的酶是如何把植物纤维分解为小分子的，为充分利用自然界中的植物纤维资源打下基础。 4 合成具有生物活性的分子，可帮助人类揭示生命的奥秘。 5 了解生物体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理，创造“新陈代谢”的目标。 2．化学反应的量子力学理论的发展 量子化学是结构化学最重要的理论基础，结构化学是量子化学最直接的实验基础和推动力量。 3．物质结构研究对于保护生态环境、实现社会的可持续发展亦具有重大意义 寻找新物质的绿色合成方法。 绿色合成的设计和实施，合成具有高活性和选择性的催化剂。 易错点01：误认为“归纳”与“演绎”是相互独立、对立的科学方法。 在物质结构研究中，归纳与演绎是相辅相成、循环上升的两种基本范式。① 归纳是从大量实验事实中总结出普遍规律。② 演绎是从已知理论或模型出发，进行逻辑推理并做出预测。新的实验事实（归纳）可能修正或发展原有理论（演绎），而新的理论（演绎）又能指导新的实验方向（归纳）。二者共同推动科学进步。 易错点02：混淆“科学模型”与“客观事实”。 科学模型是人类为了解释观察到的现象而构建的思维图像或理论体系，是对客观世界的近似描述和模拟，而非世界本身。每一种模型都在其时代背景下成功地解释了某些现象，但也存在局限性。模型会随着新证据的出现而被修正、发展甚至取代，这体现了人类认识的深化，而非简单的对错。 易错点03：认为“结构决定性质”是单向、静态的结论。 “结构决定性质”是化学的核心思想，但其内涵是动态、双向的。① 正向：物质的微观结构从根本上决定了其宏观化学与物理性质。② 反向：通过研究物质的性质，我们可以推测和验证其微观结构。性质是探究结构的窗口。 易错点04：认为“物质结构研究”仅是基础理论研究，与实际应用无关。 物质结构研究是连接基础科学与技术应用的桥梁。对物质结构的深刻理解，是理性设计新材料、开发新技术的基石。没有对结构的理解，就无法实现从“发现”到“发明”的跨越。 易错点05：误认为“周期律”仅仅是性质的简单排列，忽视了其与原子结构的深刻联系。 元素周期律的本质是元素性质随原子序数（核电荷数）递增而呈现的周期性变化，其根本原因在于原子核外电子排布的周期性重复。不能将周期律仅仅视为性质的罗列，而应看到其背后结构决定性质的深刻统一性。 易错点06：认为“微观结构”是固定不变的，忽视其动态性与统计性。 物质的微观结构并非僵化不变。① 动态性：分子在不停地振动、旋转；化学键在断裂与形成。② 统计性：某些模型描述的是大量粒子的统计平均行为。理解结构的动态与统计本质，是理解化学反应、物质状态变化等过程的基础。 方法01 运用“结构决定性质”的根本法则分析问题 【解题通法】在解答有关物质性质的问题时，必须树立“结构决定性质，性质反映结构”的核心思想。① 遇到物质的性质，应从其原子结构、分子结构或晶体结构等不同层次寻找原因。② 反过来，可利用物质表现出的特殊性质，推测其可能具有的微观结构特征。这是贯穿整个物质结构研究的主线。 【典型例题】可根据物质结构推测其性质，下列推测的性质不合理的是 选项 结构 性质 A 油脂分子中含有酯基 一定条件下可与氢气发生加成反应，提高其饱和度 B 干冰晶体中，每个CO2周围等距且紧邻的CO2有12个 干冰的密度比冰的大 C 淀粉可表示为： 淀粉可发生酯化反应 D 顺丁橡胶： 硫化剂可将双键打开，形成二硫键(-S-S-) A．A B．B C．C D．D 【答案】A 【详解】A．油脂分子一定条件下可与氢气发生加成反应，提高其饱和度，是因为其中含有碳碳双键或三键等不饱和键，与其含有酯基无关，A符合题意； B．干冰晶体中，每个CO2周围等距且紧邻的CO2有12个，而冰晶体中每个H2O分子周围等距且紧邻的H2O分子是4个，即干冰中分子空间利用率比冰中高，导致干冰的密度比冰的大，B不合题意； C．淀粉可表示为：即每个淀粉分子结构单元中含有3个羟基，故能与酸发生酯化反应，C不合题意； D．顺丁橡胶：中含有不饱和键C=C键，硫化剂可将双键打开，形成二硫键(-S-S-)以减小其不饱和度，增强其耐腐蚀能力和耐磨性，D不合题意； 故答案为：A。 方法02 运用“归纳-演绎”的科学范式探索规律 【解题通法】科学研究遵循“归纳-演绎”的循环。① 归纳法：从大量实验事实中，寻找共同点和内在联系，总结出普遍规律。解题时，要善于从特殊到一般进行概括。② 演绎法：从已建立的普遍理论出发，进行逻辑推理，预测新物质的性质或新现象。解题时，要训练从一般到特殊的推理能力。二者相辅相成，不可割裂。 【典型例题】认识和掌握物质结构研究的范式与方法，具有极为重要的意义。下列有关说法正确的是 A．由元素周期表发现新的元素属于归纳范式 B．通过甲烷(CH4)乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)的分子式，总结出饱和烷烃的通式为CnH2n+2，属于演绎范式 C．实验方法只能通过化学实验才能实现 D．归纳范式和演绎范式两者相互联系、互为前提 【答案】D 【详解】A．由元素周期表提供了元素之间联系的一般理论，发现新元素是个别，属于一般到个别，故发现新的元素属于演绎范式，故A错误； B．通过甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)的分子式，总结出饱和烷烃的通式为CnH2n+2，属于归纳，故B错误； C．实验方法多种多样，可以是调查归纳，也可以是实践，也可以通过化学实验验证，故C错误； D．归纳范式和演绎范式作为一对普遍适用的逻辑方法，在化学研究中得到了广泛应用。两者不是孤立使用的，在实际研究中常常融合在一起，相互联系、互为前提，故D正确； 故答案为D。 方法03 辨析“模型”的本质与科学价值 【解题通法】科学模型是理解微观世界的重要工具。① 认识任何模型都是在特定条件下对客观实在的近似反映和解释，有其适用范围和局限性。② 模型会随着新证据的出现而不断修正和发展。解题时，需将模型置于其历史背景中理解，并明确其解释的边界。 【典型例题】原子的认识过程，科学史上提出过多种的科学模型。以下叙述正确的是 A．首次依据科学事实而提出原子，从而建立原子学说的是德漠克利特 B．提出电子在原子核外运动的是玻尔 C．这些模型的建立主要是依靠哲学思辨 D．原子结构模型的建立过程中用到归纳法和演绎法 【答案】B 【详解】A．19世纪初，英国科学家道尔顿首次依据科学事实而提出原子，从而建立原子学说，故A错误； B．提出电子在原子核外运动的是玻尔的原子壳型结构，原子壳型结构认为电子依据能量不同，在原子核外不同区域（电子层）运动，故B正确； C．这些模型的建立主要是依靠哲学思辨和科学实验，故C错误； D．原子结构模型的建立过程中用到假设法和模型法，故D错误； 故选B。 方法04 理解“元素周期律”的发现与解释路径 【解题通法】元素周期律的建立与阐释，是“归纳-演绎”范式的完美例证。① 归纳路径：门捷列夫等科学家从已知元素的性质出发，通过比较、分类，归纳出周期性变化的经验规律，并制作了周期表，甚至成功预测了新元素。② 演绎路径：现代原子结构理论建立后，从原子核外电子排布的周期性出发，演绎推导并深刻解释了元素性质周期性变化的根本原因。解题时需区分“规律是什么”和“为什么有此规律”两个层次。 【典型例题】元素周期表中，某些主族元素与下方的主族元素(如图)的性质具有相似性，这种规律被称为“对角线规则”。下列叙述正确的是 A．Li在空气中燃烧能生成Li2O、Li3N B．硼酸是强酸 C．B与水常温下能剧烈反应 D．BeCl2是离子化合物 【答案】A 【详解】A．Mg在空气中燃烧生成MgO和Mg3N2，根据对角线规则，Li在空气中燃烧生成Li2O、Li3N，故A正确； B．硅酸是弱酸，根据对角线规则，硼酸是弱酸，故B错误； C．Si和水常温下不反应，故B不能够与水反应，故C错误； D．氯化铝是共价化合物，根据对角线规则可知，BeCl2是共价化合物，故D错误； 答案选A。 方法05 运用“位置-结构-性质”三角关系进行推断 【解题通法】这是本专题最核心的思维模型，用于元素及其化合物性质的系统推断。① 已知元素在周期表中的位置，可推断其原子结构。② 由原子结构可预测其元素性质。③ 由元素性质可佐证其在周期表中的位置，并进一步理解其结构特征。三者构成可逆的推理闭环。 【典型例题】湖南水口山六厂素有“中国铍业一枝花”之称，是我国唯一一家以硅铍石(主要成分为)为原料提取氧化铍的企业。已知：铍和铝在元素周期表中处于对角线位置，其单质及化合物在结构和性质等方面具有相似性。下列叙述正确的是 A．属于酸性氧化物，易溶于水 B．BeO为两性氧化物 C．作为磁性材料，能用于油墨的生产 D．工业冶炼铝时应先将转化为无水 【答案】B 【详解】A．属于酸性氧化物，但难溶于水，A项错误； B．由已知中铍和铝在元素周期表中处于对角线位置，其单质及化合物在结构和性质等方面具有相似性可知，BeO为两性氧化物，B项正确； C．作为磁性材料，能用于油墨生产的是，C项错误； D．工业上用电解熔融的冶炼铝，D项错误。 故选B。 方法06 辨析人类探索物质结构历程中的认识论 【解题通法】分析科学史案例时，应把握：① 科学认识具有阶段性和局限性，每个模型都是特定时代的产物。② 科学认识是不断发展的，新事实推动新理论，新理论包容旧理论能解释的现象并解决新矛盾。③ 科学进步是继承与创新的统一，而非简单的否定与替代。 【典型例题】模型在科学认识中具有描述、解释和预测等功能。下列有关化学模型的说法错误的是 A．金属晶体的简单立方堆积是密置层得到的一种堆积方式 B．氯化钠和氯化铯晶体中氯离子的配位数不同可用阳离子与阴离子的半径比不同解释 C．由NH3和BF3易化合生成H3NBF3可预测H3NBF3中含有配位键 D．根据VSEPR理论可推测BF3的键角大于BF 【答案】A 【详解】A．密置层包括六方最密堆积和面心立方最密堆积，非密置层包括简单立方堆积和体心立方堆积，故金属晶体的简单立方堆积是非密置层得到的一种堆积方式，故A错误； B．钠的离子半径比铯小，两种晶体中阴阳离子半径之比不同，导致配位数不同，钠离子配位数为6，铯离子配位数为8，导致晶体结构不同，故B正确； C．NH3中N原子的价层电子对数为4，采用sp3杂化，N原子含有3个键和一对孤电子对，NH3和BF3化合生成H3NBF3时，N原子的孤电子对与B原子的空轨道形成配位键，故C正确； D．根据VSEPR理论可推测，BF3中价层电子对个数=3+×（3-3×1）=3，所以为平面三角形结构，键角为120°，BF中价层电子对个数=4+×（3+1-4×1）=4，所以为正四面体结构，键角为109.5°，故BF3的键角大于BF，故D正确； 故选A。 方法07 阐释物质结构研究对实现可持续发展的重要意义 【解题通法】论述物质结构研究与可持续发展的关系，核心在于“理性设计”。① 绿色化学：在分子水平设计安全、可降解、原子利用率高的化学品和工艺，从源头减少污染。② 新能源材料：通过设计特定结构的材料，提高能量转换与存储效率。③ 污染控制：理解污染物分子结构，开发高效吸附、催化降解方法。这体现了从“认识世界”到“改造世界”的跨越。 【典型例题】化石燃料燃烧、硝酸工业废气处理不当及机动车辆尾气排放中的NO、NO2进入大气后，在日光照射下分解成NO和O时，即开始光化学烟雾的循环，不断地产生O3，光化学烟雾通常呈现淡蓝色其主要成分及简单形成机理如图所示。 为预防和控制氮氧化物的污染，人们采取许多措施。可用氢氧化钠溶液对含氮氧化物的废气进行处理，反应的化学方程式如下：NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O；2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O。氨气也可以用来处理氮氧化物。例如，氨气与一氧化氮可发生如下反应：4NH3+6NO=5N2+6H2O。下列说法错误的是 A．光化学烟雾有强氧化性 B．氮氧化物还可引发酸雨等污染问题 C．光化学烟雾成分中含有烃和烃的衍生物 D．光化学烟雾呈现淡蓝色是因为含有NO2 【答案】D 【详解】A． 由分析，过程中有臭氧、过氧乙酰硝酸酯等氧化性物质产生，光化学烟雾有强氧化性，故A正确； B． 二氧化氮与水反应生成硝酸，氮氧化物还可引发酸雨等污染问题，故B正确； C． 碳氢化合物即烃类，醛、酮、过氧乙酰硝酸酯都属于烃的衍生物，故C正确； D． NO2是红棕色气体，光化学烟雾呈现淡蓝色是由于光的折射和反射，故D错误； 故选D。 4 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $