高中物理 第二章 原子结构 2.3 光谱 氢原子光谱优质课件 教科版选修3-5

1、3光谱氢原子光谱一、光谱一、光谱1.1.定义定义: :复色光通过棱镜分光后复色光通过棱镜分光后, ,分解为一系列分解为一系列_,_,而且按而且按_的顺序排列成一条光带的顺序排列成一条光带, ,称为光谱。称为光谱。2.2.发射光谱发射光谱: :(1)(1)线光谱线光谱:_:_的线状光谱。的线状光谱。(2)(2)连续光谱连续光谱:_:_光带组成的光谱。光带组成的光谱。单色光单色光波长长短波长长短分立分立连续的彩色连续的彩色3.3.吸收光谱吸收光谱: :在连续的彩色背景下有一些在连续的彩色背景下有一些_的光的光谱。谱。4.4.原子光谱原子光谱: :只有对于同一种原子只有对于同一种原子,_,_的位置才

2、是的位置才是_的的, ,这种谱线称为原子光谱。这种谱线称为原子光谱。5.5.光谱分析光谱分析: :由于原子发光的频率只与由于原子发光的频率只与_有关有关, ,因此某种原子的光谱可用来鉴别物质中因此某种原子的光谱可用来鉴别物质中_这种这种原子原子, ,含量的多少。含量的多少。暗线暗线线光谱线光谱相同相同原子结构原子结构是否存在是否存在二、氢原子光谱二、氢原子光谱1.1.许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的, ,因此因此光谱研究是探索原子结构的一条重要途径。光谱研究是探索原子结构的一条重要途径。2.2.巴尔末公式巴尔末公式: =_(n=3,4,5,: =

3、_(n=3,4,5,) )其中其中R RH H叫叫作作_。其值为。其值为R RH H=1.097 373 156 854 8=1.097 373 156 854 810107 7m m-1-1。1H2211R ()2n里德堡常数里德堡常数3.3.巴尔末公式的意义巴尔末公式的意义: :以简洁的形式反映了氢原子的线以简洁的形式反映了氢原子的线光谱光谱, ,即辐射波长的即辐射波长的_特征。特征。分立分立【想一想想一想】在巴尔末系中在巴尔末系中, ,光谱线的波长最长和最短时光谱线的波长最长和最短时所对应的所对应的n n的取值是多少的取值是多少? ?提示提示: :由巴尔末公式由巴尔末公式 ,n=3,n=

4、3、4 4、5,5,可知可知, ,当当n=3n=3时时, ,波长最长。当波长最长。当nn时时, ,波长最短。波长最短。H22111=R ()2n知识点一、光谱的分类和光谱分析知识点一、光谱的分类和光谱分析思考探究思考探究: :观察以上三幅图片观察以上三幅图片, ,请思考以下问题请思考以下问题: :(1)(1)白炽灯泡发出的强光经过分光镜后会获得光谱白炽灯泡发出的强光经过分光镜后会获得光谱, ,其其光谱对应的是哪幅图光谱对应的是哪幅图? ?(2)(2)在酒精灯的火焰上撒一些钠盐后在酒精灯的火焰上撒一些钠盐后, ,光经过分光镜后光经过分光镜后也会获得光谱也会获得光谱, ,其光谱对应的是哪幅图其光谱

5、对应的是哪幅图? ?(3)(3)用弧光灯发出的白光照射钠蒸气后用弧光灯发出的白光照射钠蒸气后, ,光经过分光镜光经过分光镜后也会获得光谱后也会获得光谱, ,其光谱对应的是哪幅图其光谱对应的是哪幅图? ? 【归纳总结归纳总结】 1.1.光谱的分类光谱的分类: :2.2.线光谱和连续谱的不同之处线光谱和连续谱的不同之处: :线光谱线光谱连续谱连续谱形状特征形状特征一条条分立的谱线一条条分立的谱线连在一起的光带连在一起的光带组成组成某些特定频率的谱线某些特定频率的谱线, ,不不同的元素的光谱线不同同的元素的光谱线不同一切波长的光都有一切波长的光都有应用应用可用于光谱分析可用于光谱分析不能用于光谱分析

6、不能用于光谱分析3.3.太阳光谱太阳光谱: :(1)(1)太阳光谱的特点太阳光谱的特点: :在连续谱的背景上出现一些不连在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线续的暗线, ,是一种吸收光谱。是一种吸收光谱。(2)(2)对太阳光谱的解释对太阳光谱的解释: :阳光中含有各种颜色的光阳光中含有各种颜色的光, ,但当但当阳光透过太阳的高层大气射向地球时阳光透过太阳的高层大气射向地球时, ,太阳高层大气中太阳高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光含有的元素会吸收它自己特征谱线的光, ,然后再向四面然后再向四面八方发射出去八方发射出去, ,到达地球的这些谱线看起来就暗了到达地球的这些谱线看起来就暗了,

7、,这这就形成了连续谱背景下的暗线。就形成了连续谱背景下的暗线。4.4.原子光谱原子光谱: :不同元素的原子产生的明线光谱是不同的不同元素的原子产生的明线光谱是不同的, ,但同种元素但同种元素的原子产生的明线光谱却相同的原子产生的明线光谱却相同, ,说明每种原子只能发射说明每种原子只能发射其本身特征的某些波长的光其本身特征的某些波长的光, ,因此明线光谱中的光谱线因此明线光谱中的光谱线也叫元素的特征谱线也叫元素的特征谱线原子光谱。原子光谱。5.5.光谱分析光谱分析: :(1)(1)优点优点: :灵敏度高灵敏度高, ,分析物质的最低量达分析物质的最低量达1010-10-10g g。(2)(2)应用

8、应用: :应用光谱分析发现新元素应用光谱分析发现新元素; ;鉴别物体的物鉴别物体的物质成分质成分; ;应用光谱分析鉴定食品优劣。应用光谱分析鉴定食品优劣。【特别提醒特别提醒】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一对应的, ,两者均可用来作光谱分析。两者均可用来作光谱分析。 【典例探究典例探究】 【典例典例】( (多选多选) )关于太阳光谱关于太阳光谱, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( () )A.A.太阳光谱是吸收光谱太阳光谱是吸收光谱B.B.太阳光谱中的暗线太阳光谱中的暗线, ,是太阳光经过太阳大气层时某些是太阳光经过太阳

9、大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的特定频率的光被吸收后而产生的C.C.根据太阳光谱中的暗线根据太阳光谱中的暗线, ,可以分析太阳的物质组成可以分析太阳的物质组成D.D.根据太阳光谱中的暗线根据太阳光谱中的暗线, ,可以分析地球大气层中含有可以分析地球大气层中含有哪些元素哪些元素【思路点拨思路点拨】解答该题的关键是理解太阳光谱的形成解答该题的关键是理解太阳光谱的形成机理机理, ,知道太阳光谱是太阳光经过太阳大气层后产生的。知道太阳光谱是太阳光经过太阳大气层后产生的。【正确解答正确解答】选选A A、B B。可通过以下表格对选项逐一分。可通过以下表格对选项逐一分析析: :选项选项过程分析过程分

10、析结论结论A A太阳是高温物体太阳是高温物体, ,它发出的白光通过温度较它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时低的太阳大气层时, ,某些特定频率的光会被某些特定频率的光会被太阳大气层中的某些元素吸收太阳大气层中的某些元素吸收, ,故我们观察故我们观察到的太阳光谱是吸收光谱到的太阳光谱是吸收光谱, ,故故A A正确正确B B分析过程同分析过程同A A项项选项选项过程分析过程分析结论结论C C分析太阳的吸收光谱分析太阳的吸收光谱, ,可知太阳大气层的可知太阳大气层的物质组成物质组成, ,而某种物质要观测到它的吸收而某种物质要观测到它的吸收光谱光谱, ,要求它的温度不能太低要求它的温度不能太低, ,

11、也不能太也不能太高高, ,否则会直接发光否则会直接发光, ,由于地球大气层的由于地球大气层的温度很低温度很低, ,太阳光通过地球大气层时不会太阳光通过地球大气层时不会被地球大气层中的物质原子吸收被地球大气层中的物质原子吸收, ,故故C C错错误误D D分析过程同分析过程同C C项项【过关训练过关训练】关于光谱和光谱分析关于光谱和光谱分析, ,下列说法不正确的是下列说法不正确的是( () )A.A.太阳光谱是连续光谱太阳光谱是连续光谱, ,分析太阳光谱可以知道太阳内分析太阳光谱可以知道太阳内部的化学元素的组成部的化学元素的组成B.B.强白光通过酒精灯火焰上的钠盐蒸气强白光通过酒精灯火焰上的钠盐蒸

12、气, ,形成的光谱是形成的光谱是吸收光谱吸收光谱C.C.进行光谱分析时进行光谱分析时, ,可以利用线状光谱可以利用线状光谱, ,也可以利用吸也可以利用吸收光谱收光谱, ,但不能用连续光谱但不能用连续光谱D.D.煤气灯火焰上的钠盐产生的光谱是线状谱煤气灯火焰上的钠盐产生的光谱是线状谱【解析解析】选选A A。太阳光谱是吸收光谱。太阳光谱是吸收光谱, ,这是由于太阳内这是由于太阳内部发出的强光经过温度比较低的太阳大气层时产生部发出的强光经过温度比较低的太阳大气层时产生的的,A,A错误。由吸收光谱产生的条件知错误。由吸收光谱产生的条件知B B正确。光谱分析正确。光谱分析中只能用线状谱和吸收光谱中只能用

13、线状谱和吸收光谱, ,所以所以C C正确。煤气灯火焰正确。煤气灯火焰上的钠盐呈稀薄气体状态上的钠盐呈稀薄气体状态, ,因此也是线状谱。故正确答因此也是线状谱。故正确答案为案为A A。【补偿训练补偿训练】( (多选多选) )下列关于光谱的说法正确的是下列关于光谱的说法正确的是( () )A.A.连续光谱就是由连续发光的物体产生的光谱连续光谱就是由连续发光的物体产生的光谱, ,线状谱线状谱是线状光源产生的光谱是线状光源产生的光谱B.B.通过对连续谱的光谱分析通过对连续谱的光谱分析, ,可鉴定物质成分可鉴定物质成分C.C.连续光谱包括一切波长的光连续光谱包括一切波长的光, ,线状谱只包括某些特定线状

14、谱只包括某些特定波长的光波长的光D.D.通过对线状谱的明线光谱分析或对吸收光谱的暗线通过对线状谱的明线光谱分析或对吸收光谱的暗线分析分析, ,可鉴定物质成分可鉴定物质成分【解析解析】选选C C、D.D.连续谱是指光谱是由连续分布的一切连续谱是指光谱是由连续分布的一切波长的光波长的光( (一切单色光一切单色光) )组成的组成的, ,而不是指光源是连续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连续谱是由炽热固体、液体及高压气体发光产生的, ,同同理线状谱是指光谱是由一些不连续的亮线组成的理线状谱是指光谱是由一些不连续的亮线组成的, ,由稀由稀薄气体或金属蒸气所发出的光

15、产生薄气体或金属蒸气所发出的光产生, ,而不是指光源是线而不是指光源是线状光源状光源,A,A错错,C,C对对; ;光谱分析是根据不同原子都有自己的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特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分的, ,连续谱连续谱含有一切波长的光含有一切波长的光, ,不是原子的特征谱线不是原子的特征谱线, ,不能用来做不能用来做光谱分析光谱分析, ,而线状谱和吸收光谱都有原子自身的特征谱而线状谱和吸收光谱都有原子自身的特征谱线线, ,所以可以用来做光谱分析所以可以用来做光谱分析, ,鉴定物质成分鉴定物质成分, ,其优点是其优点是灵敏度很高灵敏度很高

16、, ,在发现和鉴定元素上有着重大的意义在发现和鉴定元素上有着重大的意义,B,B错错,D,D对。对。知识点二、氢原子光谱的实验规律知识点二、氢原子光谱的实验规律思考探究思考探究: :以上是氢原子光谱的一部分以上是氢原子光谱的一部分, ,请思考以下问题请思考以下问题: :(1)(1)氢原子光谱是连续光谱氢原子光谱是连续光谱, ,还是线状谱还是线状谱? ?(2)(2)当当n=3n=3时时, ,波长波长=?=?(3)(3)当当n=5n=5时时, ,波长波长=?=? 【归纳总结归纳总结】 氢原子是自然界中最简单的原子氢原子是自然界中最简单的原子, ,通过对它的光谱线的通过对它的光谱线的研究研究, ,可以

17、了解原子的内部结构和性质可以了解原子的内部结构和性质, ,氢原子光谱线氢原子光谱线是最早发现和研究的光谱线。是最早发现和研究的光谱线。(1)(1)氢光谱是线状的氢光谱是线状的, ,不连续的不连续的, ,波长只能是分立的值。波长只能是分立的值。(2)(2)谱线之间有一定的关系谱线之间有一定的关系, ,可用一个统一的公式可用一个统一的公式 表达式中表达式中m=2m=2对应巴尔末公式对应巴尔末公式: : ,n=3,4,5, ,n=3,4,5,。其谱线称为巴尔末线系。其谱线称为巴尔末线系, ,是氢原子核外电子由高能级跃迁至是氢原子核外电子由高能级跃迁至n=2n=2的能级时产生的的能级时产生的光谱光谱,

18、 ,其中其中H HH H在可见光区。由于光的频率不同在可见光区。由于光的频率不同, ,其其颜色不同。颜色不同。H22111R ()mnH22111R ()2nm=1m=1对应赖曼系对应赖曼系m=3m=3对应帕邢系对应帕邢系即赖曼系即赖曼系( (在紫外区在紫外区), ,n=2,3,4), ,n=2,3,4帕邢系帕邢系( (在近红外区在近红外区), ,n=4,5,6), ,n=4,5,6H22111R ()1nH22111R ()3n【特别提醒特别提醒】(1)(1)氢原子的线光谱反映了原子能量的量子化。氢原子的线光谱反映了原子能量的量子化。(2)(2)应用广义巴尔末公式时注意应用广义巴尔末公式时注

19、意m m和和n n之间的关系及之间的关系及m m的的取值范围。取值范围。 【典例探究典例探究】 【典例典例】巴尔末通过对氢光谱的研究总结出巴尔末公巴尔末通过对氢光谱的研究总结出巴尔末公式式 (n=3,4,5,(n=3,4,5,),),对此对此, ,下列说法正确的下列说法正确的是是( () )A.A.巴尔末依据核式结构理论总结出巴尔末公式巴尔末依据核式结构理论总结出巴尔末公式B.B.巴尔末公式反映了氢原子发光的连续性巴尔末公式反映了氢原子发光的连续性C.C.巴尔末依据氢光谱的分析总结出巴尔末公式巴尔末依据氢光谱的分析总结出巴尔末公式H22111R ()2nD.D.巴尔末公式准确反映了氢原子发光的

20、实际巴尔末公式准确反映了氢原子发光的实际, ,其波长的其波长的分立值并不是人为规定的分立值并不是人为规定的【思路点拨思路点拨】解答该题应注意以下两点解答该题应注意以下两点: :(1)(1)巴尔末公式的由来。巴尔末公式的由来。(2)(2)巴尔末公式反映氢原子的发光分立性。巴尔末公式反映氢原子的发光分立性。【正确解答正确解答】选选C C。巴尔末公式只确定了氢原子发光中。巴尔末公式只确定了氢原子发光中的一个线系波长的一个线系波长, ,不能描述氢原子发出的各种光的波长不能描述氢原子发出的各种光的波长, ,也不能描述其他原子发出的光。故也不能描述其他原子发出的光。故A A、D D错错, ,巴尔末公式巴尔

21、末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的, ,但它但它适用于整个巴尔末线系适用于整个巴尔末线系, ,包括可见光和紫外线包括可见光和紫外线, ,故故B B错错C C对。对。【总结提升总结提升】巴尔末公式的应用方法及注意问题巴尔末公式的应用方法及注意问题(1)(1)巴尔末公式反映氢原子发光的规律特征巴尔末公式反映氢原子发光的规律特征, ,不能描述不能描述其他原子。其他原子。(2)(2)公式中公式中n n只能取整数只能取整数, ,不能连续取值不能连续取值, ,因此波长也只因此波长也只是分立的值。是分立的值。(3)(3)公式是对在可见光区的四条谱线分析

22、总结出来的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。在紫外区的谱线也适用。(4)(4)应用时熟记公式应用时熟记公式, ,当当n n取不同值时求出一一对应的波取不同值时求出一一对应的波长长。【过关训练过关训练】( (多选多选) )关于巴尔末公式关于巴尔末公式 ,n=3,4,5,n=3,4,5,的的理解理解, ,正确的是正确的是( () )A.A.此公式只适用于氢原子发光此公式只适用于氢原子发光B.B.公式中的公式中的n n可以是任意数可以是任意数, ,故氢原子发光的波长是任故氢原子发光的波长是任意的意的H22111R ()2nC.C.公式中的公式中的n n是大于等于是

23、大于等于3 3的正整数的正整数, ,所以氢原子光谱不所以氢原子光谱不是连续的是连续的D.D.该公式包含了氢原子的所有光谱线该公式包含了氢原子的所有光谱线【解析解析】选选A A、C C。巴尔末公式是分析氢原子的谱线得。巴尔末公式是分析氢原子的谱线得到的一个公式到的一个公式, ,它只反映氢原子谱线的一个线系它只反映氢原子谱线的一个线系, ,故故A A对对,D,D错错, ,公式中的公式中的n n只能取不小于只能取不小于3 3的正整数的正整数,B,B错错,C,C对。对。【温馨提示温馨提示】对氢原子光谱的理解及其应用是高考的热点对氢原子光谱的理解及其应用是高考的热点, ,特别是氢特别是氢原子光谱的计算问

24、题原子光谱的计算问题, ,在解决本类问题时在解决本类问题时, ,一定要仔细一定要仔细审题审题, ,然后利用巴尔末公式然后利用巴尔末公式 进行有关的进行有关的计算。计算。H22111R ()2n【拓展例题拓展例题】考查内容考查内容: :氢原子光谱的问题计算氢原子光谱的问题计算氢原子光谱在可见光的范围内有两条谱线氢原子光谱在可见光的范围内有两条谱线, ,其波长分别其波长分别为为654.55654.551010-9-9m m和和484.85484.851010-9-9m,m,根据巴尔末公式根据巴尔末公式, ,求求所对应的所对应的n.n.【思路点拨思路点拨】根据给出的光谱线对应的波长应用巴尔根据给出的

25、光谱线对应的波长应用巴尔末公式确定出末公式确定出n n。【正确解答正确解答】据巴尔末公式据巴尔末公式 得得 答案答案: :3 3和和4 4H22111R ()2n7192217292221111.10 10(),n3,654.55 102n1111.10 10(),n4.484.85 102n解得解得光谱分析问题的解题技巧光谱分析问题的解题技巧解答光谱和光谱分析的问题解答光谱和光谱分析的问题, ,应从分析光谱的成因入手应从分析光谱的成因入手, ,理解不同谱线的特征理解不同谱线的特征. .1.1.发射光谱发射光谱连续谱和线光谱都是物体直接发光产生的光谱连续谱和线光谱都是物体直接发光产生的光谱,

26、,同属发同属发射光谱射光谱. .(1)(1)连续谱是由炽热的固体、液体和高压气体直接发光连续谱是由炽热的固体、液体和高压气体直接发光形成的形成的, ,光谱为一条光带光谱为一条光带, ,含有各种频率的光含有各种频率的光. .(2)(2)线光谱是由稀薄气体或金属蒸气产生的线光谱是由稀薄气体或金属蒸气产生的. .光谱是一光谱是一些不连续的亮线些不连续的亮线, ,仅含有一些特定频率的光仅含有一些特定频率的光. .线光谱中线光谱中每条光谱线对应着一种频率每条光谱线对应着一种频率, ,不同元素的原子产生的线不同元素的原子产生的线光谱不同光谱不同, ,因而可以用线光谱来确定物质的成分因而可以用线光谱来确定物

27、质的成分. .2.2.太阳光谱太阳光谱太阳光谱是吸收光谱太阳光谱是吸收光谱. .吸收光谱是由高温物体发出的白吸收光谱是由高温物体发出的白光通过低温物质光通过低温物质, ,某些波长的光被吸收后产生的光谱某些波长的光被吸收后产生的光谱, ,光谱是在连续谱的背景下有若干暗线光谱是在连续谱的背景下有若干暗线, ,而这些暗线与线而这些暗线与线光谱的亮线一一对应光谱的亮线一一对应, ,因而吸收光谱中的暗线也是该元因而吸收光谱中的暗线也是该元素原子的特征谱线素原子的特征谱线. .【案例展示案例展示】利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确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定物质的组成成分, ,关于光谱分析下列说法正确的是关于光谱分析下列说法正确的是