3.光谱 氢原子光谱
[学习目标] 1.了解光谱、连续谱、线状谱等概念．(重点)2.知道光谱分析及其应用．(重点)3.知道氢原子光谱的规律．(重点、难点)
一、光谱的类型和光谱分析
1．光谱
复色光分解为一系列单色光，按波长长短的顺序排列成一条光带，称为光谱．
2．分类
(1)连续谱：由波长连续分布的彩色光带组成的光谱．
(2)发射光谱：由发光物质直接产生的光谱．
(3)吸收光谱：连续光谱中某些特定频率的光被物质吸收而形成的谱线．
(4)线状谱：由分立的谱线组成的光谱．
(5)原子光谱：对于同一种原子，线状谱的位置是相同的，这样的谱线称为原子光谱．
3．光谱分析
(1)定义：利用原子光谱的特征来鉴别物质和确定物质的组成部分．
(2)优点：灵敏度、精确度高．
二、氢原子光谱
1．氢原子光谱的获得
在真空管中充入稀薄的氢气，在强电场的激发下，氢原子就会发光，通过分光镜就可以观察到氢原子光谱．
2．氢原子光谱的规律
(1)巴尔末公式：λ＝B，(n＝3,4,5，…，11)
(2)意义：巴尔末公式反映了氢原子光谱的分立特征．
(3)广义巴尔末公式：＝RH，(m＝1,2,3，…；n＝m＋1，m＋2，m＋3，…)RH为里德伯常量．
1．正误判断(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． (√)
(5)由巴尔末公式可以看出氢原子光谱是线状光谱． (√)
(6)在巴尔末公式中，n值越大，氢光谱的波长越长． (×)
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
AD [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错误，D正确．]
3．(多选)巴尔末通过对氢光谱的研究总结出巴尔末公式＝RH(n＝3,4,5，…)，下列说法正确的是( )
A．巴尔末依据核式结构理论总结出巴尔末公式
B．巴尔末公式反映了氢原子发光的连续性
C．巴尔末依据氢光谱的分析总结出巴尔末公式
D．巴尔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
CD [由于巴尔末是利用当时已知的在可见光区的4条谱线做了分析总结出的巴尔末公式，并不是依据核式结构理论总结出来的，巴尔末公式反映了氢原子发光的分立性，也就是氢原子实际只有若干特定频率的光，C、D正确．]
对光谱和光谱分析的理解
1．光谱的分类
2．光谱分析的应用
(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；
(4)探索宇宙的起源等．
【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，也可以用连续谱
D．观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成
B [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．光谱分析不能用连续谱．]
1．太阳光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________．
[解析] 吸收光谱的暗线是连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的．太阳光的吸收光谱应是太阳内部发出的强光经较低温度的太阳大气层时某些波长的光被太阳大气层的元素原子吸收而产生的．
[答案] 太阳表面大气层中存在着相应的元素
氢原子光谱的规律及应用
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．巴尔末公式
(1)巴尔末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式：λ＝B(或＝RH)，n＝3,4,5，…该公式称为巴尔末公式．
(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．在氢原子光谱的紫外区和红外区，氢原子谱线可用广义巴尔末公式来描述
赖曼系 ＝RH，(n＝2,3,4，…)(紫外)
帕邢系 ＝RH，(n＝4,5,6，…)(近红外)
布喇开系 ＝RH，(n＝5,6,7，…)(红外)
这些谱线波长公式统一起来，就是广义巴尔末公式：
＝RH，(m＝1,2,3，…；n＝m＋1，m＋2，m＋3，…)
由上式，当m＝1时，得到赖曼系(在紫外区)；当m＝2时，得到巴尔末系；当m＝3时，得到帕邢系；当m＝4时，得到布喇开系．(RH为里德伯常量，RH＝1.096 775 81×107 m－1)
【例2】 巴尔末通过对氢光谱的研究总结出巴尔末公式＝R(n＝3,4,5，…)，对此，下列说法正确的是( )
A．巴尔末依据核式结构理论总结出巴尔末公式
B．巴尔末公式反映了氢原子发光的连续性
C．巴尔末依据氢光谱的分析总结出巴尔末公式
D．巴尔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
C [巴尔末公式是依据对氢光谱的分析得出的，而不是依据核式结构总结出的，A错，C对；巴尔末公式只确定了氢原子发光中的一个线系波长，不能描述氢原子发出的各种光的波长，此公式反映出氢原子发光是不连续的，B、D错．]
(1)巴尔末公式反映氢原子发光的规律特征，不能描述其他原子．
(2)公式中n只能取整数，不能连续取值，因此波长也只是分立的值．
(3)公式是在对可见光区的四条谱线分析总结出来的，在紫外区的谱线也适用．
2．氢原子光谱的巴尔末系中波长最长的光波的波长为λ1，波长次之为λ2，则＝________.
[解析] 由＝RH得：当n＝3时，波长最长，＝RH，当n＝4时，波长次之，＝RH，解得：＝.
[答案]
课 堂 小 结
知 识 网 络
1.光谱的概念及分类.
2.光谱分析及应用.
3.氢原子光谱特点及应用.
1．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谱就可以鉴别其组成成分
B．利用物质的线状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的光谱，可以确定月亮的化学组成
B [由于高温物体的光谱包括了各种频率的光，与其组成成分无关，故A错误；某种物质发光的线状谱中的明线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其它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，D错误．]
2．下列说法正确的是( )
A．所有氢原子光谱的波长都可由巴尔末公式求出
B．巴尔末公式中的n可以连续取值
C．巴尔末系是氢原子光谱中的不可见光部分
D．氢原子光谱是线状谱的一个例证
[答案] D
3．氢原子光谱除了巴尔末系外，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线区域，试求n＝6时，对应的波长为多大？
[解析] 由帕邢系的公式＝R
当n＝6时，得λ≈1.09×10－6 m.
[答案] 1.09×10－6 m
课件35张PPT。第二章 原子结构3.光谱 氢原子光谱波长长短 连续分布 直接 频率 分立 位置 原子光谱 稀薄 氢原子 ×√×√√×对光谱和光谱分析的理解氢原子光谱的规律及应用 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(六) 光谱 氢原子光谱
(时间：40分钟 分值：100分)
[基础达标练]
一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)
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
BCD [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，光的颜色是由频率决定，并非棱镜增加了颜色，B、C、D正确，A错误．]
2．有关原子光谱，下列说法错误的是( )
A．原子光谱反映了原子结构特征
B．氢原子光谱跟氧原子光谱是不同的
C．鉴别物质的成分可以采用光谱分析
D．每种原子处于不同的物质中的线状谱不同
D [原子光谱的特征间接地反映了原子的结构特征，不同元素的原子结构是不同的，故产生的光谱也不同，故A、B正确，D错误；因为各种原子有自己的特征谱线，我们可以利用光谱分析来鉴别物质的化学组成，C正确．故本题应为D.]
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
BC [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．]
4．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
C [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．]
5．氢原子光谱中，巴尔末系最小波长与最大波长之比为( )
A. B. C. D.
A [由巴尔末公式＝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
＝.]
6．下列关于巴尔末公式＝RH的理解，正确的是( )
A．此公式是巴尔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
A [此公式是巴尔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、C错．]
二、非选择题(14分)
7．已知氢原子光谱中巴尔末线系第一条谱线Hα的波长为，试推算里德伯常量的值．
[解析] 巴尔末系中第一条谱线为n＝3时，
即＝RH(－)
RH＝＝ m－1＝1.097×107 m－1.
[答案] 1.097×107 m－1
[能力提升练]
一、选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分)
1．(多选)关于物质的吸收光谱和线状谱之间的关系，下列说法正确的是( )
A．吸收光谱和线状谱的产生方法不同，它们的谱线互不相关
B．同种物质吸收光谱中的暗线跟它线状谱中的明线相对应
C．线状谱与吸收光谱都是原子光谱，它们的特征谱线相对应
D．线状谱与吸收光谱都可以用于光谱分析，以鉴别物质和确定物质的化学组成
BD [线状谱与吸收光谱都是原子的特征谱线，但是线状谱是原子光谱，吸收光谱不是原子光谱，C错误；线状谱和吸收光谱都可以进行光谱分析，D正确；同种物质吸收光谱中的暗线与它线状谱中的明线相对应，B正确，A错误．]
2．下列对于巴尔末公式的说法正确的是( )
A．所有氢原子光谱的波长都与巴尔末公式相对应
B．巴尔末公式只确定了氢原子发光中可见光部分的光的波长
C．巴尔末公式确定了氢原子发光中一个线系的波长，其中既有可见光，又有紫外光
D．巴尔末公式确定了各种原子发光中的光的波长
C [巴尔末公式只确定了氢原子发光中一个线系的波长，不能描述氢原子发出的各种光的波长，也不能描述其他原子的发光，A、D错误；巴尔末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，但它适用于整个巴尔末线系，该线系包括可见光和紫外光，B错误，C正确．]
3．下列说法不正确的是( )
A．巴尔末系光谱线的条数只有4条
B．巴尔末系光谱线有无数条
C．巴尔末系中既有可见光，又有紫外光
D．巴尔末系在可见光范围内只有4条
A [巴尔末系中的光谱线有无数条，但在可见光的区域中只有4条光谱线，其余都在紫外光区域．故B、C、D正确，A错误．]
4．如图甲所示的a、b、c、d为四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，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
B [把矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照，b元素的谱线在该线状谱中不存在，故选项B正确，与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中还有其他元素．]
二、非选择题(本大题共2小题，共26分)
5．(12分)在可见光范围内氢原子发光的波长最长的2条谱线所对应的n值为多少？它们的波长各是多少？氢原子光谱有什么特点？
[解析] 因是可见光范围内的，故可直接用公式＝RH进行求解．由公式可知，n越小，对应的波长越长．所以n＝3和n＝4是氢原子光谱在可见米范围内波长最长的两条谱线所对应的值
当n＝3时，＝1.10×107×，解得λ1≈6.5×10－7 m.
当n＝4时，＝1.10×107×，解得λ2≈4.8×10－7 m.
除巴尔末系外，在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴尔末公式类似的关系式，即＝RH，其中k分别为1,2,3,4，…，对应不同的线系．由此可知，氢原子光谱是由一系列线系组成的不连续的线状谱．
[答案] n1＝3 n2＝4 λ1＝6.5×10－7 m λ2＝4.8×10－7 m 氢原子光谱是由一系列线系组成的不连续的线状谱
6．(14分)氢原子光谱除了巴尔末系外，还有赖曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式为＝RH(－)，n＝4,5，6，…，RH＝1.10×107 m－1.若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域，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？
[解析] (1)帕邢系公式＝RH(－)，当n＝6时，得λ＝1.09×10－6 m.
(2)帕邢系形成的谱线在红外线区域，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＝＝λν
得ν＝＝＝ Hz＝2.75×1014 Hz.
[答案] (1)1.09×10－6 m (2)3×108 m/s 2.75×1014 Hz
