《1.2 物质结构研究的范式和方法1.3 物质结构研究的意义》参考课件

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。学习目标物质结构研究的范式与方法分类物质结构研究的范式归纳范式演绎范式物质结构研究的方法实验方法模型方法假说方法物质结构研究的范式1．归纳范式过程为“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一般规律通过甲烷(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2．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：一般规律个别性质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．归纳与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。分析思考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。(

)提示：从一般到个别是演绎范式。②由硅是半导体材料推断锡也是半导体材料。(

)提示：硅在金属与非金属分界线上，而锡是典型的金属材料。③归纳范式和演绎范式均为独立的研究方法，不能融合。(

)提示：研究物质结构需要各种范式结合。×××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。1825年，英国科学家法拉第首先发现了苯。德国化学家凯库勒经过大量猜想假设，与1865年提出了六元环结构。经过后人的验证，确认了苯具有六元环结构。2．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。实验方法实例：实验方法意义卢瑟福的α粒子散射实验光学显微镜、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使原子和分子的微观世界不断被揭示晶体的X射线衍射测定物质组成和结构的仪器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：实物模型：可观察到的物质的宏观模型微观结构模型：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宏观模型和微观结构模型（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。分析思考判断下列说法是否正确。①理论都是正确的，不需要修改。(

)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。②模型就是对物质真实形状的加工。(

)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。③实验法只能通过化学实验才能实现。(

)提示：物理实验、通过仪器研究也是实验法。×××课堂检测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答案：D2．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．道尔顿答案：A3．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第三单元物质结构研究的意义专题1揭示物质结构的奥秘1．认识物质结构研究对各种性能的新物质发现、设计和合成的重要意义。2．感受物质结构研究对推动人类文明作出的巨大贡献。学习目标人类物质结构的探索和研究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。1860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。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。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。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。（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。物质结构的探索1．探索生命运动的化学机理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。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。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。合成具有生物活性的分子，可帮助人类揭示生命的奥秘。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。课堂检测1．由下列事实得出的结论错误的是（

）A．维勒利用无机物合成了尿素，突破了无机物与有机物的界限B．门捷列夫在前人工作的基础上发现了元素周期律，表明科学研究既要继承又要创新C．C60是英国和美国化学家共同发现的，体现了国际科技合作的重要性D．1998年，科恩和波普尔因理论化学方面的贡献获诺贝尔化学奖，意味着化学已成为以理论研究为主的学科答案：D2．通过对物质结构与性质的研究，能够解决许多问题。在生命科学领域，下列不能通过研究结构与性质的关系加以解决的问题是(

)A．酶的催化机理B．手性生物分子与手性药物的作用机制C．指甲的长短与手指的灵活性的关系D．抗癌药物的设计与筛选答案：C解析：结构是内在的，而不是外在的，指甲可以改变，C项错。3．科学研究发现铂的两种化合物(短线表示化学键)有不同的特性，其中a具有抗癌作用，而b没有；a是极性分子而b是非极性分子。则下列说法正确的是(

)A．a、b分子中，Pt原子与2个Cl原子、2个N原子间形成的结构与CH2Cl2相似B．a