2022-2023學年高中物理 2.4 實物是粒子還是波 滬科選修3-5

第2章波和粒子2.4實物是粒子還是波學習目標定位1.知道實物粒子具有波動性，知道什么是物質波.2.了解物質波也是一種概率波.3.初步了解不確定關系．知識儲備區(qū)4．(1)運動

物質(2)知識鏈接新知呈現(xiàn)1．波粒

二象性2．干涉

衍射

光電效應

康普頓效應3．波動

粒子

波動知識儲備區(qū)(3)①晶體

衍射

②衍射環(huán)(4)大

小5．(1)不確定(2)粒子位置的不確定量在x方向動量的不確定量(3)同時學習探究區(qū)一、對物質波的理解二、不確定關系一、對物質波的理解問題設計閱讀課本，回答：1．如何理解德布羅意波？如何理解實驗粒子的波粒二象性？2．我們觀察不到宏觀物體波動性的原因是什么？答案見要點提煉．要點提煉1．任何運動著的物體，小到電子、質子，大到行星、太陽，都有一種波與之相伴隨，這種波稱為物質波．物質波波長的計算公式為λ＝

.2．德布羅意假說是光的波粒二象性的推廣，即光子和實物粒子都既具有粒子性，又具有

，即具有波粒二象性．與光子對應的波是

波，與實物粒子對應的波是

波．波動性電磁物質3．德布羅意波是一種概率波，粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受

規(guī)律支配，不要以宏觀觀點中的波來理解德布羅意波．4．我們之所以看不到宏觀物體的波動性，是因為宏觀物體的動量太大，德布羅意波長太

的緣故．波動小例1下列關于德布羅意波的認識，正確的解釋是(

)A．任何一個物體都有一種波和它對應，這就是物質波B．X光的衍射證實了物質波的假設是正確的C．電子的衍射證實了物質波的假設是正確的D．宏觀物體運動時，看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，所以宏觀

物體不具有波動性解析運動著的物體才具有波動性，A項錯誤．宏觀物體由于動量太大，德布羅意波長太小，所以看不到它的干涉、衍射現(xiàn)象，但仍有波動性，D項錯；X光是波長極短的電磁波，是光子，它的衍射不能證實物質波的存在，B項錯．只有C項正確．答案

C例2如果一個中子和一個質量為10g的子彈都以103m/s的速度運動，則它們的德布羅意波的波長分別是多大？(中子的質量為1.67×10－27kg)解析中子的動量為p1＝m1v子彈的動量為p2＝m2v將m1＝1.67×10－27kg，v＝103m/sh＝6.63×10－34J·s，m2＝1.0×10－2kg代入上面兩式可解得λ1＝4.0×10－10m，λ2＝6.63×10－35m答案

4.0×10－10m

6.63×10－35m返回二、不確定關系在經典物理學中，物體的位置和動量是可以同時精確測定的，對于微觀粒子，它的位置和動量能同時被精確測定嗎？能用“軌道”來描述粒子的運動嗎？試以光的衍射為例加以說明．答案

不能．微觀粒子的位置和動量不能同時被精確測定．在粒子的衍射現(xiàn)象中，設有粒子通過狹縫后落在屏上，狹縫寬度為d(用坐標表示為Δx)，那么某個粒子通過狹縫時位于縫中的哪一點是不確定的，不確定的范圍為Δx；由于微觀粒子具有波動性，問題設計經過狹縫后會發(fā)生衍射，有些粒子會偏離原來的運動方向跑到了投影位置以外的地方，這就意味著粒子有了與原來運動方向垂直的動量(位于與原運動方向垂直的平面上)．又由于粒子落在何處是隨機的，所以粒子在垂直于運動方向的動量具有不確定性，不確定量為Δpx.根據(jù)Δx·Δpx≥知，如果Δx更小，則Δpx更大，也就是不可能同時準確地知道粒子的位置和動量，因而也就不可能用“軌跡”來描述粒子的運動．要點提煉1．微觀粒子運動的位置不確定量Δx和動量的不確定量Δpx的關系式為

，其中h是

，這個關系式叫不確定關系．2．不確定關系告訴我們，如果要更準確地確定粒子的位置(即Δx更小)，那么動量的測量一定會

(即Δpx更大)，也就是說，不可能同時準確地知道粒子的

和

，也不可能用“軌道”來描述粒子的運動．普朗克常量更不準確位置動量例3一顆質量為10g的子彈，具有200m/s的速率，若其動量的不確定范圍為其動量的0.01%(這在宏觀范圍是十分精確的)，則該子彈位置的不確定量范圍為多大？解析子彈的動量p＝mv＝0.01×200kg·m/s＝2kg·m/s，動量的不確定范圍Δpx＝0.01%×p＝2×10－4kg·m/s；由不確定關系ΔxΔpx≥，得子彈位置的不確定范圍答案見解析返回課堂要點小結返回實物是粒子還是波自我檢測區(qū)12341．下列關于物質波的說法中正確的是(

)A．實物粒子具有粒子性，在任何條件下都不可能表現(xiàn)出波動性B．宏觀物體不存在對應波的波長C．電子在任何條件下都能表現(xiàn)出波動性D．微觀粒子在一定條件下能表現(xiàn)出波動性1234D2．關于不確定關系ΔxΔpx≥有以下幾種理解，正確的是(

)A．微觀粒子的動量不可確定B．微觀粒子的位置不可確定C．微觀粒子的動量和位置不可同時確定D．不確定關系不僅適用于電子和光子等微觀粒子，也適用于宏

觀物體12341234解析本題主要考查不確定關系ΔxΔpx≥的理解，不確定關系表示確定位置、動量的精度相互制約，此長彼消，當粒子的位置不確定更小時，粒子動量的不確定更大；反之亦然，故不能同時準確確定粒子的位置和動量，不確定關系是自然界中的普遍規(guī)律，對微觀世界的影響顯著，對宏觀世界的影響可忽略，故C、D正確．答案

CD3．一質量為450g的足球以10m/s的速度在空中飛行；一個初速度為零的電子，通過電壓為100V的加速電場．試分別計算它們的德布羅意波長．1234解析

電子經電場加速后，速度增加為v2，根據(jù)動能定理有答案

1.47×10－34m

1.2×10－10m12344．設子彈的質量為0.01kg，槍口直徑為0.5cm，試求子彈射出槍口時橫向速度的不確定量．1234解析槍口直徑可以當作子彈射出槍口位置的不確定量Δx，由于Δpx＝mΔvx，由不確定關系式得子彈射出槍口時橫向速度的不確定量答案

1.06×10－30m/s第二單元配合物的形成和應用課程標準導航1.了解人類對配合物結構認識的歷史。2.知道簡單配合物的基本組成和形成條件。3.掌握配合物的結構與性質之間的關系。4.認識配合物在生產生活和科學研究方面的廣泛應用。新知初探自學導引自主學習(2)配位鍵：共用電子對由一個原子單方向提供而跟另一個原子共用的共價鍵叫配位鍵。配位鍵可用A→B形式表示，A是_________________的原子，叫做電子對給予體，B是____________________的原子叫接受體。(3)形成配位鍵的條件提供孤電子對接受孤電子對①有能夠提供_______________的原子，如______________等。②另一原子具有能夠接受__________的空軌道，如___________________________等。孤電子對N、O、F孤電子對Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋想一想1.在水溶液中，Cu2＋與氨分子是如何結合成［Cu(NH3)4］2＋的呢？2.配位化合物(1)寫出向CuSO4溶液中滴加氨水，得到深藍色溶液整個過程的反應離子方程式。____________________________________;___________________________________________________________________________.Cu(OH)2+4NH3·H2O===［Cu(NH3)4］2++2OH-+4H2O(2)［Cu(NH3)4］SO4的名稱為_______________________,它的外界為__________，內界為________________，中心原子為______，配位體為_______分子，配位數(shù)為_______。(3)配合物的同分異構體：含有兩種或兩種以上配位體的配合物，若配位體在____________________不同，就能形成不同幾何構型的配合物，如Pt(NH3)2Cl2存在______和______兩種異構體。硫酸四氨合銅［Cu(NH3)4］2＋Cu2+NH34空間的排列方式順式反式想一想2.順式Pt(NH3)2Cl2和反式Pt(NH3)2Cl2的化學式相同，它們的性質也相似嗎？提示：不同，由于結構不同，所以其化學性質不相同。二、配合物的應用1.在實驗研究中，人們常用形成配合物的方法來檢驗__________、分離物質、定量測定物質的組成。(1)向AgNO3溶液中逐滴加入氨水的現(xiàn)象為:_________________________________。產生的配合物是____________________。金屬離子先生成沉淀，然后沉淀再溶解［Ag(NH3)2］OH(2)向FeCl3溶液中滴入KSCN溶液的現(xiàn)象：____________________________。產生的配合物是______________。2.在生產中，配合物被廣泛用于________、______、___________、___________領域。3.生命體中的許多金屬元素都以配合物形式存在。4.配合物在醫(yī)療方面應用也很廣泛。5.模擬生物固氮也與配合物有關。有血紅色溶液出現(xiàn)Fe(SCN)3染色電鍍硬水軟化金屬冶煉自主體驗1.配合物［Zn(NH3)4］Cl2的中心原子的配位數(shù)是()A.2 B.3C.4 D.5解析：選C。配合物［Zn(NH3)4］Cl2的中心原子是Zn2＋，配位體是NH3，配位數(shù)是4。2.下列不能形成配位鍵的組合是()A.Ag＋、NH3 B.H2O、H＋C.Co3＋、CO D.Ag＋、H+解析：選D。配位鍵的形成條件必須是一方能提供孤電子對，另一方能提供空軌道，A、B、C三項中，Ag＋、H＋、Co3＋能提供空軌道，NH3、H2O、CO能提供孤電子對,所以能形成配位鍵，而D項Ag＋與H＋都只能提供空軌道，而無法提供孤電子對,所以不能形成配位鍵。3.下列不屬于配離子的是()A.［Ag(NH3)2］＋ B.［Cu(CN)4］2－C.［Fe(SCN)6］3－ D.MnO－4解析：選D。MnO－4無配位原子。4.向下列配合物的水溶液中加入AgNO3溶液,不能生成AgCl沉淀的是()A.［Co(NH3)4Cl2］Cl B.［Co(NH3)3Cl3］C.［Co(NH3)6］Cl3 D.［Co(NH3)5Cl］Cl2解析：選B。在配合物中，內界以配位鍵結合很牢固，難以在溶液中電離；內界和外界之間以離子鍵相結合，在溶液中能夠完全電離。不難看出A、C、D三項中配合物在水中均電離產生Cl-，而B項無外界離子，不能電離。要點突破講練互動探究導引1指出配合物[Pt(NH3)4Cl2]Cl2的配離子、中心離子、配位體、配位數(shù)及配位原子。提示：配離子指配合物的內界，中心原子指提供空軌道的原子或離子，要點一配合物的組成和結構配位體指提供孤電子對的分子或離子，配位數(shù)是配位體的總個數(shù)，配位原子指配位體中提供孤電子對的原子。配合物[Pt(NH3)4Cl2]Cl2的配離子為[Pt(NH3)4Cl2]2＋,中心原子是Pt4＋，配位體是NH3、Cl－，配位數(shù)為6，配位原子為N和Cl。探究導引2配離子[Ag(NH3)2]＋是如何形成的？提示：配離子[Ag(NH3)2]＋是由Ag＋和NH3分子反應生成的，由于Ag＋空的5s軌道和5p軌道形成sp雜化軌道，接受2個NH3分子提供的孤電子對，形成直線形的[Ag(NH3)2]＋，該過程圖示如下。

要點歸納1.配合物的組成內界：中心體(原子或離子)與配位體，以配位鍵成鍵。外界：與內界電荷平衡的相反離子。有些配合物不存在外界，如[PtCl2(NH3)2]、[CoCl3(NH3)3]等。另外，有些配合物是由中心原子與配位體構成，如[Ni(CO)4]、[Fe(CO)5]等。2.配合物的結構配位數(shù)雜化軌道類型空間構型結構示意圖實例2sp直線形[Ag(NH3)2]＋[Cu(NH3)2]＋配位數(shù)雜化軌道類型空間構型結構示意圖實例4sp3正四面體形[Zn(NH3)4]2＋[ZnCl4]2－dsp2(sp2d)平面正方形[Ni(CN)4]2－[Cu(NH3)4]2＋6sp3d2(d2sp3)正八面體[AlF6]3－[Co(NH3)6]3＋即時應用1.化學家維多克·格利雅因發(fā)明了格氏試劑(RMgX)而榮獲諾貝爾化學獎。RMgX是金屬鎂和鹵代烴反應的產物，它在醚的稀溶液中以單體形式存在，并與二分子醚絡合，在濃溶液中以二聚體存在，結構如下圖：上述2種結構中均存在配位鍵，把你認為是配位鍵的用“→”在結構圖中標出。解析:配位鍵是由孤電子對與空軌道形成的,Mg最外層有兩個電子，可以與R、X形成離子鍵，而O原子中存在孤電子對，所以兩個O(C2H5)2可以與Mg形成配位鍵。在二聚體中，同理，一個Mg與R、X相連，則另外一個X和O(C2H5)2，則與Mg形成配位鍵。答案：要點二配合物的性質探究導引現(xiàn)有兩種配合物晶體[Co(NH3)6]Cl3和[Co(NH3)5Cl]Cl2，一種為橙黃色，另一種為紫紅色。請設計實驗方案將這兩種配合物區(qū)別開來。提示：在[Co(NH3)6]Cl3中Co3＋與6個NH3分子配合成[Co(NH3)6]3＋，3個Cl－都是外界離子。而[Co(NH3)5Cl]Cl2中Co3＋與5個NH3分子和1個Cl－配合成[Co(NH3)5Cl]2＋,只有兩個Cl－是外界離子。由于配合物中內界以配位鍵結合很牢固，難以在溶液中電離，而內界和外界之間以離子鍵結合，在溶液中能夠完全電離。不難看出，相同質量的兩種晶體在溶液中能夠電離出的Cl－數(shù)是不同的，我們可以利用這一點進行鑒別。要點歸納1.配合物的顏色：當簡單離子形成配合物時,其性質往往有很大的差異，顏色發(fā)生改變就是一種常見的現(xiàn)象，多數(shù)配離子都有顏色，如[Fe(SCN)6]3－為血紅色、[Cu(NH3)4]2＋為深藍色、[Cu(H2O)4]2＋為藍色、[CuCl4]2－為黃色、[Fe(C6H6O)6]3－為紫色等等。我們根據(jù)顏色的變化就可以判斷配離子是否生成，如Fe3＋離子與SCN－離子在溶液中可生成配位數(shù)為1～6的硫氰合鐵(Ⅲ)配離子，這種配離子的顏色是血紅色的，反應如下：Fe3＋＋nSCN－====[Fe(SCN)n]3－n，實驗室通常用這一方法檢驗鐵離子的存在。2.配合物的溶解性:有的配合物易溶于水，如[Ag(NH3)2]OH、[Cu(NH3)4]SO4、Fe(SCN)3等。利用配合物的這一性質，可將一些難溶于水的物質如AgOH、AgCl、Cu(OH)2等溶解在氨水中形成配合物。如在照相底片的定影過程中，未曝光的AgBr常用硫代硫酸鈉(Na2S2O3)溶解，反應的化學方程式為：AgBr＋2Na2S2O3====Na3[Ag(S2O3)2]＋NaBr。金和鉑之所以能溶于王水中，也是與生成配合物的溶解性有關，反應式為：Au＋HNO3＋4HCl====H[AuCl4]＋NO↑＋2H2O，3Pt＋4HNO3＋18HCl====3H2[PtCl6]＋4NO↑＋8H2O。配合物的顏色和溶解性還與配合物的空間結構有關，如順式[Pt(NH3)2Cl2]和反式[Pt(NH3)2Cl2]的溶解性和顏色等性質有一定的差異，其中順式[Pt(NH3)2Cl2]為極性分子,根據(jù)相似相溶原理,它在水中的溶解度較大,具體情況見前面的表格。3.配合物的穩(wěn)定性：配合物具有一定的穩(wěn)定性，配合物中的配位鍵越強,配合物越穩(wěn)定.當作為中心原子的金屬離子相同時，配合物的穩(wěn)定性與配位體的性質有關。例如，血紅素中的Fe2＋與CO分子形成的配位鍵比Fe2＋與O2分子形成的配位鍵強，因此血紅素中的Fe2＋與CO分子結合后，就很難再與O2分子結合，血紅素就失去了輸送氧氣的功能，從而導致人體CO中毒。即時應用2.配合物CrCl3·6H2O的中心原子Cr3＋的配位數(shù)為6，H2O和Cl－均可作配位體，H2O、Cl－和Cr3＋有三種不同的連接方式，形成三種物質：一種呈紫羅蘭色、一種呈暗綠色、一種呈亮綠色。將它們配成相同物質的量濃度溶液，各取相同體積的溶液，向其中分別加入過量的AgNO3溶液，完全反應后，所得沉淀的物質的量之比為3∶2∶1。(1)請推斷出三種配合物的內界，并簡單說明理由；(2)寫出三種配合物的電離方程式。解析：CrCl3·6H2O的中心原子Cr3＋的配位數(shù)為6，H2O和Cl－均可作配位體，則其化學式可表示為：[Cr(H2O)6－nCln]Cl3－n·nH2O，當其與AgNO3反應時，只有外界的氯離子可形成AgCl沉淀，再根據(jù)它們與AgNO3反應時生成AgCl沉淀的物質的量之比為3∶2∶1，可知分別有3個氯離子、2個氯離子、1個氯離子在外界，進而可分別寫出各自的化學式，紫羅蘭色：[Cr(H2O)6]Cl3，暗綠色：[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O，亮綠色：[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O，再分別寫出其內界.答案:(1)紫羅蘭色：[Cr(H2O)6]3＋,暗綠色：[Cr(H2O)5Cl]2＋，亮綠色：[Cr(H2O)4Cl2]＋.根據(jù)它們與AgNO3反應時生成沉淀的物質的量之比為3∶2∶1，可知分別有3個氯離子、2個氯離子、1個氯離子在外界。(2)[Cr(H2O)6]Cl3====[Cr(H2O)6]3＋