第3节 光谱 氢原子光谱.docx

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第3节光谱氢原子光谱

第3节　光谱　氢原子光谱

学习目标

核心提炼

1.了解光谱、连续谱和线状谱等概念。

3类光谱——连续光谱、发射光谱、吸收光谱

1个实验规律——氢原子光谱的实验规律

2.知道氢原子光谱的实验规律。

3.识记巴尔末公式。

4.让学生进一步体会物理规律是在接受实践检验的过程中不断地发展和完善的。

一、光谱的几种类型和光谱分析的应用

1.光谱的定义：

复色光通过棱镜后，分解为一系列单色光，而且按波长长短的顺序排列成一条光带，称为光谱。

2.光谱的分类和比较

光谱分类

产生条件

光谱形式

发射

光谱

连续谱

炽热固体、液体和高压气体发光形成

连续分布，一切波长的光都有

线状谱

（原子光谱）

稀薄气体发光形成

一些不连续的亮线组成，不同元素谱线不同

吸收光谱

炽热的白光通过温度较低的气体后，某些波长的光被吸收后形成

用分光镜观察时，见到连续谱背景上出现一些暗线与这种原子的线状谱对应

3.线状谱和原子光谱：

各种原子的发射光谱和吸收光谱都是分立的谱线，称为线状谱。

对于同一种原子，线状谱的位置相同，不同原子的谱线位置不同，这样的谱线叫原子光谱，它只决定于原子的内部结构。

4.光谱分析

（1）由于原子发光的频率只与原子结构有关，因此可以根据其光谱来鉴别物质的化学组成，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。

思考判断

（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）稀薄气体发光形成的光谱是线状谱。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）√

二、氢原子光谱

1.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：

＝RH（n＝3，4，5，6…），该公式称为巴尔末公式。

式中RH叫做里德堡常数，实验值为RH＝1.10×107m－1。

（2）巴尔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。

巴尔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.其他谱线：

除了巴尔末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线，也都满足与巴尔末公式类似的关系式。

思考判断

（1）光是由原子核内部的电子运动产生的，光谱研究是探索原子核内部结构的一条重要途径。

（　　）

（2）稀薄气体的分子在强电场的作用下会电离，使气体变成导体。

（　　）

（3）巴尔末公式中的n既可以取整数也可以取小数。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）×

　光谱和光谱分析

[要点归纳]

1.光谱的分类

光谱

2.光谱分析

（1）优点：

灵敏度高，分析物质的最低量达10－10g。

（2）应用：

a.发现新元素；b.鉴别物体的物质成分。

（3）用于光谱分析的光谱：

线状光谱和吸收光谱。

特别提醒　某种原子线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。

[精典示例]

[例1]（多选）下列关于光谱的说法正确的是（　　）

A.连续光谱就是由连续发光的物体产生的光谱，线状谱是线状光源产生的光谱

B.通过对连续谱的光谱分析，可鉴定物质成分

C.连续光谱包括一切波长的光，线状谱只包括某些特定波长的光

D.通过对线状谱的明线光谱分析或对吸收光谱的暗线分析，可鉴定物质成分

审题指导　解答本题应把握以下三点：

（1）弄清连续谱和线状谱的产生和概念。

（2）正确区分连续谱和线状谱。

（3）知道哪些谱线可以用来光谱分析。

解析　连续谱是指光谱由连续分布的一切波长的光（一切单色光）组成的，而不是指光源是连续的。

连续谱是由炽热固体、液体及高压气体发光产生的。

线状谱是由一些不连续的亮线组成的，由稀薄气体或金属蒸气所发出的光产生的，而不是指光源是线状光源，选项A错误，C正确；光谱分析是根据不同原子都有自己的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分的方法，连续谱含有一切波长的光，不是原子的特征谱线，不能用来做光谱分析，而线状谱和吸收光谱都是原子自身的特征谱线，所以可以用来做光谱分析，鉴定物质成分，其优点是灵敏度很高，在发现和鉴定元素上有着重大的意义，选项B错误，D正确。

答案　CD

[针对训练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，下列说法正确的是（　　）

A.利用高温物体的连续谱就可鉴别其组成成分

B.利用物质的线状谱就可鉴别其组成成分

C.高温物体发出的光通过物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分

D.同一种物质的线状谱与吸收光谱上的暗线，由于光谱的不同，它们没有关系

解析　高温物体的光谱包括了各种频率的光，与其组成成分无关，故选项A错误；某种物质发光的线状谱中的明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，选项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，选项C错误；某种物质发出某种频率的光，当光通过这种物质时它也会吸收这种频率的光，因此线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线相对应，选项D错误。

答案　B

　氢原子光谱的实验规律

[要点归纳]

1.氢原子光谱：

氢原子光谱呈现分立的明线条纹，在可见光区内，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。

2.氢原子光谱的特点

（1）将巴尔末公式λ＝B·（n＝3，4，5，6）改写为

＝RH（n＝3，4，5，6，…）

满足这个公式的多条氢谱线均属于巴尔末系。

（2）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；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。

特别提醒　

（1）在利用巴尔末公式计算某一条谱线对应的波长时，切记RH是常数，n取整数且均大于2的数值。

（2）除巴尔末系外，在红外和紫外光区的其他谱线也都满足巴尔末公式类似的关系式，即＝RH，其中α分别为1，3，4…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。

[精典示例]

[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＝RH（－），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

巴尔末公式的应用方法及注意问题

（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）公式是对在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。

（4）应用时熟记公式，当n取不同值时求出一一对应的波长λ。

[例3]（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.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

C.根据经典电磁理论，原子光谱应该是连续的

D.原子的核式结构模型彻底否定了经典电磁理论

解析　根据经典电磁理论，电子在绕核做加速运动的过程中，要向外辐射电磁波，因此能量要减少，电子的轨道半径要减小，最终会落到原子核上，因而原子是不稳定的。

电子在转动过程中，随着转动半径不断减小，转动频率不断增大，辐射电磁波的频率不断变化，因而大量原子发光的光谱应该是连续谱。

事实上，原子是稳定的，原子光谱也不是连续谱，而是线状谱，故选项A错误，B、C正确；经典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，故选项D错误。

答案　BC

[针对训练2]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＝RH，n＝3，4，5，…

当n＝∞时，有最小波长λ1，＝RH，

当n＝3时，有最大波长λ2，＝RH，得＝。

答案　A

1.（光谱和光谱分析）（多选）关于光谱，下列说法正确的是（　　）

A.炽热的液体发射连续光谱

B.明线光谱和暗线光谱都可以用来对物质进行分析

C.太阳光谱中的暗线，说明太阳中缺少与这些暗线相对应的元素

D.发射光谱一定是连续光谱

解析　炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱，故选项A正确；每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应，因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线，可以用来光谱分析，选项B正确；太阳光谱中的暗线，说明太阳大气中含有与这些暗线相对应的元素，选项C错误；发射光谱有连续光谱和明线光谱，选项D错误。

答案　AB

2.（光谱和光谱分析）关于线状谱，下列说法正确的是（　　）

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不同

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，选项C正确。

答案　C

3.（氢原子光谱的实验规律）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，选项B正确，A、C错误；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，选项D错误。

答案　B

4.（氢原子光谱的实验规律）（多选）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可以取任意值，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，氢原子光谱是线状谱

D.公式不但使用于氢原子光谱分析，也使用于其他原子光谱分析

解析　此公式是巴尔末在研究氢原子光谱在可见光的四条谱线中得到的，只使用于氢原子光谱分析，选项A正确，D错误；公式中n只能取不小于3的整数值，λ不能取连续值，选项C正确，B错误。

答案　AC

1.我们观察到的太阳光谱是（　　）

A.明线光谱B.吸收光谱

C.连续光谱D.氢原子光谱

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，因此，选项B正确。

答案　B

2.（多选）对于原子光谱，下列说法正确的是（　　）

A.原子光谱是不连续的

B.由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的光谱是相同的

C.各种元素的原子结构不同，所以各种原子的光谱也是不同的

D.分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪种元素

解析　每一种元素的原子都有自己的原子结构，所以都有一系列不连续的特征谱线，元素不同，其特征谱线不同，光谱分析就是根据其特征谱线判断元素种类的，故选项B错误，A、C、D正确。

答案　ACD

3.（多选）光谱分析所用的光谱是（　　）

A.连续光谱B.明线光谱

C.太阳光谱D.以上都可以

解析　光谱分析可以用