2.4 氢原子光谱与能级结构 学案 (1)

2.4
氢原子光谱与能级结构
学案1
【学习目标】
（1）了解光谱的定义和分类；
（2）了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系；
（3）了解经典原子理论的困难。
【学习重点】
氢原子光谱的实验规律。
【知识要点】
1、光谱
早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱。
（1）发射光谱
物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。
发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱。
稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子的光谱。实践证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。
（2）吸收光谱
高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的原子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。
（3）光谱分析
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物质和确定的化学组成。这种方法叫做光谱分析。原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。
2、氢原子光谱的实验规律
氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。（课件展示）
4、玻尔理论对氢光谱的解释
（1）基态和激发态
基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态，叫基态。
激发态：原子处于较高能级时，电子在离核较远的轨道上运动，这种定态，叫激发态。
（2）原子发光：原子从基态向激发态跃迁的过程是吸收能量的过程。原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，吸收或辐射的能量恰等于发生跃迁的两能级之差。
5、玻尔理论的局限性
玻尔理论虽然把量子理论引入原子领域，提出定态和跃迁概念，成功解释了氢原子光谱，但对多电子原子光谱无法解释，因为玻尔理论仍然以经典理论为基础。如粒子的观念和轨道。量子化条件的引进没有适当的理论解释。
【典型例题】
例题1：氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为E1=-54.4
eV，氦离子能级的示意图如图所示。在具有下列能量的光子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是
（
）
A．40.8
eV
B．43.2
eV
C．51.0
eV
D．54.4
eV
解析：根据玻尔理论，氢原子吸收光子能量发生跃迁时光子的能量需等于能级差或大于基态能级的绝对值.氦离子的跃迁也是同样的.
因为
E2-E1=-13.6-（-54.4）
eV=40.8
eV，选项A是可能的.
E3-E1=-6.0-（-54.4）
eV=48.4
eV
E4-E1=-3.4-（-54.4）
eV=51.0
eV，选项C是可能的.
E∞-E1=0-（-54.4）=54.4
eV，选项D是可能的.
所以本题选B.
【达标训练】
1．氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，一条红色、一条蓝色、两条紫色，它们分别是从n=3、4、5、6能级向n=2能级跃迁时产生的，则（
）
（A）红色光谱是氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时产生的
（B）蓝色光谱是氢原子从n=6能级或n=5能级向n=2能级跃迁时产生的
（C）若从n=6能级向n=1能级跃迁时，则能够产生紫外线
（D）若原子从n=6能级向n=1能级跃迁时所产生的辐射不能使某金属发生光电效应，则原子从n=6能级向n=2能级跃迁时将可能使该金属发生光电效应
2.如图是氢原子能级图。有一群氢原子由n=4能级向低能级跃迁，已知普朗克常数h=6.63×10-34J·s，求：
（1）这群氢原子的光谱共有几条谱线；
（2）这群氢原子发出光的最大波长．
答案：1.C
2.
解析：（1）条（或画图得出6条）
（2）光子的能量越小，则频率越小，波长越大。从n=4能级向n=3跃迁时，辐射的光子能量最小
光子的最大波长为
【反思】
收获
疑问