第十八章第三節(jié)氫原子光譜

1、第三節(jié)氫原子光譜學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道什么是光譜，能區(qū)別連續(xù)譜和線狀譜，知道光譜分析的應(yīng)用2.知道氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律3.知道經(jīng)典電磁理論的困難在于無(wú)法解釋原子的穩(wěn)定性和光譜的分立特征一、光譜(閱讀教材 P54P55)1.定義：按照光的波長(zhǎng)和強(qiáng)度分布展開(kāi)排列的記錄，即光譜2.分類：有些光譜是一條條的亮線，這樣的亮線叫譜線，這樣的光譜叫線狀譜有的光譜不是一條條分立的譜線，而是連續(xù)在一起的光帶，這樣的光譜叫做連續(xù)譜3.特征光譜：各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜，說(shuō)明原子只發(fā)射特定頻率的光不同原子發(fā)射的線狀譜的亮線位置不同， 說(shuō)明不同原子發(fā)光頻率是不一樣的， 因此這些亮線稱為原子的特征譜線4.光譜分析：(1)

2、定義：利用原子的特征譜線來(lái)鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，這種方法叫做光譜分析(2)優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高拓展延伸(解疑難)1不同元素的原子產(chǎn)生的線狀譜是不同的，同種元素的原子產(chǎn)生的線狀譜是相同的，說(shuō)明每種原子只能發(fā)射與其本身特征相關(guān)的某些波長(zhǎng)的光2同種元素的原子吸收光譜的暗線和線狀譜的亮線相對(duì)應(yīng)1.(1)各種原子的發(fā)射光譜都是連續(xù)譜()(2)不同原子的發(fā)光頻率是不一樣的()(3)線狀譜和連續(xù)譜都可以用來(lái)鑒別物質(zhì)()提示：(1)(2)(3)二、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律和經(jīng)典理論的困難(閱讀教材 P55P56)1.許多情況下光是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，因此光譜研究是探索原子結(jié)構(gòu)的重要途徑2.巴耳末公式：1

3、R1221n2(n3、4、5)3.巴耳末公式的意義： 以簡(jiǎn)潔的形式反映了氫原子的線狀光譜， 即輻射波長(zhǎng)的分立特征4.核式結(jié)構(gòu)模型的成就：正確地指出了原子核的存在，很好地解釋了粒子散射實(shí)驗(yàn)5.經(jīng)典理論的困難：經(jīng)典物理學(xué)既無(wú)法解釋原子的穩(wěn)定性，又無(wú)法解釋原子光譜的分立特征拓展延伸(解疑難)1科學(xué)家觀察了大量的其他原子的原子光譜，發(fā)現(xiàn)每種原子都有自己特定的光譜不同的原子，其原子光譜均不相同和氫原子一樣，其他原子的光譜線的波數(shù)也可以表示為兩個(gè)光譜項(xiàng)之差，所不同的是，它們的光譜項(xiàng)的形式要復(fù)雜一些2通過(guò)分析研究大量的原子光譜，可以得到一個(gè)共同的規(guī)律，那就是各種原子輻射的光波都是線狀光譜，波長(zhǎng)具有分立性，只

4、能是不連續(xù)的分立值3經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋原子的穩(wěn)定性和原子光譜的分立特征，新的理論和假說(shuō)出現(xiàn)勢(shì)在必行2.根據(jù)經(jīng)典的電磁理論，原子的光譜是怎樣的？而實(shí)際看到的原子的光譜是怎樣的？提示：根據(jù)經(jīng)典理論，原子可以輻射各種頻率的光，即原子的光譜應(yīng)該總是連續(xù)的實(shí)際看到的原子的光譜是分立的線狀譜光譜和光譜分析1.光譜的分類2.太陽(yáng)光譜(1)特點(diǎn)：在連續(xù)譜的背景上出現(xiàn)一些不連續(xù)的暗線，是一種吸收光譜(2)對(duì)太陽(yáng)光譜的解釋：陽(yáng)光中含有各種顏色的光，但當(dāng)陽(yáng)光透過(guò)太陽(yáng)的高層大氣射向地球時(shí)， 太陽(yáng)高層大氣中含有的元素會(huì)吸收它自己特征譜線的光， 然后再向四面八方發(fā)射出去，到達(dá)地球的這些譜線看起來(lái)就暗了，這就形成了連續(xù)譜背

5、景下的暗線3.光譜分析(1)優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，分析物質(zhì)的最低量達(dá) 1010g.(2)應(yīng)用應(yīng)用光譜分析發(fā)現(xiàn)新元素；鑒別物體的物質(zhì)成分：研究太陽(yáng)光譜時(shí)發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)中存在鈉、鎂、銅、鋅、鎳等金屬元素；應(yīng)用光譜分析鑒定食品優(yōu)劣(自選例題，啟迪思維)1.關(guān)于光譜，下列說(shuō)法正確的是()A熾熱的液體發(fā)射連續(xù)譜B發(fā)射光譜一定是連續(xù)譜C線狀譜和吸收光譜都可以對(duì)物質(zhì)成分進(jìn)行分析D霓虹燈發(fā)光形成的光譜是線狀譜解析熾熱的液體發(fā)射的光譜為連續(xù)譜，所以選項(xiàng) A 正確；發(fā)射光譜可以是連續(xù)譜也可以是線狀譜，所以選項(xiàng) B 錯(cuò)誤；線狀譜和吸收光譜都對(duì)應(yīng)某種元素的光譜，都可以對(duì)物質(zhì)成分進(jìn)行分析，所以選項(xiàng) C 正確；霓虹燈發(fā)光形成的光譜

6、是線狀譜，所以選項(xiàng) D 正確答案ACD2.關(guān)于光譜，下列說(shuō)法正確的是()A太陽(yáng)光譜是連續(xù)光譜B稀薄的氫氣發(fā)光產(chǎn)生的光譜是線狀譜C煤氣燈上燃燒的鈉鹽汽化后的鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是線狀譜D白光通過(guò)鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是線狀譜解析太陽(yáng)光譜是太陽(yáng)產(chǎn)生的白光，通過(guò)太陽(yáng)周圍溫度較低的大氣時(shí)，某些波長(zhǎng)的光被太陽(yáng)大氣層中的某些元素吸收從而產(chǎn)生的吸收光譜，所以 A 不正確；稀薄的氫氣發(fā)光產(chǎn)生的是原子光譜，又叫明線光譜，所以 B 正確；鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是原子光譜，C 正確；白光通過(guò)鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是吸收光譜，所以 D 不正確，應(yīng)選 B、C.答案BC3.關(guān)于光譜和光譜分析，下列說(shuō)法正確的是()A發(fā)射光譜包括連續(xù)譜和線狀譜B

7、太陽(yáng)光譜是連續(xù)譜，氫光譜是線狀譜C線狀譜和吸收光譜都可用作光譜分析D光譜分析幫助人們發(fā)現(xiàn)了許多新元素思路探究光譜分析應(yīng)當(dāng)使用什么光譜線？解析線狀譜和吸收光譜都是原子的特征光譜，都可用來(lái)進(jìn)行光譜分析，太陽(yáng)光譜是吸收光譜A、C、D 選項(xiàng)正確答案ACD名師點(diǎn)評(píng)(1)太陽(yáng)光譜是吸收光譜，是陽(yáng)光透過(guò)太陽(yáng)的高層大氣層時(shí)而形成的，不是地球大氣造成的(2)某種原子線狀光譜中的亮線與其吸收光譜中的暗線是一一對(duì)應(yīng)的，兩者均可用來(lái)作光譜分析氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律及應(yīng)用1.氫原子的光譜從氫氣放電管可以獲得氫原子光譜，如圖所示2.氫原子光譜的特點(diǎn)在氫原子光譜圖中的可見(jiàn)光區(qū)內(nèi)，由右向左，相鄰譜線間的距離越來(lái)越小，表現(xiàn)出明顯

8、的規(guī)律性 巴耳末對(duì)放電的氫原子光譜的譜線進(jìn)行研究得到了下面的公式， 該公式稱為巴耳末公式：1R1221n2(n3、4、5、6)(1)公式中 n 只能取大于等于 3 的整數(shù)，不能連續(xù)取值，波長(zhǎng)也只會(huì)是分立的值.(2)除了巴耳末系，氫原子光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線也都滿足與巴耳末公式類似的關(guān)系式(自選例題，啟迪思維)1.關(guān)于巴耳末公式，下列說(shuō)法正確的是()A巴耳末依據(jù)核式結(jié)構(gòu)理論總結(jié)出巴耳末公式B巴耳末公式反映了氫原子發(fā)光的連續(xù)性C巴耳末依據(jù)氫光譜的分析總結(jié)出巴耳末公式D巴耳末公式準(zhǔn)確反映了氫原子發(fā)光的實(shí)際，其波長(zhǎng)的分立值并不是人為規(guī)定的解析由于巴耳末是利用當(dāng)時(shí)已知的、在可見(jiàn)光區(qū)的 4 條譜線

9、作了分析總結(jié)出的巴耳末公式，并不是依據(jù)核式結(jié)構(gòu)理論總結(jié)出來(lái)的，巴耳末公式反映了氫原子發(fā)光的分立性，也就是氫原子實(shí)際只發(fā)出若干特定頻率的光，由此可知，選項(xiàng) C、D 正確答案CD2.關(guān)于巴耳末公式1R1221n2的理解，正確的是()A此公式是巴耳末在研究氫光譜特征時(shí)發(fā)現(xiàn)的B公式中 n 可取任意值，故氫光譜是連續(xù)譜C公式中 n 只能取大于或等于 3 的整數(shù)值，故氫光譜是線狀譜D公式不但適用于氫光譜的分析，也適用于其他原子的光譜思路探究波長(zhǎng)大小與 n 的取值大小有何關(guān)系？解析巴耳末公式是巴耳末在研究氫光譜特征時(shí)發(fā)現(xiàn)的，故 A 選項(xiàng)正確；公式中的 n只能取大于或等于 3 的整數(shù)值，故氫光譜是線狀譜，B

10、選項(xiàng)錯(cuò)誤，C 選項(xiàng)正確；巴耳末公式只適用于氫光譜的分析，不適用于其他原子光譜的分析，D 選項(xiàng)錯(cuò)誤答案AC3.氫原子光譜的巴耳末系中波長(zhǎng)最長(zhǎng)的譜線的波長(zhǎng)為1，其次為2，求：(1)12的值等于多少？(2)其中最長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子能量是多少？解析(1)由巴耳末公式可得：11R122132，12R122142，所以121411614192720.(2)當(dāng) n3 時(shí)，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，代入巴耳末公式有：111.10107122132m1，解得16.5107m.光子能量為1hhc16.63103431086.5107J3.061019J.答案(1)2720(2)3.061019J方法技巧(1)巧記氫原子光譜的規(guī)律

11、解決氫原子光譜的有關(guān)問(wèn)題時(shí)， 可由廣義的公式1R1k21n2著手進(jìn)行分析， 當(dāng) k1，2，3，4，時(shí)分別對(duì)應(yīng)萊曼系、巴耳末系、帕邢系、布喇開(kāi)系而 n 可取從 k1 開(kāi)始的一系列正整數(shù)(2)氫原子光譜的幾種線系的表示公式萊曼系1R1121n2，n2，3，4(在紫外區(qū))巴耳末系1R1221n2，n3，4，5(在可見(jiàn)光區(qū))帕邢系1R1321n2，n4，5，6(在紅外區(qū))布喇開(kāi)系1R1421n2，n5，6，7(在近紅外區(qū))掃一掃進(jìn)入 91 導(dǎo)學(xué)網(wǎng)()氫原子光譜思想方法利用光譜鑒別物質(zhì)成分解決光譜的有關(guān)問(wèn)題， 首先要理解不同譜線的特征 線狀譜和吸收光譜中的譜線都對(duì)應(yīng)著特定的頻率的光，所以都能用來(lái)進(jìn)行光譜

12、分析1連續(xù)譜和線狀譜都是物體直接發(fā)光產(chǎn)生的光譜，同屬發(fā)射光譜連續(xù)譜由熾熱的固體、液體和高壓氣體直接發(fā)光形成，光譜為一條光帶，含有各種頻率的光線狀譜是由稀薄氣體或金屬蒸氣產(chǎn)生，光譜是一些不連續(xù)的亮線，僅含有一些特定頻率的光線狀譜中每條光譜線對(duì)應(yīng)著一種頻率， 不同元素的原子產(chǎn)生的線狀譜不同， 因而可以用線狀譜來(lái)確定物質(zhì)的成分2太陽(yáng)光譜是吸收光譜吸收光譜是由高溫物體發(fā)出的白光通過(guò)低溫物質(zhì)，某些波長(zhǎng)的光被吸收后產(chǎn)生的光譜， 光譜是在連續(xù)譜的背景下有若干暗線， 而這些暗線與線狀譜的亮線一一對(duì)應(yīng)，因而吸收光譜中的暗線也是該元素原子的特征譜線范例關(guān)于太陽(yáng)光譜，下列說(shuō)法正確的是()A太陽(yáng)光譜是吸收光譜B太陽(yáng)光

13、譜中的暗線，是太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)太陽(yáng)大氣層時(shí)某些特定頻率的光被吸收后而產(chǎn)生的C根據(jù)太陽(yáng)光譜中的暗線，可以分析太陽(yáng)的物質(zhì)組成D根據(jù)太陽(yáng)光譜中的暗線，可以分析地球大氣層中含有哪些元素解析太陽(yáng)是高溫物體，它發(fā)出的白光通過(guò)溫度較低的太陽(yáng)大氣層時(shí)，某些特定頻率的光會(huì)被太陽(yáng)大氣層中的某些元素的原子吸收，從而使我們觀察到的太陽(yáng)光譜是吸收光譜，因此，選項(xiàng) A、B 正確分析太陽(yáng)的吸收光譜，可知太陽(yáng)大氣層的物質(zhì)組成，而某種物質(zhì)要觀測(cè)到它的吸收光譜，要求它的溫度不能太低，也不能太高，否則會(huì)直接發(fā)光，由于地球大氣層的溫度很低， 太陽(yáng)光通過(guò)地球大氣層時(shí)不會(huì)被地球大氣層中的物質(zhì)原子吸收， 故選項(xiàng) C、D 錯(cuò)誤答案AB下列說(shuō)法中正

14、確的是()A進(jìn)行光譜分析，可以用線狀譜，也可以用吸收光譜B光譜分析的優(yōu)點(diǎn)是非常靈敏而迅速C使一種物質(zhì)發(fā)出的白光通過(guò)另一種物質(zhì)的低溫蒸氣，取得吸收光譜，就可以對(duì)前者的化學(xué)組成進(jìn)行分析D攝下月球的光譜，可以分析出月球是由哪些元素組成的解析：選 AB.由于每種元素都有自己的特征譜線，因此，可以根據(jù)光譜來(lái)鑒別物質(zhì)和確定它的化學(xué)組成 所以光譜分析可以用線狀譜或者吸收光譜 月球的光譜是太陽(yáng)的反射光譜，故不能分析月球是由哪些元素組成的隨堂達(dá)標(biāo)1下列說(shuō)法正確的是()A發(fā)射光譜一定是連續(xù)譜B線狀譜和暗線譜都可以對(duì)物質(zhì)成分進(jìn)行分析C霓虹燈發(fā)光形成的光譜是連續(xù)譜D巴耳末公式只適用于氫原子發(fā)光答案：BD2(2015南

15、通高二檢測(cè))白熾燈發(fā)光產(chǎn)生的光譜是()A連續(xù)光譜B明線光譜C原子光譜D吸收光譜解析：選 A.白熾燈發(fā)光屬于熾熱的固體發(fā)光，所以發(fā)出的是連續(xù)光譜3利用光譜分析的方法能夠鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，關(guān)于光譜分析下列說(shuō)法正確的是()A利用高溫物體的連續(xù)譜就可鑒別其組成成分B利用物質(zhì)的線狀譜就可鑒別其組成成分C高溫物體發(fā)出的光通過(guò)物質(zhì)后的光譜上的暗線反映了高溫物體的組成成分D同一種物質(zhì)的線狀譜與吸收光譜上的暗線，由于光譜的不同，它們沒(méi)有關(guān)系解析：選 B.由于高溫物體的光譜包括了各種頻率的光，與其組成成分無(wú)關(guān)，故 A 錯(cuò)誤；某種物質(zhì)發(fā)光的線狀譜中的亮線與某種原子發(fā)出的某頻率的光有關(guān)， 通過(guò)這些亮線與原

16、子的特征譜對(duì)照，即可確定物質(zhì)的組成成分，B 正確；高溫物體發(fā)出的光通過(guò)物質(zhì)后某些頻率的光被吸收而形成暗線，這些暗線與所經(jīng)物質(zhì)有關(guān)，C 錯(cuò)誤；某種物質(zhì)發(fā)出某種頻率的光，當(dāng)光通過(guò)這種物質(zhì)時(shí)它也會(huì)吸收這種頻率的光， 因此線狀譜中的亮線與吸收光譜中的暗線相對(duì)應(yīng)，D 錯(cuò)誤4 (選做題)(2015常州高二檢測(cè))氫原子光譜巴耳末系最小波長(zhǎng)與最大波長(zhǎng)之比為()A.59B.49C.79D.29解析：選 A.由巴耳末公式1R1221n2，n3，4，5，當(dāng) n時(shí)，最小波長(zhǎng)11R122當(dāng) n3 時(shí)，最大波長(zhǎng)12R122132由得1259.課時(shí)作業(yè)一、選擇題1下列說(shuō)法中正確的是()A熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)出的光形

17、成連續(xù)光譜B各種原子的明線光譜中的明線和它吸收光譜中的暗線必定一一對(duì)應(yīng)C氣體發(fā)出的光只能產(chǎn)生明線光譜D甲物體發(fā)出的白光通過(guò)乙物質(zhì)的蒸氣形成了甲物質(zhì)的吸收光譜解析：選 A.據(jù)連續(xù)光譜的產(chǎn)生知 A 正確；由于吸收光譜中的暗線和明線光譜中的明線相對(duì)應(yīng)，但通常吸收光譜中看到的暗線要比明線光譜中的明線少，所以 B 不對(duì)；氣體發(fā)光，若為高壓氣體則產(chǎn)生吸收光譜，若為稀薄氣體則產(chǎn)生明線光譜，所以 C 不對(duì)；甲物體發(fā)出的白光通過(guò)乙物質(zhì)的蒸氣形成了乙物質(zhì)的吸收光譜，所以 D 不對(duì)，應(yīng)選 A.2.(多選)下列物質(zhì)中產(chǎn)生線狀譜的是()A熾熱的鋼水B發(fā)光的日光燈管C點(diǎn)燃的蠟燭D極光解析：選 BD.選項(xiàng) A、C 產(chǎn)生的都

18、是連續(xù)譜，B 產(chǎn)生稀薄水銀蒸氣的特征譜線，D 是宇宙射線激發(fā)的稀薄氣體發(fā)光，能產(chǎn)生線狀譜，故 B、D 選項(xiàng)正確3關(guān)于光譜，下列說(shuō)法正確的是()A一切光源發(fā)出的光譜都是連續(xù)譜B一切光源發(fā)出的光譜都是線狀譜C稀薄氣體發(fā)出的光譜是線狀譜D作光譜分析時(shí)，利用連續(xù)譜和線狀譜都可以鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的化學(xué)組成解析：選 C.不同光源發(fā)出的光譜有連續(xù)譜，也有線狀譜，故 A、B 錯(cuò)誤稀薄氣體發(fā)出的光譜是線狀譜，C 正確只有利用線狀譜才可以進(jìn)行光譜分析，D 錯(cuò)誤4太陽(yáng)的光譜中有許多暗線，它們對(duì)應(yīng)著某些元素的特征譜線產(chǎn)生這些暗線是由于()A太陽(yáng)表面大氣層中缺少相應(yīng)的元素B太陽(yáng)內(nèi)部缺少相應(yīng)的元素C太陽(yáng)表面大氣層中存在

19、著相應(yīng)的元素D太陽(yáng)內(nèi)部存在著相應(yīng)的元素解析：選 C.太陽(yáng)光譜中的暗線是由于太陽(yáng)內(nèi)部發(fā)出的強(qiáng)光經(jīng)過(guò)溫度較低的太陽(yáng)大氣層時(shí)產(chǎn)生的，表明太陽(yáng)大氣層中含有與這些特征譜線相應(yīng)的元素5(多選)(2015杭州高二檢測(cè))對(duì)原子光譜，下列說(shuō)法正確的是()A原子光譜是不連續(xù)的B由于原子都是由原子核和電子組成的，所以各種原子的原子光譜是相同的C由于各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同，所以各種原子的原子光譜也不相同D分析物質(zhì)發(fā)光的光譜，可以鑒別物質(zhì)中含哪些元素解析：選 ACD.原子光譜為線狀譜；各種原子都有自己的特征譜線；據(jù)各種原子的特征譜線進(jìn)行光譜分析可鑒別物質(zhì)組成由此知 A、C、D 說(shuō)法正確，B 說(shuō)法錯(cuò)誤6(多選)(2015

20、南京高二檢測(cè))如圖甲所示是 a、b、c、d 四種元素的線狀譜，圖乙是某礦物的線狀譜，通過(guò)光譜分析可以了解該礦物中缺乏的是()Aa 元素Bb 元素Cc 元素Dd 元素解析：選 BD.將 a、b、c、d 四種元素的線狀譜與乙圖對(duì)照，可知礦物中缺少 b、d 元素，故選 BD.7(多選)關(guān)于經(jīng)典電磁理論與原子的核式結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是()A經(jīng)典電磁理論很容易解釋原子的穩(wěn)定性B根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電子會(huì)不斷釋放能量，最后被吸附到原子核上C根據(jù)經(jīng)典電磁理論，原子光譜應(yīng)該是連續(xù)的D原子的核式結(jié)構(gòu)模型徹底否定了經(jīng)典電磁理論解析：選 BC.根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子繞核運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生變化的電

21、磁場(chǎng)，向外輻射電磁波，電子轉(zhuǎn)動(dòng)能量減少，軌道半徑不斷減小，運(yùn)動(dòng)頻率不斷改變，因此大量原子發(fā)光的光譜應(yīng)該是連續(xù)譜，最終電子落到原子核上，所以 A 錯(cuò)誤，B、C 正確；經(jīng)典電磁理論不能解釋原子世界的現(xiàn)象，但可以很好地應(yīng)用于宏觀物體，所以 D 錯(cuò)誤8下列關(guān)于特征譜線的幾種說(shuō)法，正確的有()明線光譜中的明線和吸收光譜中的暗線都是特征譜線明線光譜中的明線是特征譜線， 吸收光譜中的暗線不是特征譜線明線光譜中的明線不是特征譜線， 吸收光譜中的暗線是特征譜線同一元素的明線光譜的明線與吸收光譜的暗線是相對(duì)應(yīng)的ABCD解析：選 C.明線光譜中的明線與吸收光譜中的暗線均為特征譜線并且實(shí)驗(yàn)表明各種元素的吸收光譜中的每一條暗線都跟這種原子的