3氢原子光谱一、光一、光谱1.1.定定义: :用用_或棱或棱镜可以把各种可以把各种颜色的光按色的光按_展开展开, ,获得光得光的波的波长( (频率率) )和和_的的记录。2.2.分分类:(1):(1)线状状谱: :光光谱是一条条的是一条条的_。(2)(2)连续谱: :光光谱是是_的光的光带。光光栅波波长强强度分布度分布亮亮线连在一起在一起3.3.特征特征谱线: :各种原子的各种原子的发射光射光谱都是都是_,_,说明原子只明原子只发出几出几种种_的光的光, ,不同原子的亮不同原子的亮线位置位置_,_,说明不同原子的明不同原子的_不一不一样, ,光光谱中的亮中的亮线称称为原子的原子的_。4.4.应用用: :利用原子的利用原子的_,_,可以可以鉴别物物质和确定物和确定物质的的_,_,这种方法称种方法称为_,_,它的它的优点是灵敏度高点是灵敏度高, ,样本中一种元素的含本中一种元素的含量达到量达到1010-10-10g g时就可以被就可以被检测到。到。线状状谱特定特定频率率不同不同发光光频率率特征特征谱线特征特征谱线组成成分成成分光光谱分析分析【判一判】【判一判】(1)(1)各种原子的各种原子的发射光射光谱都是都是线状状谱, ,并且只能并且只能发出几个特定的出几个特定的频率。率。( () )(2)(2)可以利用光可以利用光谱分析来分析来鉴别物物质和确定物和确定物质的的组成成分。成成分。( () )提示提示: :(1)(1)。各种原子的发射光谱都是线状谱。各种原子的发射光谱都是线状谱, ,并且只能发出几个特并且只能发出几个特定的频率定的频率, ,因此这些亮线称为原子的特征谱线。因此这些亮线称为原子的特征谱线。(2)(2)。因为每种原子都有自己的特征谱线。因为每种原子都有自己的特征谱线, ,所以可以利用它来鉴别物所以可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分。质和确定物质的组成成分。二、二、氢原子光原子光谱的的实验规律律1.1.许多情况下光是由原子内部多情况下光是由原子内部电子的运子的运动产生的生的, ,因此光因此光谱研究是研究是探索探索_的一条重要途径。的一条重要途径。2.2.气体放气体放电管管: :玻璃管中稀薄气体的分子在玻璃管中稀薄气体的分子在强强电场的作用下会的作用下会_,_,成成为自由移自由移动的正的正负电荷荷, ,于是气体于是气体变成成_,_,导电时会会_。这样的装置叫作的装置叫作_。原子原子结构构电离离导体体发光光气体放气体放电管管3.3.巴耳末公式巴耳末公式: _ (n=3,4,5): _ (n=3,4,5)其中其中R R叫里德伯常量叫里德伯常量, ,其其值为R=1.1010R=1.10107 7m m-1-1。4.4.巴耳末公式的意巴耳末公式的意义: :以以简洁的形式反映了的形式反映了氢原子的原子的线状光状光谱, ,即即辐射波射波长的的_特征。特征。分立分立【判一判】【判一判】(1)(1)光是由原子核内部的光是由原子核内部的电子运子运动产生的生的, ,光光谱研究是探索原子核内部研究是探索原子核内部结构的一条重要途径。构的一条重要途径。( () )(2)(2)稀薄气体的分子在稀薄气体的分子在强强电场的作用下会的作用下会变成成导体并体并发光。光。( () )(3)(3)巴耳末公式中的巴耳末公式中的n n既可以取整数也可以取小数。既可以取整数也可以取小数。( () )提示提示: :(1)(1)。光是由原子内部的电子运动产生的。光是由原子内部的电子运动产生的, ,光谱研究是探索原光谱研究是探索原子内部结构的一条重要途径。子内部结构的一条重要途径。(2)(2)。稀薄气体的分子在强电场的作用下会电离。稀薄气体的分子在强电场的作用下会电离, ,成为自由移动的正成为自由移动的正负电荷负电荷, ,于是气体变成导体于是气体变成导体, ,导电时会发光。导电时会发光。(3)(3)。巴耳末公式中的。巴耳末公式中的n n只取整数只取整数, ,不能连续取值。不能连续取值。三、三、经典理典理论的困的困难1.1.核式核式结构模型的成就构模型的成就: :正确地指出了正确地指出了_的存在的存在, ,很好地解很好地解释了了_散射散射实验。2.2.经典理典理论的困的困难: :经典物理学既无法解典物理学既无法解释原子的原子的_,_,又无法又无法解解释原子光原子光谱的的_。原子核原子核粒子粒子稳定性定性分立特征分立特征【判一判】【判一判】(1)(1)经典物理学很好地解典物理学很好地解释原子的原子的稳定性。定性。( () )(2)(2)经典物理学无法解典物理学无法解释原子光原子光谱的分立特征。的分立特征。( () )(3)(3)经典物理学可以很好地典物理学可以很好地应用于宏用于宏观世界世界, ,也能解也能解释原子世界的原子世界的现象。象。( () )提示提示: :(1)(1)。经典物理学不能解释原子的稳定性。经典物理学不能解释原子的稳定性。(2)(2)。按照经典物理学原子光谱应该是连续的。按照经典物理学原子光谱应该是连续的, ,无法解释原子光谱的无法解释原子光谱的分立特征。分立特征。(3)(3)。经典物理学可以很好地应用于宏观世界。经典物理学可以很好地应用于宏观世界, ,但不能解释原子世界但不能解释原子世界的现象的现象, ,必须引入新的概念。必须引入新的概念。一、一、对光光谱和光和光谱分析的理解分析的理解思考探究思考探究: :如如图所示所示为不同物体不同物体发出的不同光出的不同光谱。(1)(1)钨丝白白炽灯的光灯的光谱与其他三种光与其他三种光谱有什么区有什么区别? ?(2)(2)铁电极弧光灯的光极弧光灯的光谱、氢光光谱、钡光光谱的特征相同的特征相同吗? ?提示提示: :(1)(1)钨丝白炽灯的光谱是连在一起的光带钨丝白炽灯的光谱是连在一起的光带, ,叫连续光谱叫连续光谱; ;其他三种其他三种光谱是一条条的亮线光谱是一条条的亮线, ,叫线状谱。叫线状谱。(2)(2)铁电极弧光灯的光谱、氢光谱、钡光谱的特征不同。铁电极弧光灯的光谱、氢光谱、钡光谱的特征不同。【归纳总结】1.1.光光谱的分的分类: :(1)(1)发射光射光谱: :物物质发光直接光直接获得的光得的光谱, ,分分为连续光光谱和和线状光状光谱( (或或原子光原子光谱) )。(2)(2)吸收光吸收光谱: :连续光光谱中某些波中某些波长的光被物的光被物质吸收后吸收后产生的光生的光谱。2.2.几种光几种光谱的比的比较: :比比较光光谱产生条件生条件光光谱形式形式应用用线状光状光谱稀薄气体稀薄气体发光形成的光光形成的光谱一些不一些不连续的明的明线组成成, ,不同元素的明不同元素的明线光光谱不同不同( (又叫特征光又叫特征光谱) )可用于光可用于光谱分析分析连续光光谱炽热的固体、液体和高的固体、液体和高压气体气体发光形成的光形成的连续分布分布, ,一切波一切波长的的光都有光都有不能用于不能用于光光谱分析分析吸收光吸收光谱炽热的白光通的白光通过温度温度较白光低的气体后白光低的气体后, ,再色再色散形成的散形成的用分光用分光镜观察察时, ,见到到连续光光谱背景上出背景上出现一些暗一些暗线( (与特征与特征谱线相相对应) )可用于光可用于光谱分析分析3.3.太阳光太阳光谱: :(1)(1)太阳光太阳光谱的特点的特点: :在在连续谱的背景上出的背景上出现一些不一些不连续的暗的暗线, ,是一是一种吸收光种吸收光谱。(2)(2)对太阳光太阳光谱的解的解释: :阳光中含有各种阳光中含有各种颜色的光色的光, ,但当阳光透但当阳光透过太阳太阳的高的高层大气射向地球大气射向地球时, ,太阳高太阳高层大气中含有的元素会吸收它自己特大气中含有的元素会吸收它自己特征征谱线的光的光, ,然后再向四面八方然后再向四面八方发射出去射出去, ,到达地球的到达地球的这些些谱线看起来看起来就暗了就暗了, ,这就形成了就形成了连续谱背景下的暗背景下的暗线。4.4.光光谱分析分析: :(1)(1)优点点: :灵敏度高灵敏度高, ,分析物分析物质的最低量达的最低量达1010-10-10g g。(2)(2)应用。用。应用光用光谱分析分析发现新元素新元素; ;鉴别物体的物物体的物质成分成分: :研究太阳光研究太阳光谱时发现了太阳中存在了太阳中存在钠、镁、铜、锌、镍等金属元素等金属元素; ;应用光用光谱分析分析鉴定食品定食品优劣。劣。【典例示范】【典例示范】( (多多选) )下列关于光下列关于光谱和光和光谱分析的分析的说法中法中, ,正确的正确的是是( () )A.A.太阳光太阳光谱和白和白炽灯光灯光谱都是都是线状状谱B.B.煤气灯火焰中燃煤气灯火焰中燃烧的的钠蒸气或霓虹灯蒸气或霓虹灯产生的光生的光谱都是都是线状状谱C.C.进行光行光谱分析分析时, ,可以用可以用线状状谱, ,不能用不能用连续光光谱D.D.我我们能通能通过光光谱分析分析鉴别月球的物月球的物质成分成分【解【解题探究】探究】(1)(1)光光谱分析分析应当使用什么光当使用什么光谱线? ?提示提示: :光谱分析应当使用原子的特征谱线光谱分析应当使用原子的特征谱线, ,而不能使用连续光谱。而不能使用连续光谱。(2)(2)能否利用反射光分析反射物的物能否利用反射光分析反射物的物质组成成? ?提示提示: :不能不能, ,反射光反映的是发光物体的特征。反射光反映的是发光物体的特征。【正确解答】【正确解答】选选B B、C C。太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续谱经过太。太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续谱经过太阳大气层时产生的吸收光谱阳大气层时产生的吸收光谱, ,正是太阳发出的光谱被太阳大气层中存正是太阳发出的光谱被太阳大气层中存在的对应元素吸收所致在的对应元素吸收所致, ,白炽灯发出的是连续谱白炽灯发出的是连续谱, ,选项选项A A错误错误; ;月球本身月球本身不会发光不会发光, ,靠反射太阳光才能使我们看到它靠反射太阳光才能使我们看到它, ,所以不能通过光谱分析鉴所以不能通过光谱分析鉴别月球的物质成分别月球的物质成分, ,选项选项D D错误错误; ;光谱分析只能是线状谱和吸收光谱光谱分析只能是线状谱和吸收光谱, ,连连续谱是不能用来进行光谱分析的续谱是不能用来进行光谱分析的, ,所以选项所以选项C C正确正确; ;煤气灯火焰中燃烧煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱, ,选项选项B B正确。正确。【过关关训练】1.(1.(多多选) )下列光下列光谱中属于原子光中属于原子光谱的是的是( () )A.A.太阳光太阳光谱B.B.放放电管中稀薄汞蒸气管中稀薄汞蒸气产生的光生的光谱C.C.白白炽灯的光灯的光谱D.D.酒精灯中燃酒精灯中燃烧的的钠蒸气所蒸气所产生的光生的光谱【解析】【解析】选选B B、D D。放电管中稀薄汞蒸气产生的光谱。放电管中稀薄汞蒸气产生的光谱, ,燃烧的钠蒸气产燃烧的钠蒸气产生的光谱分别是由汞蒸气、钠蒸气发光产生的生的光谱分别是由汞蒸气、钠蒸气发光产生的, ,均是原子光谱均是原子光谱, ,故选项故选项B B、D D对。对。2.2.关于关于线状状谱, ,下列下列说法中正确的是法中正确的是( () )A.A.每种原子每种原子处在不同温度下在不同温度下发光的光的线状状谱不同不同B.B.每种原子每种原子处在不同的物在不同的物质中的中的线状状谱不同不同C.C.每种原子在任何条件下每种原子在任何条件下发光的光的线状状谱都相同都相同D.D.两种不同的原子两种不同的原子发光的光的线状状谱可能相同可能相同【解析】【解析】选选C C。每种原子都有自己的结构。每种原子都有自己的结构, ,只能发出由内部结构决定的只能发出由内部结构决定的特征谱线特征谱线, ,不会因温度、物质不同而改变不会因温度、物质不同而改变,C,C正确。正确。【补偿训练】1.(1.(多多选) )通通过光光栅或棱或棱镜获得物得物质发光的光光的光谱, ,光光谱( () )A.A.按光的波按光的波长顺序排列序排列 B. B.按光的按光的频率率顺序排列序排列C.C.按光子按光子质量的大小排列量的大小排列 D. D.按光子能量的大小排列按光子能量的大小排列【解析】【解析】选选A A、B B、D D。由于光谱是将光按波长展开。由于光谱是将光按波长展开, ,而波长与频率相对而波长与频率相对应应, ,故故A A、B B正确正确; ;光子没有质量光子没有质量, ,故故C C错误错误; ;由爱因斯坦的光子说可知由爱因斯坦的光子说可知, ,光光子的能量与光子频率相对应子的能量与光子频率相对应,D,D正确。正确。2.(20152.(2015沈阳高二沈阳高二检测) )不同元素都有自已独特的光不同元素都有自已独特的光谱线, ,这是因是因为各元素的各元素的( () )A.A.原子序数不同原子序数不同 B. B.原子原子质量数不同量数不同C.C.激激发源能量不同源能量不同 D. D.原子能原子能级不同不同【解析】【解析】选选D D。由于不同元素的能级差不同。由于不同元素的能级差不同, ,当原子从高能级向低能级当原子从高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后两个能级之差。由于原子的能级是分跃迁时放出光子的能量等于前后两个能级之差。由于原子的能级是分立的立的, ,所以放出光子的能量也是分立的所以放出光子的能量也是分立的, ,故每种元素都有自己独特的光故每种元素都有自己独特的光谱线谱线, ,故故A A、B B、C C错误错误,D,D正确。正确。二、二、氢原子光原子光谱的的规律和律和应用用思考探究思考探究: :如如图所示所示为氢原子的光原子的光谱。(1)(1)仔仔细观察察, ,氢原子光原子光谱具有什么特点具有什么特点? ?(2)(2)氢原子光原子光谱的的谱线波波长具有什么具有什么规律律? ?提示提示: :(1)(1)氢原子光谱从左向右谱线间的距离越来越大。氢原子光谱从左向右谱线间的距离越来越大。(2)(2)氢原子光谱的谱线波长符合巴耳末公式。氢原子光谱的谱线波长符合巴耳末公式。【归纳总结】1.1.氢原子光原子光谱的特点的特点: :在在氢原子光原子光谱图中的可中的可见光区内光区内, ,由右向左由右向左, ,相相邻谱线间的距离越来越小的距离越来越小, ,表表现出明出明显的的规律性。律性。2.2.巴耳末公式巴耳末公式: :(1)(1)巴耳末巴耳末对氢原子光原子光谱的的谱线进行研究得到了下面的公式行研究得到了下面的公式: : (n=3,4,5), (n=3,4,5),该公式称公式称为巴耳末公式。巴耳末公式。(2)(2)公式中只能取公式中只能取n3n3的整数的整数, ,不能不能连续取取值, ,波波长是分立的是分立的值。3.3.其他其他谱线: :除了巴耳末系除了巴耳末系, ,氢原子光原子光谱在在红外和紫外光区的其他外和紫外光区的其他谱线, ,也都也都满足与巴耳末公式足与巴耳末公式类似的关系式。似的关系式。【典例示范】【典例示范】根据巴耳末公式根据巴耳末公式, ,指出指出氢原子光原子光谱巴耳末巴耳末线系的最系的最长波波长和最短波和最短波长所所对应的的n,n,并并计算其波算其波长。【解【解题探究】探究】(1)(1)试写出巴耳末公式的表达式。写出巴耳末公式的表达式。提示提示: : (n=3,4,5) (n=3,4,5)。(2)(2)波波长大小与大小与n n的取的取值大小有何关系大小有何关系? ?提示提示: :巴耳末公式中巴耳末公式中n n的取值越小的取值越小, ,对应的波长越长对应的波长越长;n;n的取值越大的取值越大, ,对应对应的波长越短。的波长越短。【正确解答】【正确解答】对应的对应的n n越小越小, ,波长越长波长越长, ,故当故当n=3n=3时时, ,氢原子发光所对应氢原子发光所对应的波长最长。的波长最长。当当n=3n=3时时, =1.1010, =1.10107 7( )m( )m-1-1解得解得1 1=6.5510=6.5510-7-7m m。当当n=n=时时, ,波长最短波长最短, ,= =3.6410= =3.6410-7-7m m。答案答案: :当当n=3n=3时时, ,波长最长为波长最长为6.55106.5510-7-7m m当当n=n=时时, ,波长最短为波长最短为3.64103.6410-7-7m m【过关关训练】1.(1.(拓展延伸拓展延伸) )【典例示范】【典例示范】中根据巴耳末公式中根据巴耳末公式计算当算当n=5n=5时氢原子光原子光谱线的波的波长。【解析】【解析】当当n=5n=5时时, ,由巴耳末公式有由巴耳末公式有 则则= =4.3310= =4.3310-7-7m m。答案答案: :4.33104.3310-7-7m m2.2.【典例示范】【典例示范】中若中若氢原子光原子光谱的的谱线波波长为397.12nm,397.12nm,则n n等于什么等于什么? ?【解析】【解析】由巴耳末公式有由巴耳末公式有 解得解得n=7n=7。答案答案: :7 7【补偿训练】1.(1.(多多选) )巴耳末通巴耳末通过对氢光光谱的研究的研究总结出巴耳末公式出巴耳末公式(n=3,4,5),(n=3,4,5),对此此, ,下列下列说法正确的是法正确的是( () )A.A.巴耳末依据核式巴耳末依据核式结构理构理论总结出巴耳末公式出巴耳末公式B.B.巴耳末公式反映了巴耳末公式反映了氢原子原子发光的光的连续性性C.C.巴耳末依据巴耳末依据氢光光谱的分析的分析总结出巴耳末公式出巴耳末公式D.D.巴耳末公式准确反映了巴耳末公式准确反映了氢原子原子发光的分立性光的分立性, ,其波其波长的分立的分立值并不并不是人是人为规定的定的【解析】【解析】选选C C、D D。由于巴耳末是利用当时已知的、在可见光区的。由于巴耳末是利用当时已知的、在可见光区的4 4条条谱线做了分析总结出的巴耳末公式谱线做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并不是依据核式结构理论总结出来的来的, ,巴耳末公式反映了氢原子发光的分立性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有也就是氢原子实际只有若干特定频率的光若干特定频率的光, ,由此可知由此可知,C,C、D D正确。正确。2.(2.(多多选) )下列关于巴耳末公式下列关于巴耳末公式 的理解的理解, ,正确的是正确的是( () )A.A.此公式是巴耳末在研究此公式是巴耳末在研究氢原子光原子光谱特征特征时发现的的B.B.公式中公式中n n可取任意可取任意值, ,故故氢原子光原子光谱是是连续谱C.C.公式中公式中n n只能取不小于只能取不小于3 3的整数的整数值, ,故故氢原子光原子光谱是是线状状谱D.D.公式不但适用于公式不但适用于氢原子光原子光谱的分析的分析, ,也适用于其他原子的光也适用于其他原子的光谱【解析】【解析】选选A A、C C。此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的四。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条谱线中得到的, ,只适用于氢原子光谱的分析只适用于氢原子光谱的分析,A,A对对,D,D错错; ;公式中公式中n n只能只能取大于等于取大于等于3 3的整数的整数,不能连续取值不能连续取值, ,故氢原子光谱是线状谱故氢原子光谱是线状谱,B,B错错,C,C对。对。【拓展例【拓展例题】考考查内容内容: :氢原子光原子光谱的的计算算【典例示范】【典例示范】在可在可见光范光范围内内氢原子原子发光的波光的波长最最长的的2 2条条谱线所所对应的的n n。(1)(1)它它们的波的波长各是多少各是多少? ?(2)(2)其中波其中波长最最长的光的光对应的光子能量是多少的光子能量是多少? ?(3)(3)氢原子光原子光谱有什么特点有什么特点? ?【正确解答】【正确解答】(1)(1)设当设当n=3,4n=3,4时时, ,氢原子发光所对应的波长分别为氢原子发光所对应的波长分别为1 1、2 2, ,由巴耳末公式由巴耳末公式 (n=3,4,5) (n=3,4,5)知知当当n=3n=3时时, =1.1010, =1.10107 7( )m( )m-1-1, ,解得解得1 1=6.510=6.510-7-7m m当当n=4n=4时时, =1.1010, =1.10107 7( )m( )m-1-1, ,解得解得2 2=4.810=4.810-7-7m m。(2)(2)当当n=3n=3时时, ,对应着氢原子巴耳末系中的波长最长对应着氢原子巴耳末系中的波长最长, ,即为即为1 1, ,因此因此1 1= =3.0610= =3.0610-19-19J J。(3)(3)除巴耳末系外除巴耳末系外, ,在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末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公式类似的关系式, ,即即 , ,其中其中a a分别为分别为1,3,41,3,4对应不同对应不同的线系的线系, ,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。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。答案答案: :(1)6.510(1)6.510-7-7m m4.8104.810-7-7m m(2)3.0610(2)3.0610-19-19J J(3)(3)由一系列线系组成的不连续的线状谱由一系列线系组成的不连续的线状谱