《1.2 物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的范式和方法1.3 物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的意義》參考課件

專題1揭示物質(zhì)結(jié)構(gòu)的奧秘第二單元物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的范式和方法1．認(rèn)識物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的兩種范式及其相互關(guān)系。2．能舉例說明物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究方法在物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究中所起的重要作用。3．初步學(xué)會從宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知等角度解決化學(xué)問題。學(xué)習(xí)目標(biāo)物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的范式與方法分類物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的范式歸納范式演繹范式物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的方法實驗方法模型方法假說方法物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的范式1．歸納范式過程為“從個別到一般”。即：根據(jù)事實進(jìn)行概括歸納，抽象出共同點，上升為本質(zhì)規(guī)律。歸納法應(yīng)用實例個別性質(zhì)一般規(guī)律通過甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)等的分子式通過1～20號元素的原子核外電子排布認(rèn)識前20號元素對應(yīng)原子結(jié)構(gòu)的不同通過研究含有雙鍵和三鍵不飽和烴的加成反應(yīng)和氧化反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)不飽和鍵具有不穩(wěn)定性質(zhì)總結(jié)出飽和烷烴的通式為CnH2n＋2總結(jié)出元素核外電子排布規(guī)律，解釋同族元素性質(zhì)相似原因根據(jù)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系歸納出這類有機(jī)物的通性2．演繹范式演繹范式的過程通常為“從一般到個別”。即從某一個一般結(jié)論出發(fā)，向從屬于這一結(jié)論的多個要素進(jìn)行推理的過程。演繹法應(yīng)用實例：一般規(guī)律個別性質(zhì)門捷列夫建立了元素周期表根據(jù)鈉原子最外電子層上1個電子極易失去表現(xiàn)出強(qiáng)還原性的特點水是極性較強(qiáng)的分子，水分子間存在較強(qiáng)的氫鍵，水分子即可為生成氫鍵提供H，又有孤電子對接受H人們發(fā)現(xiàn)了“類鋁”(鎵)，“類硼”(鉈)，“類硅”(鍺)。推出同族半徑更大的鉀、銣、銫元素具有更強(qiáng)的還原性的結(jié)論CH3CH2OH、CH3COOH和水相似，均可通過氫鍵與水結(jié)合，在水中的溶解度較大；碳?xì)浠衔飿O性較小，也難以和水形成氫鍵，在水中溶解度很小，這就是著名的“相似相溶規(guī)則”3．歸納與演繹的關(guān)系一般先歸納后演繹?！皩嶒灐僬f——理論——新實驗”的本質(zhì)就是從個別到一般，再到個別的過程。歸納需要演繹作指導(dǎo)，以解決歸納研究的目的性、方向性和結(jié)果的正確性問題；演繹需要?dú)w納提供前提。在演繹的指導(dǎo)下歸納，在歸納的基礎(chǔ)上演繹，兩者相互聯(lián)系、互為前提。分析思考判斷下列說法是否正確。①由元素周期表發(fā)現(xiàn)新的元素屬于歸納范式。(

)提示：從一般到個別是演繹范式。②由硅是半導(dǎo)體材料推斷錫也是半導(dǎo)體材料。(

)提示：硅在金屬與非金屬分界線上，而錫是典型的金屬材料。③歸納范式和演繹范式均為獨(dú)立的研究方法，不能融合。(

)提示：研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)需要各種范式結(jié)合?！痢痢廖镔|(zhì)結(jié)構(gòu)研究的方法物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的方法借助科學(xué)儀器等物質(zhì)手段科學(xué)假說與論證借助化學(xué)研究的的方法實驗?zāi)Ｐ徒?gòu)1．科學(xué)假設(shè)和論證（1）觀察：運(yùn)用感官或借助儀器觀察物質(zhì)的宏觀表現(xiàn)。（2）假設(shè)：根據(jù)已有知識，對所研究的事物或現(xiàn)象作出初步的解釋。（3）論證：通過實驗進(jìn)行驗證，若實驗證明假設(shè)正確，接受假設(shè)；若實驗不支持假設(shè)，對假設(shè)進(jìn)行修改，并設(shè)計新的實驗進(jìn)行反復(fù)驗證。（4）理論：將實驗證明正確的假設(shè)通過建立理論組織起來，成為知識體系。1825年，英國科學(xué)家法拉第首先發(fā)現(xiàn)了苯。德國化學(xué)家凱庫勒經(jīng)過大量猜想假設(shè)，與1865年提出了六元環(huán)結(jié)構(gòu)。經(jīng)過后人的驗證，確認(rèn)了苯具有六元環(huán)結(jié)構(gòu)。2．實驗方法化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，人們往往需要借助實驗觀測的事實對假設(shè)的正確與否進(jìn)行檢驗。實驗方法實例：實驗方法意義盧瑟福的α粒子散射實驗光學(xué)顯微鏡、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡等儀器出現(xiàn)，各種光譜和晶體X射線衍射實驗應(yīng)用于研究原子、分子和晶體結(jié)構(gòu)啟迪人們用轟擊和對撞的實驗來研究物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提供了一種研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的思想方法使原子和分子的微觀世界不斷被揭示晶體的X射線衍射測定物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)的儀器3．模型方法（1）含義：科學(xué)家運(yùn)用一定邏輯推理與模型思維對實驗結(jié)果進(jìn)行處理。（2）方法：模型既可以是對原型的簡化和純化、抽象和近似，也可以是結(jié)合某種理論形態(tài)下建立的思維模型。（3）分類：實物模型：可觀察到的物質(zhì)的宏觀模型微觀結(jié)構(gòu)模型：物質(zhì)微觀層次結(jié)構(gòu)，難以直接觀察到，需要通過思維加工使抽象化的微觀世界以可視化的形式展現(xiàn)出來宏觀模型和微觀結(jié)構(gòu)模型（4）作用：①對溝通科學(xué)現(xiàn)象與其本質(zhì)的認(rèn)識過程，起到重要的橋梁作用。②利用模型深刻地認(rèn)識物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)特點，揭示結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，是模型研究的重要功能。分析思考判斷下列說法是否正確。①理論都是正確的，不需要修改。(

)提示：當(dāng)反?，F(xiàn)象大量出現(xiàn)，而原有理論又不能很好地做出解釋時，就需要對原有理論加以修改。②模型就是對物質(zhì)真實形狀的加工。(

)提示：微觀結(jié)構(gòu)模型是通過思維加工使抽象的微觀世界以可視化的形式展現(xiàn)出來，不能說是對物質(zhì)真實形狀的加工。③實驗法只能通過化學(xué)實驗才能實現(xiàn)。(

)提示：物理實驗、通過儀器研究也是實驗法?！痢痢琳n堂檢測1．在探索微觀世界的過程中，科學(xué)家們常通過提出假說來把握物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及特點，不斷拓展認(rèn)識的新領(lǐng)域。關(guān)于假說，下列表述中正確的是（

）A．假說是對現(xiàn)實中已知事物或現(xiàn)象的一種簡化處理B．假說是根據(jù)已知的科學(xué)事實和原理對未知領(lǐng)域的事物或現(xiàn)象的本質(zhì)提出的一種推測C．假說是對一個問題的所有幻想和假定D．假說最終都可以變成科學(xué)理論答案：D2．原子結(jié)構(gòu)模型經(jīng)歷了五個主要階段：1803年實心球模型→1904年“葡萄干面包”模型→1911年原子核式結(jié)構(gòu)模型→1913年軌道模型→20世紀(jì)初量子力學(xué)的原子結(jié)構(gòu)模型。對軌道模型貢獻(xiàn)最大的科學(xué)家是（）A．玻爾B．湯姆生C．盧瑟福D．道爾頓答案：A3．化學(xué)中的模型有助于我們形成化學(xué)學(xué)科的思想和方法，其中，實物模型是依靠物質(zhì)的基本形態(tài)所做的模仿。下列屬于實物模型的是（）

A．盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型B．CH4分子的結(jié)構(gòu)模型

C．氧化汞受熱分解示意圖D．接觸法制硫酸示意圖答案：D第三單元物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的意義專題1揭示物質(zhì)結(jié)構(gòu)的奧秘1．認(rèn)識物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究對各種性能的新物質(zhì)發(fā)現(xiàn)、設(shè)計和合成的重要意義。2．感受物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究對推動人類文明作出的巨大貢獻(xiàn)。學(xué)習(xí)目標(biāo)人類物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索和研究1811年，意大利科學(xué)家阿伏加德羅提出了分子的概念，認(rèn)為氣體分子可以有幾個原子組成。1860年，確立了“原子——分子論”，即原子按一定方式結(jié)合成分子，分子組成物質(zhì)，分子的結(jié)構(gòu)決定了分子的性質(zhì)。1869年，俄國化學(xué)家門捷列夫發(fā)現(xiàn)了元素周期律，有助于從理論上指導(dǎo)化學(xué)元素的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用。19世紀(jì)中葉，碳原子的四價、有機(jī)物中碳原子成鍵的立體結(jié)構(gòu)、有機(jī)化合物分子中價鍵的飽和性相繼被發(fā)現(xiàn)，為有機(jī)立體化學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的意義（1）認(rèn)識物質(zhì)結(jié)構(gòu)，可以幫助我們認(rèn)識物質(zhì)的性能。（2）研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)，能夠為設(shè)計和合成新物質(zhì)提供理論基礎(chǔ)。（3）揭示物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，可幫助我們預(yù)測新物質(zhì)的性能。（4）研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)，能幫助我們了解材料的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。（5）物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究，使生命科學(xué)在分子水平上探索生命現(xiàn)象的本質(zhì)。（6）物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究對保護(hù)生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索1．探索生命運(yùn)動的化學(xué)機(jī)理20世紀(jì)經(jīng)典生物學(xué)的最大突破是在分子水平上探索生命現(xiàn)象的本質(zhì)。研究配體小分子和受體生物大分子相互作用機(jī)理，有助于進(jìn)行手性生物分子和手性藥物的開發(fā)。研究食草動物胃內(nèi)的酶是如何把植物纖維分解為小分子的，為充分利用自然界中的植物纖維資源打下基礎(chǔ)。合成具有生物活性的分子，可幫助人類揭示生命的奧秘。了解生物體內(nèi)信息分子的運(yùn)動規(guī)律和生理調(diào)控的化學(xué)機(jī)理，創(chuàng)造“新陳代謝”的目標(biāo)。2．化學(xué)反應(yīng)的量子力學(xué)理論的發(fā)展量子化學(xué)是結(jié)構(gòu)化學(xué)最重要的理論基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)化學(xué)是量子化學(xué)最直接的實驗基礎(chǔ)和推動力量。3．物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究對于保護(hù)生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展亦具有重大意義。課堂檢測1．由下列事實得出的結(jié)論錯誤的是（

）A．維勒利用無機(jī)物合成了尿素，突破了無機(jī)物與有機(jī)物的界限B．門捷列夫在前人工作的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了元素周期律，表明科學(xué)研究既要繼承又要創(chuàng)新C．C60是英國和美國化學(xué)家共同發(fā)現(xiàn)的，體現(xiàn)了國際科技合作的重要性D．1998年，科恩和波普爾因理論化學(xué)方面的貢獻(xiàn)獲諾貝爾化學(xué)獎，意味著化學(xué)已成為以理論研究為主的學(xué)科答案：D2．通過對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的研究，能夠解決許多問題。在生命科學(xué)領(lǐng)域，下列不能通過研究結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系加以解決的問題是(

)A．酶的催化機(jī)理B．手性生物分子與手性藥物的作用機(jī)制C．指甲的長短與手指的靈活性的關(guān)系D．抗癌藥物的設(shè)計與篩選答案：C解析：結(jié)構(gòu)是內(nèi)在的，而不是外在的，指甲可以改變，C項錯。3．科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)鉑的兩種化合物(短線表示化學(xué)鍵)有不同的特性，其中a具有抗癌作用，而b沒有；a是極性分子而b是非極性分子。則下列說法正確的是(

)A．a(chǎn)、b分子中，Pt原子與2個Cl原子、2個N原子間形成的結(jié)構(gòu)與CH2Cl2相似B．a(chǎn)