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(共22张PPT)
　第二单元　物质结构研究的范式与方法
专题1　揭示物质结构的奥秘
1.认识物质结构研究的两种范式及其相互关系。
2.能举例说明科学假设和论证、实验方法、模型方法等在物质结构研究中所起的重要作用(重、难点)。
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。
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。
[学习目标]
一、物质结构研究的范式
归纳范式
演绎范式
物质结构研究的范式
由个别到一般
由一般到个别
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。
一、物质结构研究的范式
1. 归纳范式
饱和烷烃的通式：
CnH2n+2
观察下列有机物的分子式，你能得出饱和烷烃的通式吗？
甲烷（CH4） 乙烷（C2H6） 丙烷（C3H8） 丁烷（C4H10） ……
(1)归纳范式的过程
个别
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。
一、物质结构研究的范式
1. 归纳范式
(2)归纳范式的应用
有机物通式的归纳
元素核外电子排布规律的归纳
有机物通性的归纳
甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)链状烷烃的通式CnH2n+2 。
通过比较1~20号元素的原子核外电子排布，从中归纳出元素核外电子排布的规律，并从结构上解释了同族元素性质相似的原因。
通过大量含双键和三键的不饱和烃的性质，归纳出此类有机物的通性，即易发生加成反应、氧化反应。
一、物质结构研究的范式
2. 演绎范式
(1)演绎范式的过程
一般
个别
即：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。
(2)演绎范式的应用
①利用元素理论，发现新元素。
人们于1875年发现了“类铝”(镓)
1879年发现了“类硼”(钪)
1886年发现了“类硅”(锗)
一、物质结构研究的范式
2. 演绎范式
(2)演绎范式的应用
②根据元素周期律和微粒间作用力的特征，预测物质可能具有的某些性质。
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
③“相似相溶规则”的应用。
一、物质结构研究的范式
3.归纳和演绎的关系
(1)一般先归纳后演绎
两者不是孤立使用的，在实际研究中常常融合在一起
“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，两者互相联系、互为前提。
一、物质结构研究的范式
应用体验
1.正误判断
(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
×
√
×
√
一、物质结构研究的范式
应用体验
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)。
[BO2
1 2 3 4 5
C2H4 C2H6 C2H6O C2H4O2 C3H6
6 7 8 9 10
C3H8 C3H8O C3H6O2 C4H8 C4H10
(2)分析下表中各项的排布规律，按此规律排布第26项应为　　　　。
C8H18
二、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
科学假设和论证
借助化学研究的的方法
实验
模型建构
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，对揭示原子内部结构的奥秘具有极为重要的作用。道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔等人提出的原子结构模型对人类探索物质结构作出了巨大贡献。
二、物质结构研究的方法
1.科学假设和论证
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，再经过后人的验证，最终形成了大家所熟悉的凯库勒式。
这一研究过程是化学史上提出假说、推断和得出结论的典型实例。
二、物质结构研究的方法
观察
假设
实验
理论
修正后的理论
修正
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：通过不断的重复实验进行论证。
④建立理论：理论是建立在大量的观察基础之上并为实验所证实的解释。
⑤修正理论：当反常现象大量出现，而原有理论又不能很好地作出解释时，就需对原有理论加以修改，甚至需要提出新的理论。
(1)研究问题的步骤
1.科学假设和论证
二、物质结构研究的方法
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。
(1)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。
(2) 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，其实验方法和实验技术均取得了很大的进步。
二、物质结构研究的方法
3.模型方法
科学家需要运用一定的逻辑推理与模型思维对实验结果进行处理。常见的模型有宏观模型和微观结构模型。
宏观模型
微观结
构模型
可观察到的物体的实物模型。
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。
如汽车模型、飞机模型和建筑模型等。
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
二、物质结构研究的方法
3.模型方法
(1)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
二、物质结构研究的方法
3.模型方法
(2)模型研究的重要功能：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。
乙烯、乙炔的球棍模型
二、物质结构研究的方法
应用体验
1.正误判断
(1)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
(2)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
(3)17世纪发明光学显微镜，能观察分子层次的物质结构
(4)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
×
×
×
×
二、物质结构研究的方法
应用体验
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，有如下表述，其中正确的是
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
√
二、物质结构研究的方法
应用体验
3.抗疟特效药青蒿素最早是从青蒿中提取出来的，化学家在青蒿素的基础上又合成了疗效更好的双氢青蒿素。从青蒿素的发现到双氢青蒿素的应用，涉及下列工作：
①提取青蒿素
②研究青蒿素的分子组成及结构
③研究青蒿素的合成方法，并不断改进合成路线
④适当改变青蒿素的结构以使其药效更好
其中化学工作者必须做的有
A.①② B.①②③ C.②③④ D.①②③④
√
自我测试
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、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。
原子核
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。
正
排斥
大于
(2)这是利用了物质结构研究的什么方法？　 　。
实验方法
本课结束

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