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3氢原子光谱,【自主预习】1.光谱:(1)光谱:用_可以把各种颜色的光按_展开,获得光的_和_分布的记录。,光栅或棱镜,波长,波长(频率),强度,(2)分类:线状谱:光谱是一条条的_。连续谱:光谱是_的光带。(3)线状谱与原子:各种原子的发射光谱都是_,不同原子的亮线位置_,说明原子只发出几种_的光,不同原子的发光频率_,光谱中的亮线称为原子的_。,亮线,连在一起,线状谱,不同,特定,频率,不一样,特征谱线,(4)应用:由于每种原子都有自己的_,可以利用它来鉴别物质和确定物质的_。这种方法称为光谱分析,它的优点是_高,样本中一种元素的含量达到_时就可以被检测到。,特征谱线,组成成分,灵敏度,10-10g,2.氢原子光谱的实验规律与经典电磁理论的困难:(1)氢原子光谱的实验规律:许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的,因此光谱研究是探索_的一条重要途径。,原子结构,氢原子光谱的实验规律满足巴耳末公式:(n=3,4,5)式中R为_常量,R=1.10107m-1,n取整数。巴耳末公式的意义:以简洁的形式反映了氢原子的_光谱,即辐射波长的_特征。,里德伯,线状,分立,(2)经典理论的困难:经典电磁理论无法解释原子核外的电子高速绕核转动而又_电磁波而处于稳定状态。经典电磁理论无法解释原子光谱的_特征。,不辐射,分立,【预习小测】1.(多选)关于光谱,下列说法中正确的是()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】选A、B。炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱,故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,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,C错误;发射光谱有连续光谱和明线光谱,D错误。,2.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】选C。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,C正确。,3.(多选)有关氢原子光谱的说法正确的是()A.氢原子的发射光谱是连续谱B.氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C.氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D.氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关,【解析】选B、C。原子的发射光谱是原子跃迁时形成的,由于原子的能级是分立的,所以氢原子的发射光谱不是连续谱,原子发出的光子的能量正好等于原子跃迁时的能级差,故氢原子只能发出特定频率的光,综上所述,选项A、D错,B、C对。,主题一光谱【互动探究】1.不同物质具有不同的光谱形式,那么光谱有哪些种类?提示:物质的光谱按其产生方式不同可分为两大类:(1)发射光谱。连续谱;线状谱(原子光谱)。(2)吸收光谱。,2.不同种类的光谱是如何产生的?提示:(1)发射光谱:物体发光直接产生的光谱。它又分为连续谱和线状谱。连续谱:这种光谱看起来不是一条条分立的谱线,而是连在一起的光带,我们把它叫作连续谱。炽热的固体、液体和高压气体所产生的光谱都是连续谱。,线状谱:由一条条亮线构成,它是由游离状态的原子发射的,因此也称为原子光谱。(2)吸收光谱:高温的固体或液体发出的光(其中含可见光的一切波长的光)通过低温物质时,某些波长的光被该物质吸收后所形成的光谱称为吸收光谱。,3.什么是光谱分析?用哪种光谱可以进行光谱分析?提示:由于每种原子都有自己的特征谱线,因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成,这种方法叫作光谱分析。做光谱分析时,可以利用线状谱,也可利用吸收光谱。,4.利用白炽灯的光谱,能否检测出灯丝的成分?提示:不能。白炽灯的光谱是连续谱,不是原子的特征谱线,因而无法检测出灯丝的成分。,【探究总结】1.各种光谱的产生条件:(1)连续谱(连续光谱)产生条件:炽热的固体、液体和高压气体发光形成的。(2)线状谱(明线光谱或原子光谱)产生条件:稀薄气体或金属的蒸气发光形成的。(3)吸收光谱产生条件:白光通过温度较低的气体后,再色散形成的。,2.光谱分析的应用:(1)线状谱是由稀薄气体或金属蒸气产生的。线状谱中每条光谱线对应着一种频率,不同元素的原子产生的线状谱不同,因而可以用线状谱来确定物质的成分。,(2)吸收光谱是由高温物体发出的白光通过低温物质,某些波长的光被吸收后产生的光谱,是在连续谱的背景下有若干暗线,而这些暗线与线状谱的亮线一一对应,因而吸收光谱中的暗线也是该元素原子的特征谱线,因而吸收光谱也可用来确定物质的成分。,【典例示范】(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,【解题指南】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】选C、D。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,A错,C对;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,B错,D对。,【探究训练】1.(2018嘉兴高二检测)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】选B。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,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,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。D错误。,2.下列关于光谱和光谱分析的说法正确的是()A.太阳光产生的光谱是连续光谱B.太阳光谱中的暗线说明太阳上缺少与这些暗线相对应的元素C.我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分D.连续光谱是不能用来做光谱分析的,【解析】选D。太阳光谱中的暗线说明太阳大气层中含有与这些暗线对应的物质,A、B错;月球不发光,它反射的是太阳光,故C错;光谱分析只能用线状谱或吸收光谱,D正确。,主题二氢原子光谱的实验规律与经典电磁理论的困难【互动探究】1.氢原子光谱的形式是怎样的?它是如何获取的?提示:氢原子光谱是线状谱,用氢气放电管和光谱仪可以获得氢原子光谱。,2.试分析氢原子光谱的特点。提示: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。巴耳末对放电的氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式,该公式称为巴耳末公式:(n=3,4,5,),式中n只能取整数,最大值为6,最小值为3,R称为里德伯常量,R=1.10107m-1。,3.卢瑟福的原子结构很好地解释了粒子散射实验,核外的电子绕核高速旋转,这个结构和经典的电磁理论有什么矛盾?,提示:核外电子被库仑力吸引电子以很大速度绕核运动(绕核运动的加速度不为零)电磁场周期性变化向外辐射电磁波(绕核转动的能量以电磁波的形式辐射出去)能量减少电子绕核运行轨道半径减小电子做螺旋线运动,最后落入原子核中,但是原子是稳定的,并没有原子核外的电子落入原子核内。所以,经典的电磁理论不能解释原子核外的电子的运动情况和原子的稳定性。,4.通过对氢原子光谱特点的分析,氢原子光谱是分立的线状谱,并符合巴耳末公式,这和经典的电磁理论又有什么对立之处?经典的电磁理论不能解释哪些地方?,提示:电子绕核运动时辐射电磁波的频率应等于电子绕核转动的频率电子越转能量越小轨道半径不断减小运行频率不断改变这个变化有连续性原子辐射电磁波的频率也要不断变化大量原子发光的光谱应该是连续谱。据经典理论,以上推理都是正确的,但推出的结果与现实不相符,说明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。,【探究总结】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)在可见光区域内,4条谱线符合巴耳末公式n=3,4,5(2)除了巴耳末系,氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。,3.经典理论的局限性:(1)经典理论无法解释原子的稳定性。(2)经典理论无法解释原子光谱是分立的线状谱。,【典例示范】(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,【解题指南】(1)掌握原子的核式结构中电子的运动规律。(2)正确理解经典电磁理论与事实不符的事实。,【解析】选B、C。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A错,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D错。,【探究训练】1.关于巴耳末公式的理解,下列说法正确的是()A.所有氢原子光谱的波长都可由巴耳末公式求出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只能取不小于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,也适用于其他原子光谱的分析,【解题指南】解答本题应把握以下三点:(1)弄清巴耳末公式的适用条件。(2)理解公式中的各物理量的含义。(3)公式反映了氢原子光谱的分立性。,【解析】选C。只有氢原子光谱中可见光波长满足巴耳末公式,氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线不满足巴耳末公式,满足的是与巴耳末公式类似的关系式,A、D错;在巴耳末公式中的n只能取不小于3的整数,不能连续取值,波长也只能是分立的值,故氢原子光谱不是连续谱而是线状谱,B错,C对。,2.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】选B。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,B对,A、C错;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,D错。,【补偿训练】巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式(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.巴耳末依据氢光谱的分析总结出巴耳末公式D.巴耳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,【解析】选C。巴耳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;巴耳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。,【课堂小结】,
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