第三节第三节 氢原子光谱氢原子光谱原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里带负电的电子在核外空间绕着核旋转做圆周运动在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核知识复习 早在早在1717世纪，牛顿就发现了日光通世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的到的彩色光带彩色光带叫做叫做光谱光谱ASL1PL2BMNL3 分光镜由平行光管A、三棱镜P和望远镜筒B组成。平行光管A的前方有一个宽度可以调节的狭缝S。从狭缝射入的光线经透镜L1折射后，变成平行光线射到三棱镜P上。不同频率的光经过三棱镜沿不同的折射方向射出，并在透镜L2后方的平面MN上分别会聚成不同颜色的像（谱线）。通过望远镜B的目镜L3，就看到了放大的光谱像。分光镜的构造原理：分光镜的构造原理：一、光谱一、光谱光谱光谱: : 是电磁辐射（不论是在可见光区域还是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）的波长成分和强度分是在不可见光区域）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。布的记录。有时只是波长成分的记录。发射光谱可分为两类：发射光谱可分为两类： 连续谱连续谱和和线状谱线状谱。1.1.发射光谱发射光谱物体发光直接产生的光谱叫做物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。发射光谱。光谱分析仪气体放电管金属导杆感应圈电源玻璃管中稀薄气体的分子在强电场的作用下会电离，成为自由移动的正负电荷，于是气体变成导体，导电时会发光。观察光谱的实验装置（1）连续谱）连续谱: 连续分布连续分布的包含有从红光到紫光各种色的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续谱。光的光谱叫做连续谱。炽热的固体、液体和高压气体炽热的固体、液体和高压气体的发射光的发射光谱是连光谱。谱是连光谱。例如例如: 白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续谱。出的光都形成连续谱。（2）线状谱）线状谱 只含有一些只含有一些不连续的亮线不连续的亮线的光谱叫做线状谱。明线光的光谱叫做线状谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是线状谱。是线状谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子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。的光谱。实例：霓虹灯发出的光几种原子的发射光谱各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发出几种特定频率的光。不同原子的亮线位置（谱线）不同，说明不同原子的发光频率不同。因此线状谱的谱线被称为原子的特征谱线。（3）吸收光谱）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高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）长的光）通过物质通过物质时，某些波长的光时，某些波长的光被物质吸收被物质吸收后产后产生的光谱，叫做吸收光谱。生的光谱，叫做吸收光谱。各种原子的各种原子的吸收光谱吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子中的每一条暗线都跟该种原子的原子的的原子的发射光谱发射光谱中的一条明线相对应。中的一条明线相对应。低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温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时发出的光。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。特征谱线。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（线状谱）中的一条明线相对应。氢的发射光谱氢的吸收光谱吸收光谱也是原子的特征谱线太阳光谱是吸收光谱连续谱连续谱 光光 谱谱发发射射光光谱谱定义：由发光体直接产生的光谱定义：由发光体直接产生的光谱产产生生条条件件：炽炽热热的的固固体体、液液体体和和高高压压气气体体发发 光形成的光形成的光谱的形式：光谱的形式：连续连续分布，一切波长的光都有分布，一切波长的光都有线状谱线状谱（原子光谱）（原子光谱）产生条件：产生条件：稀薄气体发光稀薄气体发光形成的光谱形成的光谱光谱形式：一些光谱形式：一些不连续的明线不连续的明线组成，不同组成，不同元素的线状谱不同（又叫特征光谱）元素的线状谱不同（又叫特征光谱）吸吸收收光光谱谱定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱光谱产生条件：产生条件：炽热的白光通过温度较白光低炽热的白光通过温度较白光低的气体后，的气体后，再再色散色散形成的形成的光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现出现一些暗线一些暗线（与（与特征谱线特征谱线相对应）相对应） 各种光谱的特点及成因：各种光谱的特点及成因：明线光谱明线光谱吸收光谱吸收光谱几种光谱的比较比较光谱产生条件光谱形式及应用发射光谱线状谱稀薄气体发光形成的光谱由一些不连续的明线组成，不同元素的明线光谱不同(又叫特征光谱)，可用于光谱分析连续谱炽热的固体、液体和高压气体发光形成的连续分布，一切波长的光都有吸收光谱炽热物体发出的白光通过温度较低的气体后，再色散形成的用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现一些暗线(与特征谱线相对应)，可用于光谱分析1 1、光谱分析：、光谱分析： 由于每一种元素都有自己的特征谱线，因此由于每一种元素都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来可以根据光谱来鉴别物质鉴别物质和和确定它的化学组成确定它的化学组成。这种方法叫做光谱分析。这种方法叫做光谱分析。 2 2、光谱分析的的原理：、光谱分析的的原理： 利用利用发射光谱发射光谱和和吸收光谱吸收光谱。 3 3、光谱分析的优点：非常灵敏而且迅速。、光谱分析的优点：非常灵敏而且迅速。 4 4、光谱分析的应用：、光谱分析的应用： 发现发现新元素新元素和研究天体的和研究天体的化学组成化学组成。（4）光谱分析）光谱分析 光谱分析的技术在科学研究中有广泛的应用，一光谱分析的技术在科学研究中有广泛的应用，一种元素在样品中的含量即使很少，也能观察到它的光种元素在样品中的含量即使很少，也能观察到它的光谱因此光谱分析可以用来确定样品中包含哪些元素，谱因此光谱分析可以用来确定样品中包含哪些元素，这种方法非常灵敏，利用光谱还能确定遥远星球的物这种方法非常灵敏，利用光谱还能确定遥远星球的物质成分质成分 漆碗：第三文化层（距今漆碗：第三文化层（距今6500650060006000年）利年）利用红外光分析其表面，其光谱图和马王堆汉墓出土漆用红外光分析其表面，其光谱图和马王堆汉墓出土漆皮的裂解光谱图相似皮的裂解光谱图相似 X射线照射激射线照射激发荧光，通过分析发荧光，通过分析荧光判断越王勾践荧光判断越王勾践宝剑的成分宝剑的成分氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。二、氢原子光谱二、氢原子光谱里德伯常量巴耳末公式巴耳末公式：其他谱系其他谱系经典理论认为核外电子绕核运动辐射电磁波，损失能量电子轨道半径连续变小最终落在原子核上原子不稳定事实 原子是稳定的经典理论的困难经典理论认为电子轨道的变化是连续的辐射电磁波的频率等于绕核运动的频率，连续变化原子光谱应该是连续光谱事实原子光谱是不连续的线状谱经典理论的困难按经典理论电子绕核旋转，作加速运动，电子按经典理论电子绕核旋转，作加速运动，电子将不断向四周将不断向四周辐射电磁波辐射电磁波，它的，它的能量不断减小能量不断减小，从而将逐渐靠近原子核，最后落入原子核中。从而将逐渐靠近原子核，最后落入原子核中。轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频率也是连续的频率也是连续的，原子光谱应是，原子光谱应是连续的光谱连续的光谱。 实验表明实验表明： 原子原子相当稳定相当稳定，这一结论与实验不符。，这一结论与实验不符。实验测得原子光谱是实验测得原子光谱是不连续的谱线不连续的谱线, ,具有具有分分立特征立特征。卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。三、卢瑟福原子核式模型的困难三、卢瑟福原子核式模型的困难【例1】（多选）如图甲所示是a，b，c，d四种元素线状谱，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以了解该矿物中缺乏的是（ ） A. a元素 B. b元素 C. c元素 D. d元素例题讲解（光谱的分类）BD【练1】（多选）关于太阳光谱，下列说法正确的是（ ） A. 太阳光谱是吸收光谱 B. 太阳光谱中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的 C. 根据太阳光谱中的暗线，可以分析太阳的物质组成 D. 根据太阳光谱中的暗线，可以分析地球大气层中含有哪些元素变式训练（光谱的分类）AB【练1】（多选）关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是（ ）A. 太阳光谱与白炽灯光谱是连续光谱B. 霓虹灯产生的光谱是明线光谱C. 做光谱分析可以用明线光谱，也可用吸收光谱D. 我们观察月亮的光谱可以确定月亮的化学组成BC变式训练（光谱的分类）【例2】（多选）关于巴耳末公式的理解，下列说法错误的是（ ）A. 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B. 公式中n可取任意值，故氢原子光谱是连续谱C. 所有氢原子光谱的波长都可由巴耳末公式求出D. 公式不但适用于氢原子光谱的分析，也适用于其他原子光谱的分析例题讲解（氢原子光谱的实验规律）BCD【练2】判断下列语句的正误：( )各种原子的发射光谱都是线状谱，并且只能发出几个特定的频率( )原子的发射光谱和吸收光谱都是分立的线状谱( )可以利用光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分( )光谱研究是探索原子核内部结构的一条重要途径( )氢气放电管内气体导电发光是热辐射现象变式训练（氢原子光谱的实验规律）【例3】电子绕核作圆周运动，按经典物理学观点推断，下列说法错误的是（ ） A. 要发射电磁波，电磁波的频率是连续的 B. 电子轨道半径应逐渐减小 C. 原子应该是不稳定的 D. 辐射电磁波的频率只是某些确定的值例题讲解（经典理论的困难）D