本章易错过关 (四)
1.C [解析] 汤姆孙基于道尔顿的实心小球模型和电子的发现事实建构了枣糕模型,也叫西瓜模型,故A错误;卢瑟福建构的行星模型揭示了原子内存在原子核,但是并没有揭示原子核内部的组成结构,故B错误;玻尔基于行星模型和氢原子光谱的实验规律建构了氢原子模型并做了有限推广,该模型对于氢原子以外的原子不成立,故C正确;基于量子理论建构的电子云模型并没有完全否定玻尔模型的正确性及其科学研究价值,故D错误.
2.B [解析] 由矿物的线状光谱与几种元素的特征谱线进行对照,b元素的特征谱线在该线状光谱中不存在,故选B.
3.D [解析] 大量处于基态的氢原子吸收某种频率的光子跃迁到激发态后,能辐射六种不同频率的光子,可知氢原子跃迁到了n=4的能级,则氢原子吸收的光子的能量为hν=E4-E1=-0.85 eV-(-13.6 eV)=12.75 eV,故选D.
4.B [解析] 氢原子吸收12.75 eV的光后的能量为E'=(-13.60+12.75)eV=-0.85 eV,氢原子会从基态跃迁到第4能级,然后再自发地向低能级跃迁,根据E=Em-En可知氢原子跃迁释放的能量分别为0.66 eV、2.55 eV、12.75 eV、1.89 eV、12.09 eV、10.2 eV,结合题意可知只辐射蓝光,故选B.
5.AC [解析] 汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子,选项A正确;汤姆孙发现不同物质发出的阴极射线的粒子比荷相同,这种粒子即电子,选项B错误;汤姆孙发现电子,使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒,原子本身也具有复杂的结构,选项C正确;电子是带负电的,可以在电场和磁场中偏转,选项D错误.
6.BD [解析] 氢原子可以自发地从高能级向低能级跃迁,但无法自发地从低能级向高能级跃迁,而是需要吸收特定能量才能实现,故A错误;处于n=1能级的氢原子可以吸收能量为14 eV的光子而发生电离,故B正确;氢原子由n=4能级跃迁到n=3能级,轨道半径减小,库仑力做正功,电子的电势能减小,故C错误;一个氢原子处于n=3能级,自发跃迁时最多能辐射2种不同频率的光子(即先3→2,再2→1,共2种),故D正确.
7.CD [解析] 因可见光的光子能量在1.6~3.1 eV之间,所以观测到的可见光不可能是氢原子由高能级向n=3的能级跃迁时放出的,故A错误;n=2能级的氢原子要吸收至少3.4 eV的光子才能被电离,n=3能级的氢原子至少吸收1.51 eV能量才能被电离,而可见光的光子能量在1.6~3.1 eV之间,故B错误,C正确;当大量氢原子从n=2向基态跃迁时辐射出的能量为10.2 eV,而从其他高能级向基态跃迁时辐射出的能量都大于10.2 eV,且都大于可见光的最大能量3.1 eV,所以大量氢原子从高能级向基态跃迁时会辐射出紫外线,故D正确.
8.放出 6 12.75
[解析] 一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,最多可以辐射出不同频率的光子数为=6;氢原子从n=4的能级向基态跃迁时发出的光子的能量最大为Em=-0.85 eV-(-13.6 eV)=12.75 eV.
9.10 255∶97
[解析] 一群处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时最多可辐射不同频率的光子的种数为=10;设E4跃迁到E2时产生的光子的频率为ν1,E5跃迁到E3时产生的光子的频率为ν2,根据hν2=E5-E3,hν1=E4-E2,联立可得=.
10.(1)8.21×1014 Hz (2)106 m/s
[解析] (1)要使处于n=2的氢原子电离,照射光光子的能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处,最小的光子能量为E=3.4 eV
则所用电磁波的频率最小为ν=≈8.21×1014 Hz
(2)波长为200 nm的紫外线一个光子所具有的能量为
E0=h≈9.95×10-19 J
n=2激发态氢原子的电离能为ΔE=3.4×1.6×10-19 J=5.44×10-19 J
由能量守恒有E0-ΔE=Ek
代入数据解得Ek=4.51×10-19 J,又Ek=mv2
代入数据可得v≈106 m/s
11.(1)6种 (2)见解析 (3)没有,见解析
[解析] (1)对于处于n=4能级的很多氢原子而言,向低能级跃迁时可能观测到=6种不同频率的光子,它们分别是n=4→n=3,n=4→n=2,n=4→n=1,n=3→n=2,n=3→n=1,n=2→n=1
(2)从氢原子能级图可以推算出,氢原子从n=1的能级激发到n=2的能级时所需吸收的能量
ΔE21=E2-E1=(-3.4 eV)-(-13.6 eV)=10.2 eV
如果氢原子从n=1的能级激发到n=3的能级,那么所需吸收的能量为
ΔE31=E3-E1=(-1.51 eV)-(-13.6 eV)=12.09 eV
因为外来电子的动能
E电=11 eV
和上述计算结果相比较可知
ΔE21所以具有11 eV动能的外来电子,只能使处于基态的氢原子激发到n=2的能级
如果外来光子的能量E光=11 eV,由于光子能量是一个不能再分割的最小能量单元,当外来光子能量不等于某两能级差时,不能被氢原子所吸收,故氢原子也不能从基态跃迁到任一激发态
(3)在原子内部,电子绕核运动并没有固定的轨道,只不过当原子处于不同的定态时,电子出现在rn=n2r1处的概率最大本章易错过关 (四)
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一、选择题
1.[2024·安徽师大附中月考] 核能的利用离不开人类对微观世界的不断探索.下图表示了科学家对原子认识的演变史,下列说法正确的是 ( )
A.普朗克基于道尔顿的实心小球模型和电子的发现事实建构了枣糕模型
B.卢瑟福建构的行星模型不仅揭示了原子内存在原子核而且揭示了原子核的组成结构
C.玻尔基于行星模型和氢原子光谱的实验规律建构了氢原子模型并做了有限推广
D.基于量子理论建构的电子云模型完全否定了玻尔模型的正确性及其科学研究价值
2.如图甲所示为a、b、c、d四种元素的特征谱线,图乙是某矿物的线状光谱,通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为 ( )
A.a元素 B.b元素
C.c元素 D.d元素
3.[2024·四川成都期末] 我国“北斗三号”使用的氢原子钟技术指标达到国际先进水平.它是利用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波来计时的.图为氢原子能级图,在n能级的能量值为,大量处于基态的氢原子吸收某种频率的光子跃迁到激发态后,能辐射六种不同频率的光子,则氢原子吸收的光子的能量为 ( )
A.1.89 eV B.10.2 eV
C.12.09 eV D.12.75 eV
4.[2024·贵州贵阳期末] 紫光光子的能量范围为2.76~3.10 eV,蓝光光子的能量范围为2.53~2.76 eV.如图所示为氢原子的能级图,光子能量为12.75 eV的光照射大量处于基态的氢原子使这些氢原子处于激发态,这些氢原子向低能级跃迁时,关于上述两种光的辐射情况,下列说法正确的是 ( )
A.只辐射紫光
B.只辐射蓝光
C.既辐射紫光,又辐射蓝光
D.既不辐射紫光,也不辐射蓝光
5.(多选)[2024·浙江金华期中] 下列关于电子的说法正确的是 ( )
A.发现电子是从研究阴极射线开始的
B.汤姆孙发现物质中发出的电子比荷是不同的
C.电子发现的意义是让人们认识到原子不是组成物质的最小微粒,原子本身也具有复杂的结构
D.电子是带正电的,可以在电场和磁场中偏转
6.(多选)[2024·福州期末] 星载原子钟被称为导航卫星的“心脏”,我国“北斗三号”采用的是星载氢原子钟,其精度比“北斗二号”的星载铷原子钟提高了一个数量级.如图所示为氢原子的部分能级图,则 ( )
A.氢原子可以自发地从低能级向高能级跃迁
B.处于n=1能级的氢原子可以吸收能量为14 eV的光子而发生电离
C.氢原子由n=4能级跃迁到n=3能级,电子的电势能增加
D.一个氢原子处于n=3能级,自发跃迁时最多能辐射2种不同频率的光子
7.(多选)[2024·山东烟台期末] 用如图甲所示的装置做氢气放电管实验观测到四种频率的可见光.已知可见光的光子能量在1.6~3.1 eV之间,氢原子能级图如图乙所示.下列说法正确的是 ( )
A.观测到的可见光可能是氢原子由高能级向n=3的能级跃迁时放出的
B.n=2能级的氢原子吸收上述某一可见光后可能会被电离
C.n=3能级的氢原子吸收上述某一可见光后可能会被电离
D.大量氢原子从高能级向基态跃迁时会辐射出紫外线
二、填空题
8.[2024·厦门期中] 氢原子能级的结构示意图如图所示,一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,能 (选填“吸收”或“放出”) 种不同频率的光子,这些光子中最大的能量为 eV.
9.我国自主研发的氢原子钟现已运用于中国的北斗导航系统中,高性能的原子钟对导航精度的提高起到了很大的作用,同时原子钟体积小、重量轻,它通过氢原子能级跃迁而产生的电磁波校准时钟.氢原子能级如图所示,一群处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时最多可辐射 种不同频率的光子;E4跃迁到E2时产生的光子与E5跃迁到E3时产生的光子的频率之比为 .
三、计算题
10.将氢原子电离,就是从外部给电子以能量,使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子.(电子电荷量e=1.6×10-19 C,电子质量m=0.91×10-30 kg,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s,E2=-3.4 eV)
(1)若要使n=2激发态的氢原子电离,至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子
(2)若用波长为200 nm的紫外线照射n=2激发态的氢原子,则电子飞到离核无穷远处时的速度为多大
11.[2024·厦门一中月考] 观察氢原子能级图,完成以下探究:
(1)如果有一群处于n=4的能级的氢原子,向低能级跃迁时能辐射出多少种频率不同的光子
(2)如果用动能为11 eV的外来电子去激发处于基态的氢原子,可使氢原子激发到哪一个能级上 如果用能量为11 eV的外来光子去激发处于基态的氢原子,结果又如何
(3)从氢原子能级图上也可以看出,电子的轨道半径是某些分立的值,那么,电子在核外的运动真的有固定轨道吗 为什么
