3光譜氫原子光譜[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道什么是光譜，能說出連續(xù)譜和線狀譜的區(qū)別.2.能記住氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律.3.識(shí)記巴爾末公式．[導(dǎo)學(xué)探究]如圖1所示，使用分光鏡，分組進(jìn)行下面的活動(dòng)．圖11．讓白熾燈發(fā)出的強(qiáng)光通過一個(gè)狹縫進(jìn)入分光鏡，記錄觀察到的現(xiàn)象．2．在暗室中點(diǎn)燃酒精燈，在火焰上撒一些鈉鹽，使用分光鏡觀察火焰，記錄觀察到的現(xiàn)象．3．用弧光燈發(fā)出的白光，照射鈉蒸氣(在酒精燈的燈芯上撒上一些鈉鹽，鈉鹽受熱分解產(chǎn)生鈉蒸氣)，用分光鏡觀察通過鈉蒸氣后的強(qiáng)光．記錄觀察到的現(xiàn)象．在以上三個(gè)活動(dòng)中，你所觀察到的光譜有什么不同？答案在“活動(dòng)1”中，觀察到的是連續(xù)彩色光帶，這種光譜稱為連續(xù)譜，它是由波長(zhǎng)連續(xù)分布的光組成的．在“活動(dòng)2”中，可以觀察到在光譜中出現(xiàn)一些彩色亮線．在“活動(dòng)3”中，可以觀察到在連續(xù)的彩色背景下有一些暗線．[知識(shí)梳理]1．光譜的定義：復(fù)色光通過棱鏡后，分解為一系列單色光，而且按波長(zhǎng)長(zhǎng)短的順序排列成一條光帶，稱為光譜．2．光譜的分類和比較光譜分類產(chǎn)生條件光譜形式發(fā)射光譜連續(xù)譜熾熱固體、液體和高壓氣體發(fā)光形成連續(xù)分布，一切波長(zhǎng)的光都有線狀譜(原子光譜)稀薄氣體發(fā)光形成一些不連續(xù)的亮線組成，不同元素譜線不同吸收光譜熾熱的白光通過溫度較低的氣體后，某些波長(zhǎng)的光被吸收后形成用分光鏡觀察時(shí)，見到連續(xù)譜背景上出現(xiàn)一些暗線與這種原子的線狀譜對(duì)應(yīng)3.線狀譜和原子光譜：各種原子的發(fā)射光譜和吸收光譜都是分立的譜線，稱為線狀譜．對(duì)于同一種原子，線狀譜的位置相同，不同原子的譜線位置不同，這樣的譜線叫原子光譜，它只決定于原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)．4．光譜分析(1)由于原子發(fā)光的頻率只與原子結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此可以根據(jù)其光譜來鑒別物質(zhì)的化學(xué)組成，這種方法叫做光譜分析．(2)可用于光譜分析的光譜：明線光譜 和吸收光譜．[即學(xué)即用]判斷下列說法的正誤．(1)各種原子的發(fā)射光譜都是連續(xù)譜．(×)(2)不同原子的發(fā)光頻率是不一樣的．(√)(3)線狀譜和連續(xù)譜都可以用來鑒別物質(zhì)．(×)(4)稀薄氣體發(fā)光形成的光譜是線狀譜．(√)二、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律[導(dǎo)學(xué)探究]如圖2所示為氫原子的光譜．圖21．仔細(xì)觀察，氫原子光譜具有什么特點(diǎn)？答案從右至左，相鄰譜線間的距離越來越?。?．閱讀課本，指出氫原子光譜的譜線波長(zhǎng)具有什么規(guī)律？答案可見光區(qū)域的四條譜線的波長(zhǎng)滿足巴爾末公式：λ＝Beq\f(n2,n2－4)(n＝3,4,5,6)在描述氫譜線的廣義巴爾末公式：eq\f(1,λ)＝RH(eq\f(1,m2)－eq\f(1,n2))(m＝1,2,3……，n＝m＋1，m＋2，m＋3……)[知識(shí)梳理]1．氫原子光譜的特點(diǎn)：在氫原子光譜圖中的可見光區(qū)內(nèi)，由右向左，相鄰譜線間的距離越來越小，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性．2．巴爾末公式(1)巴爾末對(duì)氫原子光譜的譜線進(jìn)行研究得到了下面的公式：eq\f(1,λ)＝RH(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))(n＝3,4,5,6…)，該公式稱為巴爾末公式．式中RH叫做里德伯常量，實(shí)驗(yàn)值為RH＝1.10×107m－1.(2)巴爾末公式說明氫原子光譜的波長(zhǎng)只能取分立值，不能取連續(xù)值．巴爾末公式以簡(jiǎn)潔的形式反映了氫原子的線狀光譜，即輻射波長(zhǎng)的分立特征．3．其他譜線：除了巴爾末系，氫原子光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線，也都滿足與巴爾末公式類似的關(guān)系式．[即學(xué)即用]判斷下列說法的正誤．(1)光是由原子核內(nèi)部的電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，光譜研究是探索原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一條重要途徑．(×)(2)稀薄氣體的分子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下會(huì)電離，使氣體變成導(dǎo)體．(√)(3)巴爾末公式中的n既可以取整數(shù)也可以取小數(shù)．(×)一、光譜和光譜分析1．光譜的分類光譜eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(發(fā)射光譜,吸收光譜))2．光譜分析(1)優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，分析物質(zhì)的最低量達(dá)10－10g.(2)應(yīng)用：a.發(fā)現(xiàn)新元素；b.鑒別物體的物質(zhì)成分．(3)用于光譜分析的光譜：線狀光譜和吸收光譜．例1(多選)下列關(guān)于光譜和光譜分析的說法中，正確的是()A．太陽光譜和白熾燈光譜都是線狀譜B．煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣或霓虹燈產(chǎn)生的光譜都是線狀譜C．進(jìn)行光譜分析時(shí)，可以用線狀譜，不能用連續(xù)光譜D．我們能通過光譜分析鑒別月球的物質(zhì)成分答案BC解析太陽光譜中的暗線是太陽發(fā)出的連續(xù)譜經(jīng)過太陽大氣層時(shí)產(chǎn)生的吸收光譜，正是太陽發(fā)出的光譜被太陽大氣層中存在的對(duì)應(yīng)元素吸收所致，白熾燈發(fā)出的是連續(xù)譜，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；月球本身不會(huì)發(fā)光，靠反射太陽光才能使我們看到它，所以不能通過光譜分析鑒別月球的物質(zhì)成分，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；光譜分析只能是線狀譜或吸收光譜，連續(xù)譜是不能用來進(jìn)行光譜分析的，所以選項(xiàng)C正確；煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣或霓虹燈產(chǎn)生的光譜都是線狀譜，選項(xiàng)B正確．針對(duì)訓(xùn)練1關(guān)于光譜，下列說法正確的是()A．一切光源發(fā)出的光譜都是連續(xù)譜B．一切光源發(fā)出的光譜都是線狀譜C．稀薄氣體發(fā)光形成的光譜是線狀譜D．白光通過鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是線狀譜答案C解析由于物質(zhì)發(fā)光的條件不同，得到的光譜不同，故A、B錯(cuò)誤；稀薄氣體發(fā)光形成的光譜為線狀譜，C正確；白光通過鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是吸收光譜，D錯(cuò)誤．二、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1．將巴爾末公式λ＝B·eq\f(n2,n2－4)(n＝3,4,5,6)改寫為eq\f(1,λ)＝RHeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3,4,5,6，……)滿足這個(gè)公式的多條氫譜線均屬于巴爾末系．2．廣義巴爾末公式eq\f(1,λ)＝RHeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,m2)－\f(1,n2)))(m＝1,2,3……；n＝m＋1，m＋2，m＋3，……)由上式，當(dāng)m＝1時(shí)，得到賴曼系；當(dāng)m＝2時(shí)，得到巴爾末系；當(dāng)m＝3時(shí)，得到帕刑系；當(dāng)m＝4時(shí)，得到布喇開系．例2(多選)巴爾末通過對(duì)氫原子光譜的研究總結(jié)出巴爾末公式eq\f(1,λ)＝RH(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))，n＝3,4,5,6…，對(duì)此，下列說法正確的是()A．巴爾末依據(jù)核式結(jié)構(gòu)理論總結(jié)出巴爾末公式B．巴爾末公式反映了氫原子發(fā)光的連續(xù)性C．巴爾末依據(jù)氫原子光譜的分析總結(jié)出巴爾末公式D．巴爾末公式反映了氫原子發(fā)光的分立性，其波長(zhǎng)的分立值并不是人為規(guī)定的答案CD解析巴爾末公式是根據(jù)氫原子光譜總結(jié)出來的．氫原子光譜的不連續(xù)性反映了氫原子發(fā)光的分立性，即輻射波長(zhǎng)的分立特征，選項(xiàng)C、D正確．針對(duì)訓(xùn)練2氫原子光譜巴爾末系最小波長(zhǎng)與最大波長(zhǎng)之比為()A.eq\f(5,9)B.eq\f(4,9)C.eq\f(7,9)D.eq\f(2,9)答案A解析由巴爾末公式eq\f(1,λ)＝RHeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))，n＝3,4,5,6…當(dāng)n→∞時(shí)，有最小波長(zhǎng)λ1，eq\f(1,λ1)＝eq\f(RH,4)，當(dāng)n＝3時(shí)，有最大波長(zhǎng)λ2，eq\f(1,λ2)＝RHeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,32)))，得eq\f(λ1,λ2)＝eq\f(5,9).1．(多選)關(guān)于光譜，下列說法中正確的是()A．熾熱的液體發(fā)射連續(xù)譜B．線狀譜和吸收光譜都可以對(duì)物質(zhì)進(jìn)行光譜分析C．太陽光譜中的暗線，說明太陽中缺少與這些暗線相對(duì)應(yīng)的元素D．發(fā)射光譜一定是連續(xù)譜答案AB解析熾熱的固體、液體和高壓氣體的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜，故A正確；線狀譜和吸收光譜都可以用來進(jìn)行光譜分析，B正確；太陽光譜中的暗線說明太陽大氣中含有與這些暗線相對(duì)應(yīng)的元素，C錯(cuò)誤；發(fā)射光譜有連續(xù)譜和線狀譜，D錯(cuò)誤．2．(多選)下列光譜中屬于原子光譜的是()A．太陽光譜B．放電管中稀薄汞蒸氣產(chǎn)生的光譜C．白熾燈的光譜D．酒精燈中燃燒的鈉蒸氣所產(chǎn)生的光譜答案BD解析放電管中稀薄汞蒸氣產(chǎn)生的光譜，燃燒的鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜分別是由汞蒸氣、鈉蒸氣發(fā)光產(chǎn)生的，均是原子光譜，故選項(xiàng)B、D對(duì)．3．(多選)下列關(guān)于巴爾末公式eq\f(1,λ)＝RHeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))的理解，正確的是()A．此公式是巴爾末在研究氫原子光譜特征時(shí)發(fā)現(xiàn)的B．公式中n可取任意值，故氫原子光譜是連續(xù)譜C．公式中n只能取大于或等于3的整數(shù)值，故氫原子光譜是線狀譜D．公式不僅適用于氫原子光譜的分析，還適用于其他原子光譜的分析答案AC解析巴爾末公式是巴爾末在研究氫光譜特征時(shí)發(fā)現(xiàn)的，故A選項(xiàng)正確；公式中的n只能取大于或等于3的整數(shù)值，故氫光譜是線狀譜，B選項(xiàng)錯(cuò)誤，C選項(xiàng)正確；巴爾末公式只適用于氫光譜的分析，不適用于其他原子光譜的分析，D選項(xiàng)錯(cuò)誤．4．根據(jù)巴爾末公式，可求出氫原子光譜在可見光的范圍內(nèi)波長(zhǎng)最長(zhǎng)的2條譜線，其波長(zhǎng)分別為654.55×10－9m和484.85×10－9m，求所對(duì)應(yīng)的n值．答案n1＝3n2＝4解析據(jù)巴爾末公式eq\f(1,λ)＝RHeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))，n＝3,4,5,6…得eq\f(1,654.55×10－9)＝1.10×107×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n\o\al(2,1))))，eq\f(1,484.85×10－9)＝1.10×107×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n\o\al(2,2))))，解得n1＝3，n2＝4.一、選擇題(1～6題為單選題，7～8題為多選題)1．關(guān)于原子光譜，下列說法中不正確的是()A．原子光譜是不連續(xù)的B．由于原子都是由原子核和電子組成的，所以各種原子的原子光譜是相同的C．由于各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同，所以各種原子的原子光譜也不相同D．分析物質(zhì)發(fā)光的光譜，可以鑒別物質(zhì)中含哪些元素答案B解析原子光譜為線狀譜，A正確；各種原子都有自己的特征譜線，故B錯(cuò)，C對(duì)；根據(jù)各種原子的特征譜線進(jìn)行光譜分析可鑒別物質(zhì)組成．由此知A、C、D說法正確，B說法錯(cuò)誤．2．下列關(guān)于光譜的說法正確的是()A．熾熱固體、液體和高壓氣體發(fā)出的光形成連續(xù)譜B．對(duì)月光作光譜分析可以確定月亮的化學(xué)組成C．氣體發(fā)出的光只能產(chǎn)生線狀譜D．甲物質(zhì)發(fā)出的光通過低溫的乙物質(zhì)蒸氣可得到甲物質(zhì)的吸收光譜答案A3．太陽光譜中有許多暗線，它們對(duì)應(yīng)著某些元素的特征譜線，產(chǎn)生這些暗線是由于()A．太陽表面大氣層中缺少相應(yīng)的元素B．太陽內(nèi)部缺少相應(yīng)的元素C．太陽表面大氣層中存在著相應(yīng)的元素D．太陽內(nèi)部存在著相應(yīng)的元素答案C解析太陽光譜中的暗線是由于太陽發(fā)出的連續(xù)譜通過太陽表面大氣層時(shí)某些光被吸收造成的，因此，太陽光譜中的暗線是由于太陽表面大氣層中存在著相應(yīng)的元素，故C正確，A、B、D均錯(cuò)誤．4．利用光譜分析的方法能夠鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，關(guān)于光譜分析，下列說法正確的是()A．利用高溫物體的連續(xù)譜就可鑒別其組成成分B．利用物質(zhì)的線狀譜就可鑒別其組成成分C．高溫物體發(fā)出的光通過物質(zhì)后的光譜上的暗線反映了高溫物體的組成成分D．同一種物質(zhì)的線狀譜與吸收光譜上的暗線由于光譜的不同，它們沒有關(guān)系答案B解析由于高溫物體的光譜包括了各種頻率的光，與其組成成分無關(guān)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；某種物質(zhì)發(fā)光的線狀譜中的明線是與某種原子發(fā)出的某頻率的光有關(guān)，通過這些亮線與原子的特征譜線對(duì)照，即可確定物質(zhì)的組成成分，B項(xiàng)正確；高溫物體發(fā)出的光通過物質(zhì)后某些頻率的光被吸收而形成暗線，這些暗線由所經(jīng)過的物質(zhì)決定，C項(xiàng)錯(cuò)誤；某種物質(zhì)發(fā)出某種頻率的光，當(dāng)光通過這種物質(zhì)時(shí)它也會(huì)吸收這種頻率的光，因此線狀譜中的亮線與吸收光譜中的暗線相對(duì)應(yīng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤．5．氫原子光譜的巴爾末系中波長(zhǎng)最長(zhǎng)的光波的光子能量為E1，其次為E2，則eq\f(E1,E2)為()A.eq\f(20,27)B.eq\f(27,20)C.eq\f(2,3)D.eq\f(3,2)答案A解析由eq\f(1,λ)＝RHeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))得：當(dāng)n＝3時(shí)，波長(zhǎng)最長(zhǎng)，eq\f(1,λ1)＝RHeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,32)))，當(dāng)n＝4時(shí)，波長(zhǎng)次之，eq\f(1,λ2)＝RHeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,42)))，解得：eq\f(λ1,λ2)＝eq\f(27,20)，由E＝heq\f(c,λ)得：eq\f(E1,E2)＝eq\f(λ2,λ1)＝eq\f(20,27).6．如圖1甲所示的a、b、c、d為四種元素的特征譜線，圖乙是某礦物的線狀譜，通過光譜分析可以確定該礦物中缺少的元素為()圖1A．a(chǎn)元素 B．b元素C．c元素 D．d元素答案B解析把礦物的線狀譜與幾種元素的特征譜線進(jìn)行對(duì)照，b元素的譜線在該線狀譜中不存在，故選項(xiàng)B正確，與幾個(gè)元素的特征譜線不對(duì)應(yīng)的線說明該礦物中還有其他元素．7．關(guān)于光譜和光譜分析，下列說法中正確的是()A．發(fā)射光譜包括連續(xù)譜和線狀譜B．太陽光譜是連續(xù)譜，氫光譜是線狀譜C．只有線狀譜可用作光譜分析D．光譜分析幫助人們發(fā)現(xiàn)了許多新元素答案AD解析光譜分為發(fā)射光譜和吸收光譜，發(fā)射光譜分為連續(xù)譜和線狀譜，A正確；太陽光譜是吸收光譜，B錯(cuò)誤；線狀譜和吸收光譜都可用作光譜分析，C錯(cuò)誤；光譜分析可以精確分析物質(zhì)中所含元素，并能幫助人們發(fā)現(xiàn)新元素，D正確．8．要得到鈉元素的特征譜線，下列做法正確的是()A．使固體鈉在空氣中燃燒B．將固體鈉高溫加熱成稀薄鈉蒸氣C．使熾熱固體發(fā)出的白光通過低溫鈉蒸氣D．使熾熱固體發(fā)出的白光通過高溫鈉蒸氣答案BC解析熾熱固體發(fā)出的是連續(xù)譜，燃燒固體鈉不能得到特征譜線，A錯(cuò)誤；稀薄氣體發(fā)光產(chǎn)生線狀譜，B正確；強(qiáng)烈的白光通過低溫鈉蒸氣時(shí)，某些波長(zhǎng)的光被吸收產(chǎn)生鈉的吸收光譜，C正確，D錯(cuò)誤．二、非選擇題9．氫原子光譜除了巴爾末系外，還有賴曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式為eq\f(1,λ)＝RHeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1