1、3 氢原子光谱,一、光谱 1.定义:用_或棱镜可以把各种颜色的光按_展 开,获得光的波长(频率)和_的记录。 2.分类:(1)线状谱:光谱是一条条的_。 (2)连续谱:光谱是_的光带。,光栅,波长,强度分布,亮线,连在一起,3.特征谱线:各种原子的发射光谱都是_,说明原 子只发出几种_的光,不同原子的亮线位置 _,说明不同原子的_不一样,光谱中的亮 线称为原子的_。,线状谱,特定频率,不同,发光频率,特征谱线,4.应用:利用原子的_,可以鉴别物质和确定物 质的_,这种方法称为_,它的优点是灵 敏度高,样本中一种元素的含量达到10-10g时就可以被 检测到。,特征谱线,组成成分,光谱分析,二、氢
2、原子光谱的实验规律 1.许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的,因此 光谱研究是探索_的一条重要途径。 2.气体放电管:玻璃管中稀薄气体的分子在强电场的作 用下会_,成为自由移动的正负电荷,于是气体变成 _,导电时会_。这样的装置叫作_。,原子结构,电离,导体,发光,气体放电管,3.巴耳末公式: = (n=3,4,5) 其中R叫里德伯常量,其值为R=1.10107m-1。,4.巴耳末公式的意义:以简洁的形式反映了氢原子的 线状光谱,即辐射波长的_特征。,分立,三、经典理论的困难 1.核式结构模型的成就:正确地指出了_的存在, 很好地解释了_散射实验。 2.经典理论的困难:经典物理学既无法解释
3、原子的 _,又无法解释原子光谱的_。,原子核,粒子,稳定性,分立特征,【预习诊断】 1.请判断下列说法的正误。 (1)各种原子的发射光谱都是线状谱,并且只能发出几个特定的频率。( ) (2)可以利用光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分。( ),(3)光是由原子核内部的电子运动产生的,光谱研究是探索原子核内部结构的一条重要途径。( ) (4)稀薄气体的分子在强电场的作用下会变成导体并发光。( ) (5)巴耳末公式中的n既可以取整数也可以取小数。( ),(6)经典物理学很好地解释原子的稳定性。( ) (7)经典物理学无法解释原子光谱的分立特征。( ) (8)经典物理学可以很好地应用于宏观世界,也
4、能解释原子世界的现象。( ),提示:(1)。各种原子的发射光谱都是线状谱,并且只能发出几个特定的频率,因此这些亮线称为原子的特征谱线。 (2)。因为每种原子都有自己的特征谱线,所以可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分。,(3)。光是由原子内部的电子运动产生的,光谱研究是探索原子内部结构的一条重要途径。 (4)。稀薄气体的分子在强电场的作用下会电离,成为自由移动的正负电荷,于是气体变成导体,导电时会发光。 (5)。巴耳末公式中的n只取整数,不能连续取值。,(6)。经典物理学不能解释原子的稳定性。 (7)。按照经典物理学,原子光谱应该是连续的,无法解释原子光谱的分立特征。 (8)。经典物理学可
5、以很好地应用于宏观世界,但不能解释原子世界的现象,必须引入新的概念。,2.白炽灯发光产生的光谱是( ) A.连续光谱 B.明线光谱 C.原子光谱 D.吸收光谱,【解析】选A。炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。稀薄气体或金属蒸气的发射光谱是线状谱,它是由处于游离状态的原子发射的,因此也叫原子光谱。高温物体发出的白光通过温度较低的物质时,某些波长的光被该物质吸收后产生的光谱叫吸收光谱。白炽灯发光属于炽热的固体发光,所以发出的是连续光谱。,3.(多选)下列光谱中属于原子光谱的是( ) A.太阳光谱 B.放电管中稀薄汞蒸气产生的光谱 C.白炽灯的光谱 D.酒精灯中燃烧的钠蒸气所产生的光谱
6、,【解析】选B、D。放电管中稀薄汞蒸气产生的光谱,燃烧的钠蒸气产生的光谱分别是由汞蒸气、钠蒸气发光产生的,均是原子光谱,故选项B、D对。,4.(多选)要得到钠元素的特征谱线,下列做法正确的是( ) A.使固体钠在空气中燃烧 B.将固体钠高温加热成稀薄钠蒸汽 C.使炽热固体发出的白光通过低温钠蒸汽 D.使炽热固体发出的白光通过高温钠蒸汽,【解析】选B、C。炽热固体发出的是连续谱,燃烧固体钠不能得到特征谱线,A错误;稀薄气体发光产生线状谱,B正确;强烈的白光通过低温钠蒸汽时,某些波长的光被吸收产生钠的吸收光谱,C正确,D错误。,知识点一 光谱和光谱分析 探究导入: 如图所示为不同物体发出的不同光谱
7、。,(1)钨丝白炽灯的光谱与其他三种光谱有什么区别? (2)铁电极弧光灯的光谱、氢光谱、钡光谱的特征相同吗?,提示:(1)钨丝白炽灯的光谱是连在一起的光带,叫连续光谱;其他三种光谱是一条条的亮线,叫线状谱。 (2)铁电极弧光灯的光谱、氢光谱、钡光谱的特征不同。,【归纳总结】 1.光谱的分类: (1)发射光谱:物质发光直接获得的光谱,分为连续光谱和线状光谱(或原子光谱)。 (2)吸收光谱:连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱。,2.三种光谱的比较:,3.太阳光谱: (1)太阳光谱的特点:在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线,是一种吸收光谱。,(2)对太阳光谱的解释:阳光中含有各种颜色的光
8、,但当阳光透过太阳的高层大气射向地球时,太阳高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光,然后再向四面八方发射出去,到达地球的这些谱线看起来就暗了,这就形成了连续谱背景下的暗线。,4.光谱分析: (1)优点:灵敏度高,分析物质的最低量达10-10g。 (2)应用。 应用光谱分析发现新元素; 鉴别物体的物质成分:研究太阳光谱时发现了太阳中存在钠、镁、铜、锌、镍等金属元素; 应用光谱分析鉴定食品优劣。,【典例探究】 考查角度1 光谱和光谱分析 【典例1】(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中,正确的是( ),A.太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱 B.煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状
9、谱 C.进行光谱分析时,可以用线状谱,不能用连续光谱 D.我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分,【解题探究】 (1)光谱分析应当使用什么光谱线? 提示:光谱分析应当使用原子的特征谱线,而不能使用连续光谱。,(2)能否利用反射光分析反射物的物质组成? 提示:不能,反射光反映的是发光物体的特征。,【解析】选B、C。太阳光谱中的暗线是太阳发出的连 续谱经过太阳大气层时产生的吸收光谱,正是太阳发出 的光谱被太阳大气层中存在的对应元素吸收所致,白炽 灯发出的是连续谱,选项A错误;月球本身不会发光,靠 反射太阳光才能使我们看到它,所以不能通过光谱分 析鉴别月球的物质成分,选项D错误;光谱分析只能是线 状谱
10、和吸收光谱,连续谱是不能用来进行光谱分析的,所以选项C正确;煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱,选项B正确。,考查角度2 原子光谱的分析和应用 【典例2】对原子光谱,下列说法错误的是( ) A.原子光谱是不连续的 B.由于原子都是由原子核和电子组成的,所以各种原子的原子光谱是相同的,C.各种原子的原子结构不同,所以各种原子的原子光谱也不相同 D.分析物质发光的光谱可以鉴别物质中含哪些元素,【解析】选B。原子光谱为线状谱,A正确;各种原子都有自己的特征谱线,故B错、C对;据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成,D正确。,【过关训练】 1.(多选)(2018临沂高二检测)
11、下列关于光谱的说法正确的是( ) A.连续光谱就是由连续发光的物体产生的光谱,线状谱是线状光源产生的光谱 B.通过对连续谱的光谱分析,可鉴定物质成分,C.连续光谱包括一切波长的光,线状谱只包括某些特定波长的光 D.通过对线状谱的明线光谱分析或对吸收光谱的暗线分析,可鉴定物质成分,【解析】选C、D。连续谱是指光谱由连续分布的一切 波长的光组成的,而不是指光源是连续的。连续谱是由 炽热固体、液体及高压气体发光产生的,同理线状谱是 指光谱是由一些不连续的亮线组成的,由稀薄气体或金 属蒸气所发出的光产生的,而不是指光源是线状的,A 错,C对;光谱分析是根据不同原子都有自己的特征谱线 来鉴别物质和确定物
12、质的组成成分的方法,连续谱含有,一切波长的光,不是原子的特征谱线,不能用来进行光谱分析,而线状谱和吸收光谱都是原子自身的特征谱线,所以可以用来进行光谱分析,鉴定物质成分,其优点是灵敏度很高,在发现和鉴定元素上有着重大的意义,B错,D对。,2.(2018沈阳高二检测)不同元素都有自已独特的光谱线,这是因为各元素的( ) A.原子序数不同 B.原子质量数不同 C.激发源能量不同 D.原子能级不同,【解析】选D。由于不同元素的能级差不同,当原子从高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后两个能级之差。由于原子的能级是分立的,所以放出光子的能量也是分立的,故每种元素都有自己独特的光谱线,故A、B、C错
13、误,D正确。,3.太阳的连续光谱中有许多暗线,它们对应着某些元素的特征谱线。产生这些暗线的原因是( ) A.太阳表面大气层中缺少相应的元素 B.太阳内部缺少相应的元素 C.太阳表面大气层中存在着相应的元素 D.太阳内部存在着相应的元素,【解析】选C。由于对太阳光谱的成因认识不清,易误认为暗线是由于太阳内部缺少相应的元素产生的,因此错误地选择B。实际上太阳内部进行着激烈的热核反应,它发出的连续光谱经过温度比较低的太阳大气层时产生吸收光谱,我们通过对太阳光谱中暗线的分析,把它跟各种原子的特征谱线对照,就知道太阳大气层中含有氢、氮、氦、碳、镁、硅、钙、钠等几十种元素。因此正确答案为C。,【补偿训练】
14、 (多选)通过光栅或棱镜获得物质发光的光谱,光谱( ) A.按光的波长顺序排列 B.按光的频率顺序排列 C.按光子质量的大小排列 D.按光子能量的大小排列,【解析】选A、B、D。由于光谱是将光按波长展开,而波长与频率相对应,故A、B正确;光子没有质量,故C错误;由爱因斯坦的光子说可知,光子的能量与光子频率相对应,D正确。,知识点二 氢原子光谱的实验规律 探究导入: 如图所示为氢原子的光谱。,(1)仔细观察,氢原子光谱具有什么特点? (2)氢原子光谱的谱线波长具有什么规律?,提示:(1)氢原子光谱从左向右谱线间的距离越来越大。 (2)氢原子光谱的谱线波长符合巴耳末公式。,【归纳总结】 1.氢原子
15、光谱的特点:在氢原子光谱图中的可见光区内,由右向左,相邻谱线间的距离越来越小,表现出明显的规律性。,2.巴耳末公式: (1)巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的 公式: (n=3,4,5),该公式称为巴耳末公 式。 (2)公式中只能取n3的整数,不能连续取值,波长是分 立的值。,3.其他谱线:除了巴耳末系,氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线,也都满足与巴耳末公式类似的关系式。,【典例探究】 考查角度1 对巴耳末公式的理解 【典例1】(多选)下列关于巴耳末公式 的 理解,正确的是( ) A.此公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的 B.公式中n可取任意值,故氢原子光谱是连续谱,C.公
16、式中n只能取不小于3的整数值,故氢原子光谱是线状谱 D.公式不但适用于氢原子光谱的分析,也适用于其他原子的光谱,【解析】选A、C。此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的四条谱线中得到的,只适用于氢原子光谱的分析,A对,D错;公式中n只能取大于等于3的整数,不能连续取值,故氢原子光谱是线状谱,B错,C对。,考查角度2 波长的计算 【典例2】根据巴耳末公式,指出氢原子光谱巴耳末线系的最长波长和最短波长所对应的n,并计算其波长。,【解题探究】 (1)试写出巴耳末公式的表达式。 提示: (n=3,4,5)。,(2)波长大小与n的取值大小有何关系? 提示:巴耳末公式中n的取值越小,对应的波长越长;n
17、的取值越大,对应的波长越短。,【解析】对应的n越小,波长越长,故当n=3时,氢原子发光所对应的波长最长。 当n=3时, =1.10107( )m-1 解得1=6.5510-7m。 当n=时,波长最短,= =3.6410-7m。 答案:当n=3时,波长最长为6.5510-7m 当n=时,波长最短为3.6410-7m,【过关训练】 1.(拓展延伸)【典例2】中根据巴耳末公式计算当n=5时氢原子光谱线的波长。,【解析】当n=5时,由巴耳末公式有 =4.3310-7m。 答案:4.3310-7m,2.(多选)巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公 式 (n=3,4,5),对此,下列说法正确的 是( )
18、 A.巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式 B.巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性,C.巴耳末依据氢光谱的分析总结出巴耳末公式 D.巴耳末公式准确反映了氢原子发光的分立性,其波长的分立值并不是人为规定的,【解析】选C、D。由于巴耳末是利用当时已知的、在可见光区的4条谱线做了分析总结出的巴耳末公式,并不是依据核式结构理论总结出来的,巴耳末公式反映了氢原子发光的分立性,也就是氢原子实际只有若干特定频率的光,由此可知,C、D正确。,【补偿训练】 下列对氢原子光谱实验规律的认识中,正确的是( ) A.因为氢原子核外只有一个电子,所以氢原子只能产生一种波长的光 B.氢原子产生的光谱是一系列波长不连续的
19、谱线 C.氢原子产生的光谱是一系列亮度不连续的谱线 D.氢原子产生的光的波长大小与氢气放电管放电强弱有关,【解析】选B。氢原子光谱是线状谱,波长是一系列不连续的、分立的特征谱线,并不是只含有一种波长的光,也不是亮度不连续的谱线,选项B正确,选项A、C错误;氢原子光谱是氢原子的特征谱线,只要是氢原子发出的光的光谱就相同,与放电管的放电强弱无关,选项D错误。,【拓展例题】考查内容:氢原子光谱的计算 【典例示范】在可见光范围内氢原子发光的波长最长的2条谱线所对应的n。 (1)它们的波长各是多少? (2)其中波长最长的光对应的光子能量是多少? (3)氢原子光谱有什么特点?,【解析】(1)设当n=3,4
20、时,氢原子发光所对应的波长分 别为1、2,由巴耳末公式 (n=3,4,5) 知 当n=3时, =1.10107( )m-1, 解得1=6.510-7m 当n=4时, =1.10107( )m-1, 解得2=4.810-7m。,(2)当n=3时,对应着氢原子巴耳末系中的波长最长,即为1, 因此1= =3.0610-19J。,(3)除巴耳末系外,在红外和紫外光区的其他谱线也都 满足与巴耳末公式类似的关系式,即 ,其 中a分别为1,3,4对应不同的线系,由此可知氢原子光 谱是由一系列线系组成的不连续的线状谱。,答案:(1)6.510-7m 4.810-7m (2)3.0610-19J (3)由一系列线系组成的不连续的线状谱,
