3 氢原子光谱
[学习目标] 1.了解光谱、连续谱和线状谱等概念．(重点)2.知道氢原子光谱的实验规律．(重点)3.知道经典物理的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱分立特征．(难点)
一、光谱
1．定义
用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱．
2．分类
(1)线状谱：由一条条的亮线组成的光谱．
(2)连续谱：由连在一起的光带组成的光谱．
3．特征谱线
各种原子的发射光谱都是线状谱，且不同原子的亮线位置不同，故这些亮线称为原子的特征谱线．
4．光谱分析
(1)定义：利用原子的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分．
(2)优点：灵敏度高．
二、氢原子光谱分析
1．氢原子光谱的实验规律
(1)光谱研究的意义
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原子结构的重要途径．
(2)气体发光原理
①气体放电：玻璃管中稀薄气体在强电场的作用下会电离，形成自由移动的正负电荷，于是气体变成导体，导电时会发光．
②氢光谱：从氢气放电管可以获得氢原子光谱．
(3)巴耳末公式
①公式：＝R(n＝3,4,5…)．
②意义：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．经典理论的困难
(1)用经典(电磁)理论在解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征时遇到了困难．
(2)经典理论可以很好地应用于宏观物体，但不能用来解释原子世界的现象．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)各种原子的发射光谱都是连续谱． (×)
(2)不同原子的发光频率是不一样的． (√)
(3)线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质． (×)
(4)氢原子光谱是利用氢气放电管获得的． (√)
2．(多选)对原子光谱，下列说法正确的是( )
A．原子光谱是不连续的
B．原子光谱是连续的
C．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
D．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
[解析] 原子光谱为线状谱，A正确，B错误；各种原子都有自己的特征谱线，故C错，D对．
[答案] AD
3．(多选)以下论断中正确的是( )
A．按经典电磁理论，核外电子受原子核库仑引力，不能静止只能绕核运转，电子绕核加速运转，不断地向外辐射电磁波
B．按经典理论，绕核运转的电子不断向外辐射能量，电子将逐渐接近原子核，最后落入原子核内
C．按照卢瑟福的核式结构理论，原子核外电子绕核旋转，原子是不稳定的，说明该理论不正确
D．经典电磁理论可以很好地应用于宏观物体，但不能用于解释原子世界的现象
[解析] 卢瑟福的核式结构没有问题，主要问题出在经典电磁理论不能用来解释原子世界的现象．
[答案] ABD
光谱分类和光谱分析
1．光谱的分类
2．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，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．
3．光谱分析
(1)优点：灵敏度高，分析物质的最低含量达10－10 g.
(2)应用：①应用光谱分析发现新元素； ②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. ③应用光谱分析鉴定食品优劣．
【例1】 关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是( )
A．太阳光谱和白炽灯光谱是线状谱
B．霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱是线状谱
C．进行光谱分析时，可以利用线状谱，也可以利用连续谱
D．观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成
[解析] 太阳光谱是吸收光谱，而月亮反射太阳光，也是吸收光谱，煤气灯火焰中钠蒸气产生的光谱属稀薄气体发光，是线状谱．由于月亮反射太阳光，其光谱无法确定月亮的化学组成．
[答案] B
?1?太阳光谱是吸收光谱，是阳光透过太阳的高层大气层时而形成的，不是地球大气造成的.
?2?某种原子线状光谱中的亮线与其吸收光谱中的暗线是一一对应的，两者均可用来作光谱分析.
1．太阳光谱中有许多暗线，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元素
D．地球表面大气层中存在着相应元素
[解析] 太阳是高温物体，它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时，某些特定频率的光会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收，从而使我们观察到的太阳光谱是吸收光谱，分析太阳的吸收光谱，可知太阳大气层的物质组成，因此，选项C正确，A、B、D错误．
[答案] C
氢原子光谱的规律和应用
1．氢原子的光谱
从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图所示．
2．氢原子光谱的特点
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．
3．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：＝R，n＝3,4,5…，该公式称为巴耳末公式．
(2)公式中只能取n≥3的整数，不能连续取值，波长是分立的值．
4．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．
【例2】 (多选)巴耳末通过对氢原子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] 巴耳末是利用当时已知的、在可见光区的四条谱线作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会发出若干特定频率的光，由此可知，选项CD正确．
[答案] CD
巴耳末公式的两点提醒
(1)巴耳末公式反映氢原子发光的规律特征，不能描述其他原子．
(2)公式是在对可见光的四条谱线分析时总结出来的，在紫外光区的谱线也适用．
2．氢原子光谱巴耳末系最短波长与最长波长之比为( )
A． B． C． D．
[解析] 由巴耳末公式＝R，n＝3,4,5…得，当n＝∞时，波长最小，最小波长λ1满足＝R·，当n＝3时，波长最大，最大波长λ2满足＝R，联立解得＝，选项A正确．
[答案] A
课 堂 小 结
1.光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(或频率)和强度分布的记录.
2.线状谱：光谱是一条条的亮线.
3.连续谱：光谱为连在一起的光带.
4.各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的亮线位置不同，这些亮线称为原子的特征谱线.
5.巴耳末公式：＝R，n＝3,4,5…
知 识 脉 络
1．(多选)白光通过棱镜后在屏上会形成按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫排列的连续谱线，下列说法正确的是( )
A．棱镜使光谱加了颜色
B．白光是由各种颜色的光组成的
C．棱镜对各种颜色光的偏折不同
D．发光物质发出了在可见光区的各种频率的光
[解析] 白光通过棱镜使各种颜色的光落在屏上的不同位置，说明棱镜对各种颜色的光偏折不同，形成的连续光谱按波长(或频率)排列，即白光是包括各种频率的光，光的颜色是由波长(或频率)决定，并非棱镜增加了颜色，B、C、D正确，A错误．
[答案] BCD
2．(多选)下列说法中正确的是( )
A．炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱
B．各种原子的明线光谱中的明线和它吸收光谱中的暗线必定一一对应
C．气体发出的光只能产生明线光谱
D．在一定条件下气体也可以产生连续光谱
[解析] 据连续光谱的产生知A正确；吸收光谱中的暗线和明线光谱中的明线相对应，但通常吸收光谱中看到的暗线要比明线光谱中的明线少，所以B不对；气体发光，若为高压气体则产生吸收光谱，若为稀薄气体则产生明线光谱，所以C错误，D正确．
[答案] AD
3．(多选)关于线状谱，下列说法中正确的是( )
A．每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同
B．每种原子处在不同的物质中的线状谱相同
C．每种原子在任何条件下发光的线状谱都相同
D．两种不同的原子发光的线状谱可能相同
[解析] 每种原子都有自己的结构，只能发出由内部结构决定的自己的特征谱线，不会因温度、物质不同而改变，B、C正确．
[答案] BC
4．(多选)关于经典电磁理论与原子的核式结构之间的关系，下列说法正确的是( )
A．经典电磁理论很容易解释原子的稳定性
B．经典电磁理论无法解释原子的稳定性
C．根据经典电磁理论，电子绕原子核转动时，电子会不断释放能量，最后被吸附到原子核上
D．根据经典电磁理论，原子光谱应该是连续的
[解析] 根据经典电磁理论，电子绕核运动产生变化的电磁场，向外辐射电磁波，电子转动能量减少，轨道半径不断减小，运动频率不断改变，因此大量原子发光的光谱应该是连续谱，最终电子落到原子核上，所以A错误，B、C、D正确．
[答案] BCD
课件45张PPT。第十八章 原子结构3 氢原子光谱234波长 5亮线 光带 线状谱 不同 特征 6特征谱线 7内部 89分立 10稳定性 分立 原子 11×
√
×
√121314151617光谱分类和光谱分析1819202122232425氢原子光谱的规律和应用 26272829303132333435363738394041424344点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(十)
(时间：15分钟 分值：50分)
一、选择题(本题共6小题，每小题6分)
1．(多选)如图甲所示是a、b、c、d四种元素的线状谱，图乙是某矿物质的线状谱，通过光谱分析可以了解该矿物质中缺乏的是( )
甲 乙
A．a元素 B．b元素
C．c元素 D．d元素
[解析] 将甲中的线状谱与乙中的谱线相对照，没有的谱线即是该矿物质中缺少的，故选BD.
[答案] BD
2．(多选)关于太阳的光谱，下列说法正确的是( )
A．太阳光谱为连续谱
B．太阳光谱为吸收光谱
C．研究太阳光谱，可以了解太阳大气层的物质成分
D．研究太阳光谱，可以了解地球大气层的物质成分
[解析] 太阳光谱是吸收光谱，太阳光通过太阳大气层后，被太阳大气层中物质吸收后形成的光谱，而吸收光谱的谱线与这种元素的线状谱是对应的，因此分析吸收光谱，也可了解物质的组成．故A、D错，B、C正确．
[答案] BC
3．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] 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，B对，A、C错；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，D错．
[答案] B
4．(多选)关于光谱，下列说法正确的是( )
A．太阳光谱是连续光谱
B．稀薄的氢气发光产生的光谱是线状谱
C．煤气灯上灼烧的钠盐汽化后的钠蒸气产生的光谱是线状谱
D．白光通过钠蒸气产生的光谱是线状谱
[解析] 太阳光谱是太阳产生的白光，通过太阳周围温度较低的大气时，某些波长的光被太阳大气层中的某些元素吸收从而产生的吸收光谱，不是连续光谱，所以选项A错误；稀薄的氢气发光是原子光谱，是线状谱，所以选项B正确；钠蒸气产生的光谱是原子光谱，是线状谱，选项C正确；白光通过钠蒸气产生的光谱是吸收光谱，不是线状谱，所以选项D错误．
[答案] BC
5．以下说法中正确的是( )
A．进行光谱分析，可以用连续光谱，也可以用吸收光谱
B．光谱分析的优点是非常灵敏而且迅速
C．分析某种物质的化学组成，可以使这种物质发出的白光通过另一种物质的低温蒸气取得吸收光谱进行分析
D．摄下月球的光谱，可以分析出月球上有哪些元素
[解析] 进行光谱分析不能用连续光谱，只能用明线光谱或吸收光谱，A错误；光谱分析的优点是灵敏而且迅速，B正确；分析某种物质的化学组成，可用白光照射其低温蒸气产生的吸收光谱进行分析，通过另一种物质的低温蒸气只能取得另一种物质的吸收光谱，C错误；月球不能发光，它只能反射太阳光，故其反射的光谱是太阳光谱，而不是月球的光谱，不能用来分析月球上的元素，D错误．
[答案] B
6．(多选)下列关于巴耳末公式＝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] 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，λ不能连续取值．故氢原子光谱是线状谱，B错，C对．
[答案] AC
二、非选择题(共14分)
7．氢原子光谱在巴耳末系中最长波长的光子能量是多少？
[解析] 当n＝3时，对应的波长最长，代入巴耳末公式有：
＝1.10×107×
解之得λ1≈6.5×10－7 m
光子能量为ε1＝hν＝h＝ J＝3.06×10－19 J.
[答案] 3.06×10－19 J
