第二章第3节光谱氢原子光谱

1、第3节光谱_氢原子光谱、光谱的几种类型及光谱分析的应用1. 光谱复色光通过棱镜分光后，分解为一系列单色光，这些单色光按波长长短的顺序排列成 的光带。2. 发射光谱(1) 发射光谱：由发光物质直接产生的光谱。连续谱：由波长连续分布的光组成。明线光谱：光谱是一条条的亮线。(2) 产生：炽热的固体、液体及高压气体发光产生的光谱一般是连续谱，而稀薄气体发 光产生的光谱多为明线光谱。3. 吸收光谱复色光通过某种炽热蒸气后，某些特定频率的光被吸收而出现暗线，这样的光谱称为 吸收光谱。4. 光谱分析的应用(1) 光谱分析：根据原子光谱来鉴别物质的化学组成中是否存在这种原子，含量的多少 等，这种方法叫做光谱分

2、析。(2) 应用：分析物质的组成，灵敏度高。这样的特征仅特别提醒同一原子的明线光谱中的明线与吸收光谱中的暗线相对应,由原子决定。二、氢原子光谱1.氢原子光谱巴尔末公式2A= 625 (n = 3,4,5,6)2.广义巴尔末公式7= Rh (召一4)(m= 1,2,3，n= m + 1, m+ 2, m+ 3，) A m n其中Rh称里德伯常量。1.判断:(1) 各种原子的发射光谱都是连续谱。()(2) 不同原子的发光频率是不一样的。(3) 线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质。巴尔末公式反映了氢原子发光的连续性。(5) 巴尔末依据氢原子光谱的分析总结出巴尔末公式。答案：(1)X(2)V (3) X

3、 (4) X(5)V2.思考：能否根据巴尔末公式计算出对应的氢光谱的最长波长?提示：能。氢光谱的最长波长对应着n= 3,代入巴尔末公式便可计算出最长波长。1.连续谱、线状谱、吸收谱的产生(1)连续谱：产生：炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续谱，如电灯丝发出的光、炽 热的钢水发出的光都形成连续谱。特点：其光谱是连在一起的光带。(2)线状谱：产生：由单原子气体或金属蒸气所发出的光为线状光谱，因此也叫原子光谱。稀薄 气体发射光谱也是线状谱。特点：不同元素的原子产生的线状谱是不同的，但同种元素原子产生的线状谱是相 同的。(3)吸收谱：产生：由高压气体或炽热物体发出的白光通过温度较低的气体后产生

4、的。特点：在连续光谱的背景上有若干条暗线。实验表明，各种原子的吸收光谱中的每 一条暗线都跟该原子的线状谱中的一条亮线相对应。即某种原子发出的光与吸收的光的频 率是特定的，因此吸收光谱中的暗线也是该元素原子的特征谱线。例如：太阳光谱就是典 型的吸收光谱。2.光谱分析的应用(1)应用光谱分析发现新元素;鉴别物体的物质成分，研究太阳光谱时发现了太阳中存在钠、镁、铜、锌、镍等金 属兀素；(3) 应用光谱分析鉴定食品优劣;(4) 天文学上光谱红移表明恒星远离等。(1)每种原子都有其特定的原子谱线，该谱线与原子所处状态无关。(2)由于每种原子的线状谱与吸收谱一一对应，光谱分析中既可以用线状谱，也可以用 吸

5、收谱。1.下列关于光谱的说法正确的是()A .到达地球上的太阳光的光谱是连续光谱B.日光灯产生的光谱是连续光谱C .酒精灯中燃烧的钠蒸气所产生的光谱是线状谱D .白光通过温度较低的钠蒸气，所产生的光谱是线状谱解析：选C 太阳发出的白光本来是连续光谱，但在穿过太阳表面温度比较低的太阳大到达地球时形成吸收气层时，被大气层内存在着的从太阳蒸发出来的多种元素的气体吸收,光谱，故选项 A错误；日光灯是低压蒸气发光，所以产生的是线状谱,故选项B错误；酒精灯中燃烧的钠蒸气属于低压气体，所产生的光谱是线状谱，故选项C正确；白光通过温度较低的钠蒸气，所产生的光谱是吸收光谱，故选项D错误。氢原子光谱的实验规律1.

6、氢原子的光谱从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图所示。2.氢原子光谱的特点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。巴尔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，该公式称为巴尔末公式：；=噜丰)“ =3、4、5、6)式中n只能取整数最大值为 16,最小值为3,R称为里德伯常量，R= 1.10X 107 m1(1)巴尔末线系的14条谱线都处于可见光区。在巴尔末线系中n值越大，对应的波长 入越短，即n=3时，对应的波长最长。(3) 除了巴尔末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线，也都满足与巴尔末公式 类似的关系式。R是常数，n取整数且均大

7、(1)在利用巴尔末公式计算某一条谱线对应的波长时，切记于2的数值。(2)除巴尔末系外，在红外和紫外光区的其他谱线也都满足巴尔末公式类似的关系式,1 11即十R(a2-孑)，其中a分别为1,3,4对应不同的线系。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。2下列说法不正确的是 ()A .巴耳末系光谱线的条数只有4条B.巴耳末系光谱线有无数条C .巴耳末系中既有可见光，又有紫外光D .巴耳末系在可见光范围内只有4条解析：选A 巴耳末系中的光谱线有无数条，选项A错误，选项B正确；但在可见光区域只有4条，选项C、D正确。例1下列说法中正确的是(B 4 W O光谱的理解及应用A .炽热的固体

8、、液体和高压气体发出的光形成连续光谱B.各种原子的明线光谱中的明线和它吸收光谱中的暗线必定对应C 气体发出的光只能产生明线光谱D 甲物质发出的白光通过乙物质的蒸气形成了甲物质的吸收光谱解析根据连续光谱产生的定义知选项 A正确。由于吸收光谱中的暗线和明线光谱中的明线相对应，但通常吸收光谱中的暗线要比明线光谱中的明线少，所以选项B错误。气体发光，若为高压气体则产生吸收光谱，若为稀薄气体则产生明线光谱，所以选项C错误。甲物体发出的白光通过乙物质的蒸气形成了乙物质的吸收光谱，所以选项D错误。答案A(1)理解和掌握各种光谱的物理意义。(2)每种元素都有自己的特征谱线，不同的原子，其原子光谱均不相同，因此

9、可以根据光谱分析来鉴别和确定它们的化学组成，在解题中应注意区分明线光谱和吸收光谱。光谱分析的应用例2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，它们没有关系解析由于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；某通过这些亮线与原子的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,特征谱线对照，即可确定物质的组成成分

10、，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，这些暗线与所通过的物质有关，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。答案氢原子光谱的巴尔末系例31.10X 107 m入，其次为尬其中Rh =氢原子光谱的巴尔末系中波长最长的谱线的波长为- 丄 入 41627 所以丁 4 * *= 20。求：(1)入/?2的比值等于多少?(2)其中最长波长是多少?解析(1)由巴尔末公式可得:应用厂攏离VINQYOnO1.多选关于光谱，下列说法中正确的是 （）A .地球上接收到的太阳光谱都是吸收光谱B.稀薄气体

11、产生的光谱是吸收光谱C .高压气体产生的光谱是连续谱D .吸收光谱也叫原子光谱解析：选AC 炽热固体、液体、高压气体产生连续谱。太阳本身发射的是连续光谱,到达地球的太阳光的光谱就成了吸但通过温度较低的太阳大气层时被吸收了相对应的谱线,收光谱，稀薄气体产生线状谱，线状谱叫原子光谱，故A、C正确。2.多选通过光栅或棱镜获得物质发光的光谱，光谱A.按光子的频率顺序排列B.按光子的质量大小排列C按光子的速度大小排列D 按光子的能量大小排列解析：选AD 由于光谱是将光按波长展开,而波长与频率相对应，故A正确；光子没有质量，各种色光在同一介质中传播速度相同，B、C错误；由爱因斯坦的光子说可知光子能量与光子

12、频率相对应,D正确。3.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解析：选AB 太阳光谱是吸收光谱，因为太阳是一个高温物体，它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时， 会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收，从而使我们观察到的太阳光谱是吸收光谱,所以分析太阳的吸收光谱，可知太阳大气的物质组成， 而某种物质要观察到它的吸收光谱,要求它的温度不能太低， 但也不能太高，否则会直接发光，由于地球大气层的温

13、度很低,所以太阳光通过地球大气层时不会被地球大气层中的物质的原子吸收。A、B正确。4.月光透过棱镜所得的光谱是（）A .连续光谱B.吸收光谱C 线状光谱D 原子光谱解析：选B月亮本身不发光，它反射太阳光，太阳光是吸收光谱，因此月光也是吸收光谱。5.多选关于光谱，下列说法中正确的是 （）A 各种原子的光谱都是线状谱B.由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的C .各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同D .分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素解析：选ACD 原子光谱为线状谱，A正确；各种原子都有自己的特征谱线，故B错,C对；据各种原子的特征谱线进行

14、光谱分析可鉴别物质组成,D正确。故正确答案为 A、C、6观察钠的吸收光谱需要 （）A让炽热的固体钠发出的白光通过较冷的空气B.让炽热的固体钠发出的白光通过较热的空气C 让炽热的固体发出的白光通过较冷的钠蒸气D 让炽热的固体发出的白光通过较热的钠蒸气解析：选C 吸收光谱是高温物体发出的白光通过物质时,某些波长的光被物质吸收后产生的，因此，让炽热的固体发出的白光通过较冷的钠蒸气可观察到钠的吸收光谱。7.多选下列说法正确的是（）A .所有氢原子光谱的波长都可由巴耳末公式求出B.巴耳末系谱线均位于可见光波段C 巴耳末系是氢原子光谱中的一部分D 氢原子光谱是线状谱的一个例证解析：选CD 氢原子光谱包括：

15、巴耳末系、赖曼系、帕邢系等，其中巴耳末系，只是其中的一部分。氢原子光谱指的是氢原子内的电子在不同能级间跃迁时所发射或吸收的不同波长、能量的光子时得到的光谱。 氢原子光谱为不连续的线状谱，无线电波、微波、红外光、可见光、到紫外光区段都有其谱线，巴耳末系也包括可见光和不可见光区段的谱线。8 多选关于光谱的下列说法中正确的是（）A .连续谱和线状谱都是发射光谱B.线状谱的谱线含有原子的特征谱线C .固体、液体和气体的发射光谱是连续谱，只有金属蒸气的发射光谱是线状光谱D .在吸收光谱中，低温气体原子吸收的光恰好就是这种气体原子在高温时发出的光解析：选ABD 发射光谱分为连续谱、线状谱，线状谱的谱线含有

16、原子的特征谱线,故A、B项正确；由吸收光谱的产生原理可知D项正确。炽热的固体、液体和高压气体产 生的是连续光谱，故 C项错误。9.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，可鉴定物质成分解析：选CD 连续谱是指光谱由连续分布的一切波长的光组成的，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，同理线状谱是指光谱是由一些不 连续的亮线组成的，由稀薄气体或金

17、属蒸气所发出的光产生的，而不是指光源是线状的, 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，不能用来进行光谱分析，而线状谱和吸收光谱都是原子自身的特征谱线，所以可以用来进行光谱分析，鉴定物质成分，其优B错，D对。点是灵敏度很高，在发现和鉴定元素上有着重大的意义,10.多选关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是（）A .太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱B.霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱是线状谱C .进行光谱分析时，可以利用线状谱，不能用连续谱D .观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成解析：选BC 太阳

18、光谱是吸收光谱，而月亮反射太阳光，也是吸收光谱，煤气灯火焰 中钠蒸气产生的光谱属稀薄气体发光，是线状谱。11.利用光谱分析鉴别物质的组成成分时，灵敏度是很高的。(2)如图甲所示的a、b、c、d为四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光 谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为11H I JUclI Q II I II II IB. b元素C. c元素D. d元素解析：(1)光谱分析中首先获取样本的线状谱，然后利用各种原子的特征谱线加以对照 从而确定组成成分。b元素的谱线在该线状谱中不存(2)由矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照, 在，故B正确。与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中还有其他元素。答案：见解析(2)B12 .已知氢原子光谱中巴尔末线系第一条谱线H a的波长为6565 Ao(1)试推算里德