3-3 氢原子光谱 学案
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文档简介
学案3 氢原子光谱
[学习目标定位]
1.了解氢原子光谱的特点.2.知道巴耳末公式及里德伯常量.3.了解原子光谱及光谱分析的应用．
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1．三棱镜的分光原理
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图1
如图1所示，白光通过三棱镜后，由于棱镜对不同色光的折射率不同，从而使白光分解成单色光，形成从红到紫依次按顺序排列的彩色光带，这种复色光分解为单色光的现象叫光的色散．
2．各种色光按波长由大到小的排列顺序是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，频率和波长的关系是c＝λf.
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3．氢原子光谱
(1)氢光谱的获得：在充有稀薄氢气的放电管两极间加上2
kV～3
kV的高压，使氢气放电，氢原子在电场的激发下发光，再通过分光镜观察氢原子的光谱．
(2)光谱的特点
①氢原子光谱在可见光区内有四条谱线，这些谱线是几条分立的亮线．
②氢原子受激发只能发出几种特定频率的光．
4．氢原子光谱的实验规律
(1)氢原子在可见光区的四条谱线的波长可用一个简单的公式——巴耳末公式表示：＝R(－)，n＝3,4,5,6…，式中的常数R称为里德伯常量．
(2)广义巴耳末公式：＝R(－)，式中m和n均为正整数，且n＞m.
5．原子光谱
(1)每种原子的气体通电后都可以发光并产生固定不变的光谱，称为原子光谱．
(2)每种原子都有自己特定的原子光谱，不同的原子，其原子光谱均不相同．因而，原子光谱被称为原子的“指纹”．我们可以通过对光谱的分析鉴别不同的原子，确定物体的化学组成并发现新元素．
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一、氢原子光谱的实验规律
1．巴耳末公式：＝R(－)，n＝3,4,5…式中R叫做里德伯常量，实验值为R＝1.097×107
m－1.
(1)公式特点：第一项都是；
(2)巴耳末公式说明氢原子光谱的波长只能取分立值，不能取连续值．巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征．
2．其他公式
氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线满足与巴耳末公式类似的关系式．如莱曼系在紫外光区，公式为＝R，其中n＝2,3,4，…
二、原子光谱和光谱分析
1．光谱分类
物质的光谱按其产生方式不同可分为两大类：
(1)发射光谱——物体直接发出的光通过分光后产生的光谱．它分为连续谱和明线光谱(线状谱)．
①连续谱——由连续分布的一切波长的光组成的光谱．炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续谱，如灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续谱．
②线状谱——只含有一些不连续的亮线的光谱．各种原子的发射光谱(由稀薄气体发出)都是线状谱．每种原子都有自己的特征谱线，不同元素线状谱不同．
(2)吸收光谱——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．这种光谱的特点是在连续谱的背景上有若干条暗线．这些暗线与特征谱线相对应．
2．光谱分析
(1)由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别不同的原子和确定物质的化学组成，这种方法叫做光谱分析．
(2)可用于光谱分析的光谱：明线光谱和吸收光谱．
3．太阳光谱的特点
(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)产生原因：当阳光透过高层大气射向地球时，高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光．
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一、氢原子光谱分析
例1 (双选)巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式＝R(－)，n＝3,4,5，…对此，下列说法正确的是( )
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．巴耳末依据氢原子光谱的分析总结出巴耳末公式
D．巴耳末公式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 巴耳末公式是根据氢原子光谱总结出来的．氢原子光谱的不连续性反映了氢原子发光的分立性，即辐射波长的分立特征，选项C、D正确．
答案 CD
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例2
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(单选)氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为( )
A.
B.
C.
D.
解析 由巴耳末公式＝R n＝3,4,5，…
当n＝∞时，有最小波长λ1，＝R，
当n＝3时，有最大波长λ2，＝R，得＝
答案 A
二、光谱分析
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例3
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(双选)关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是( )
A．霓虹灯产生的是线状谱
B．进行光谱分析时，只能用明线光谱
C．进行光谱分析时，不可以用吸收光谱
D．同一元素吸收光谱的暗线与明线光谱的位置是一一对应的
解析 霓虹灯管内充有稀薄气体，产生的光谱为线状谱，A正确．同一种元素的吸收光谱的暗线与明线光谱位置相对应，所以进行光谱分析时既可以用明线光谱，也可以用吸收光谱，D正确．
答案 AD
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氢原子光谱
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1．(单选)巴耳末公式简洁显示了氢原子光谱的( )
A．分立特征
B．连续特征
C．既连续又分立
D．既不连续又不分立
答案 A
解析 巴耳末公式中的n只能取正整数，得到的波长是一些分立的值．
2．(双选)对原子光谱，下列说法正确的是( )
A．原子光谱是连续的
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
答案 CD
解析 原子光谱为明线光谱，选项A错误；各种原子都有自己的特征谱线，故选项B错误，选项C正确；据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质的化学组成，选项D正确．
3．(单选)利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分，关于光谱分析，下列说法中正确的是( )
A．利用高温物体的连续光谱就可以鉴别其组成成分
B．利用物质的明线光谱就可以鉴别其组成成分
C．高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分
D．我们观察月亮射来的光谱，可以确定月亮的化学组成
答案 B
解析 由于高温物体的连续光谱包括了各种频率的光，与其组成成分无关，故A错误；某种物质发光的明线光谱中的亮线是与某种原子发出的某频率的光有关，通过这些亮线与原子的特征谱线对照，即可确定物质的组成成分，B正确；高温物体发出的光通过物质后某些频率的光被吸收而形成暗线，这些暗线与所经物质有关，与高温物体无关，C错误；月亮反射到地面的光是太阳光谱，D项错误．
4．氢原子光谱除了巴耳末系外，还有莱曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式为＝R(－)，n＝4,5,6，…，R＝1.10×107
m－1.若已知帕邢系的氢原子光谱在红外区，试求：
(1)n＝6时，对应的波长？
(2)帕邢系形成的谱线在真空中的波速为多少？n＝6时，传播频率为多大？
答案 (1)1.09×10－6
m (2)3×108
m/s 2.75×1014
Hz
解析 (1)由帕邢系公式＝R(－)，
当n＝6时，得λ＝1.09×10－6
m
(2)帕邢系形成的谱线在红外区，而红外线属于电磁波，在真空中以光速传播，故波速为光速c＝3×108
m/s，
由v＝＝λf，
得f＝＝＝
Hz＝2.75×1014
Hz.
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[概念规律题组]
1．(单选)白炽灯发光产生的光谱是( )
A．连续谱
B．明线光谱
C．原子光谱
D．吸收光谱
答案 A
解析 白炽灯发光是由于灯丝在炽热状态下发出的光，是连续谱．
2．(双选)下列关于光谱的说法正确的是( )
A．炽热固体、液体和高压气体发出的光生成连续谱
B．各种原子的线状谱中的明线和它的吸收光谱中的暗线是一一对应的
C．气体发出的光只能产生线状谱
D．甲物质发出的光通过低温的乙物质蒸气可得到甲物质的吸收光谱
答案 AB
解析 吸收光谱中的暗线与线状谱中的亮线是一一对应的，所以B正确．而气体发光时，若是高压气体发光则形成连续谱，若是稀薄气体发光则形成线状谱，故A正确，C错误．甲物质发出的白光通过低温的乙物质蒸气后，得到的是乙物质的吸收光谱，D错误．
3．(双选)关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是( )
A．太阳光谱与白炽灯光谱都是线状谱
B．霓虹灯与煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱都是线状谱
C．做光谱分析时，可以用明线光谱，也可以用吸收光谱
D．观察月亮光谱可以完全确定月球的化学成分
答案 BC
解析 太阳光谱是吸收光谱，白炽灯光谱是连续谱，选项A错误；月亮本身不发光，不能测定月球的化学成分，选项D错误．
4．(单选)太阳的光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于( )
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
答案 C
解析 太阳光谱是吸收光谱，是太阳发出的光线经太阳表面大气层后形成的，我们可以根据这些暗线分析太阳表面大气层的组成．
[方法技巧题组]
5．(双选)关于巴耳末公式＝R(－)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．公式中n只能取大于或等于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
答案 AC
解析 此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的14条谱线中得到的，只适用于氢原子光谱的分析，且n只能取大于或等于3的整数，因此λ不能取连续值，故氢原子光谱是线状谱．
6．(单选)对于光谱，下列说法中正确的是( )
A．大量原子发出的光谱是连续谱，少量原子发出的光谱是线状谱
B．线状谱由不连续的若干波长的光所组成
C．太阳光谱是连续谱
D．太阳光谱是线状谱
答案 B
解析 原子光谱体现原子的特征，是线状谱，同一种原子无论有多少其发光特征都相同，即形成的线状谱都一样，故A错误；B项是线状谱的特征，正确；太阳光谱是吸收谱，C、D错误．
7．(单选)关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是( )
A．做光谱分析时只能用发射光谱，不能用吸收光谱
B．做光谱分析时只能用吸收光谱，不能用发射光谱
C．做光谱分析时既可以用发射光谱，也可以用吸收光谱
D．同一种物质的线状谱和吸收光谱上的暗线由于光谱的不同，它们之间不存在对应关系
答案 C
[创新应用题组]
8．(双选)如图1甲所示，是a、b、c、d四种元素的线状谱，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以了解该矿物中缺乏的是( )
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图1
A．a元素
B．b元素
C．c元素
D．d元素
答案 BD
解析 将甲中的线状谱与乙中的谱线相对照．
9．在酒精灯的酒精中溶解些食盐，灯焰会发出明亮的黄光，用摄谱仪拍摄下来的光谱中就会有钠的________光谱(填“线状”或“吸收”)．
答案 线状
解析 黄光是钠原子的发射光谱．
[学习目标定位]
1.了解氢原子光谱的特点.2.知道巴耳末公式及里德伯常量.3.了解原子光谱及光谱分析的应用．
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1．三棱镜的分光原理
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图1
如图1所示，白光通过三棱镜后，由于棱镜对不同色光的折射率不同，从而使白光分解成单色光，形成从红到紫依次按顺序排列的彩色光带，这种复色光分解为单色光的现象叫光的色散．
2．各种色光按波长由大到小的排列顺序是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，频率和波长的关系是c＝λf.
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3．氢原子光谱
(1)氢光谱的获得：在充有稀薄氢气的放电管两极间加上2
kV～3
kV的高压，使氢气放电，氢原子在电场的激发下发光，再通过分光镜观察氢原子的光谱．
(2)光谱的特点
①氢原子光谱在可见光区内有四条谱线，这些谱线是几条分立的亮线．
②氢原子受激发只能发出几种特定频率的光．
4．氢原子光谱的实验规律
(1)氢原子在可见光区的四条谱线的波长可用一个简单的公式——巴耳末公式表示：＝R(－)，n＝3,4,5,6…，式中的常数R称为里德伯常量．
(2)广义巴耳末公式：＝R(－)，式中m和n均为正整数，且n＞m.
5．原子光谱
(1)每种原子的气体通电后都可以发光并产生固定不变的光谱，称为原子光谱．
(2)每种原子都有自己特定的原子光谱，不同的原子，其原子光谱均不相同．因而，原子光谱被称为原子的“指纹”．我们可以通过对光谱的分析鉴别不同的原子，确定物体的化学组成并发现新元素．
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一、氢原子光谱的实验规律
1．巴耳末公式：＝R(－)，n＝3,4,5…式中R叫做里德伯常量，实验值为R＝1.097×107
m－1.
(1)公式特点：第一项都是；
(2)巴耳末公式说明氢原子光谱的波长只能取分立值，不能取连续值．巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征．
2．其他公式
氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线满足与巴耳末公式类似的关系式．如莱曼系在紫外光区，公式为＝R，其中n＝2,3,4，…
二、原子光谱和光谱分析
1．光谱分类
物质的光谱按其产生方式不同可分为两大类：
(1)发射光谱——物体直接发出的光通过分光后产生的光谱．它分为连续谱和明线光谱(线状谱)．
①连续谱——由连续分布的一切波长的光组成的光谱．炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续谱，如灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续谱．
②线状谱——只含有一些不连续的亮线的光谱．各种原子的发射光谱(由稀薄气体发出)都是线状谱．每种原子都有自己的特征谱线，不同元素线状谱不同．
(2)吸收光谱——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．这种光谱的特点是在连续谱的背景上有若干条暗线．这些暗线与特征谱线相对应．
2．光谱分析
(1)由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别不同的原子和确定物质的化学组成，这种方法叫做光谱分析．
(2)可用于光谱分析的光谱：明线光谱和吸收光谱．
3．太阳光谱的特点
(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)产生原因：当阳光透过高层大气射向地球时，高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光．
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一、氢原子光谱分析
例1 (双选)巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式＝R(－)，n＝3,4,5，…对此，下列说法正确的是( )
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．巴耳末依据氢原子光谱的分析总结出巴耳末公式
D．巴耳末公式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 巴耳末公式是根据氢原子光谱总结出来的．氢原子光谱的不连续性反映了氢原子发光的分立性，即辐射波长的分立特征，选项C、D正确．
答案 CD
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例2
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(单选)氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为( )
A.
B.
C.
D.
解析 由巴耳末公式＝R n＝3,4,5，…
当n＝∞时，有最小波长λ1，＝R，
当n＝3时，有最大波长λ2，＝R，得＝
答案 A
二、光谱分析
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例3
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(双选)关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是( )
A．霓虹灯产生的是线状谱
B．进行光谱分析时，只能用明线光谱
C．进行光谱分析时，不可以用吸收光谱
D．同一元素吸收光谱的暗线与明线光谱的位置是一一对应的
解析 霓虹灯管内充有稀薄气体，产生的光谱为线状谱，A正确．同一种元素的吸收光谱的暗线与明线光谱位置相对应，所以进行光谱分析时既可以用明线光谱，也可以用吸收光谱，D正确．
答案 AD
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氢原子光谱
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1．(单选)巴耳末公式简洁显示了氢原子光谱的( )
A．分立特征
B．连续特征
C．既连续又分立
D．既不连续又不分立
答案 A
解析 巴耳末公式中的n只能取正整数，得到的波长是一些分立的值．
2．(双选)对原子光谱，下列说法正确的是( )
A．原子光谱是连续的
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
答案 CD
解析 原子光谱为明线光谱，选项A错误；各种原子都有自己的特征谱线，故选项B错误，选项C正确；据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质的化学组成，选项D正确．
3．(单选)利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分，关于光谱分析，下列说法中正确的是( )
A．利用高温物体的连续光谱就可以鉴别其组成成分
B．利用物质的明线光谱就可以鉴别其组成成分
C．高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分
D．我们观察月亮射来的光谱，可以确定月亮的化学组成
答案 B
解析 由于高温物体的连续光谱包括了各种频率的光，与其组成成分无关，故A错误；某种物质发光的明线光谱中的亮线是与某种原子发出的某频率的光有关，通过这些亮线与原子的特征谱线对照，即可确定物质的组成成分，B正确；高温物体发出的光通过物质后某些频率的光被吸收而形成暗线，这些暗线与所经物质有关，与高温物体无关，C错误；月亮反射到地面的光是太阳光谱，D项错误．
4．氢原子光谱除了巴耳末系外，还有莱曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式为＝R(－)，n＝4,5,6，…，R＝1.10×107
m－1.若已知帕邢系的氢原子光谱在红外区，试求：
(1)n＝6时，对应的波长？
(2)帕邢系形成的谱线在真空中的波速为多少？n＝6时，传播频率为多大？
答案 (1)1.09×10－6
m (2)3×108
m/s 2.75×1014
Hz
解析 (1)由帕邢系公式＝R(－)，
当n＝6时，得λ＝1.09×10－6
m
(2)帕邢系形成的谱线在红外区，而红外线属于电磁波，在真空中以光速传播，故波速为光速c＝3×108
m/s，
由v＝＝λf，
得f＝＝＝
Hz＝2.75×1014
Hz.
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[概念规律题组]
1．(单选)白炽灯发光产生的光谱是( )
A．连续谱
B．明线光谱
C．原子光谱
D．吸收光谱
答案 A
解析 白炽灯发光是由于灯丝在炽热状态下发出的光，是连续谱．
2．(双选)下列关于光谱的说法正确的是( )
A．炽热固体、液体和高压气体发出的光生成连续谱
B．各种原子的线状谱中的明线和它的吸收光谱中的暗线是一一对应的
C．气体发出的光只能产生线状谱
D．甲物质发出的光通过低温的乙物质蒸气可得到甲物质的吸收光谱
答案 AB
解析 吸收光谱中的暗线与线状谱中的亮线是一一对应的，所以B正确．而气体发光时，若是高压气体发光则形成连续谱，若是稀薄气体发光则形成线状谱，故A正确，C错误．甲物质发出的白光通过低温的乙物质蒸气后，得到的是乙物质的吸收光谱，D错误．
3．(双选)关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是( )
A．太阳光谱与白炽灯光谱都是线状谱
B．霓虹灯与煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱都是线状谱
C．做光谱分析时，可以用明线光谱，也可以用吸收光谱
D．观察月亮光谱可以完全确定月球的化学成分
答案 BC
解析 太阳光谱是吸收光谱，白炽灯光谱是连续谱，选项A错误；月亮本身不发光，不能测定月球的化学成分，选项D错误．
4．(单选)太阳的光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于( )
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
答案 C
解析 太阳光谱是吸收光谱，是太阳发出的光线经太阳表面大气层后形成的，我们可以根据这些暗线分析太阳表面大气层的组成．
[方法技巧题组]
5．(双选)关于巴耳末公式＝R(－)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．公式中n只能取大于或等于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
答案 AC
解析 此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的14条谱线中得到的，只适用于氢原子光谱的分析，且n只能取大于或等于3的整数，因此λ不能取连续值，故氢原子光谱是线状谱．
6．(单选)对于光谱，下列说法中正确的是( )
A．大量原子发出的光谱是连续谱，少量原子发出的光谱是线状谱
B．线状谱由不连续的若干波长的光所组成
C．太阳光谱是连续谱
D．太阳光谱是线状谱
答案 B
解析 原子光谱体现原子的特征，是线状谱，同一种原子无论有多少其发光特征都相同，即形成的线状谱都一样，故A错误；B项是线状谱的特征，正确；太阳光谱是吸收谱，C、D错误．
7．(单选)关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是( )
A．做光谱分析时只能用发射光谱，不能用吸收光谱
B．做光谱分析时只能用吸收光谱，不能用发射光谱
C．做光谱分析时既可以用发射光谱，也可以用吸收光谱
D．同一种物质的线状谱和吸收光谱上的暗线由于光谱的不同，它们之间不存在对应关系
答案 C
[创新应用题组]
8．(双选)如图1甲所示，是a、b、c、d四种元素的线状谱，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以了解该矿物中缺乏的是( )
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图1
A．a元素
B．b元素
C．c元素
D．d元素
答案 BD
解析 将甲中的线状谱与乙中的谱线相对照．
9．在酒精灯的酒精中溶解些食盐，灯焰会发出明亮的黄光，用摄谱仪拍摄下来的光谱中就会有钠的________光谱(填“线状”或“吸收”)．
答案 线状
解析 黄光是钠原子的发射光谱．
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