第4章原子結構第3節(jié)光譜與氫原子光譜課標要求1.知道什么是光譜,掌握連續(xù)光譜和線狀光譜的區(qū)別。(物理觀念)2.知道氫原子光譜的實驗規(guī)律。(物理觀念)3.知道什么是光譜分析。(物理觀念)基礎落實·必備知識全過關一、不同的光譜1.定義:當復色光經(jīng)過棱鏡或

后,被色散開的單色光按

大小依次排列的圖案,稱為光譜。

2.分類(1)連續(xù)光譜:包含有各種色光且連續(xù)分布的光譜。(2)線狀光譜:光譜是一條條的

。

3.特征譜線:原子的發(fā)射光譜都是

,這些亮線稱為原子的

。

4.光譜分析:每種原子都有獨自的特征譜線,人們利用特征譜線來鑒別物質或確定物質的化學組成,這種方法稱為光譜分析。光柵

波長(或頻率)亮線線狀光譜特征譜線二、氫原子光譜1.不同物質的稀薄氣體發(fā)出光的顏色不同,對這些可見光的光譜進行分析,其特征譜線不同。2.氫原子光譜的實驗規(guī)律滿足式中R稱為

常量。

里德伯想一想巴耳末公式以簡潔的形式反映了氫原子的線狀光譜,即輻射波長的分立性。用盧瑟福的原子核式結構模型和經(jīng)典力學、電磁學的理論,是否能夠解釋這種分立性?提示

不能。盧瑟福的原子核式結構模型正確地指出了原子核的存在,很好地解釋了α粒子的散射實驗。但經(jīng)典理論無法解釋原子的穩(wěn)定性和光譜的不連續(xù)性。具體分析如下:據(jù)盧瑟福的原子核式結構模型和經(jīng)典力學理論、電磁理論知,核外電子繞原子核旋轉產(chǎn)生變化的電磁場,而變化的電磁場會激發(fā)電磁波,電磁波向外傳播輻射,電子失去能量最后會墜入原子核,輻射能量(電磁波)的頻率等于繞核旋轉的頻率,電子繞核旋轉過程隨著能量的減小,轉得越來越快,這個變化是連續(xù)的,輻射各種頻率(波長)的光,原子光譜應是連續(xù)的,所以不能解釋這種分立性。易錯辨析

判一判(1)各種原子的發(fā)射光譜都是連續(xù)光譜。(

)(2)各種原子的發(fā)射光譜都是線狀光譜,并且只能發(fā)出幾種特定頻率的光。(

)(3)線狀光譜和連續(xù)光譜都可以用來鑒別物質。(

)(4)可以利用光譜分析來鑒別物質和確定物質的組成成分。(

)(5)巴耳末公式中的n既可以取整數(shù)也可以取小數(shù)。(

)提示

各種原子的發(fā)射光譜都是線狀光譜,不是連續(xù)光譜。

提示

連續(xù)光譜不能鑒別物質。

提示

巴耳末公式中的n只能取整數(shù)。

×√×√×即學即用

練一練對原子光譜,下列說法正確的是(

)A.原子光譜是連續(xù)的B.由于原子都是由原子核和電子組成的,因此各種原子的原子光譜是相同的C.各種原子的原子結構不同,但各種原子的原子光譜可能是相同的D.分析物質發(fā)光的光譜,可以鑒別物質中含哪些元素D解析

原子光譜為線狀光譜,A錯誤;各種原子都有自己的特征譜線,故B、C錯誤;據(jù)各種原子的特征譜線進行光譜分析可鑒別物質組成,D正確。重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點一光譜導學探究早在17世紀時,牛頓就發(fā)現(xiàn)了太陽光通過三棱鏡后的色散現(xiàn)象,并把實驗中得到的彩色光帶叫作光譜。1814年,德國物理學家夫瑯禾費對太陽光譜進行了細心的檢驗,并編繪了太陽光譜圖。該光譜圖內有多條黑線,夫瑯禾費對其中8條重要的黑線做了標識。這些黑線后來就成為比較不同玻璃材料折射率的標準,并為光譜精確測量提供了基礎。此后,許多科學家對光譜進行了實驗研究,認識到光譜與物質的化學成分有關,從而促進了光譜分析技術的應用。請你結合對光譜的認識,談一談在日常生活中光譜的應用。

要點提示

光譜分析可以檢測半導體材料硅和鍺是不是達到高純度要求;光譜分析可以幫助人們發(fā)現(xiàn)新元素;光譜分析可以鑒定食品的優(yōu)劣;光譜分析可以鑒定文物等。知識歸納1.光譜的分類

2.幾種光譜的比較

比較項產(chǎn)生條件光譜形式及應用發(fā)射光譜線狀光譜稀薄氣體發(fā)光形成的光譜由一些不連續(xù)的明線組成,不同元素的明線光譜不同(又叫特征光譜),可用于光譜分析連續(xù)光譜熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)光形成的連續(xù)分布,一切波長的光都有吸收光譜熾熱物體發(fā)出的白光通過溫度較低的氣體后,再色散形成的用分光鏡觀察時,見到連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)一些暗線(與特征譜線相對應),可用于光譜分析3.太陽光譜(1)太陽光譜的特點:在連續(xù)譜的背景上出現(xiàn)一些不連續(xù)的暗線,是一種吸收光譜。(2)對太陽光譜的解釋:陽光中含有各種顏色的光,但當陽光透過太陽的高層大氣射向地球時,太陽高層大氣中含有的元素會吸收它自己特征譜線的光,然后再向四面八方發(fā)射出去,到達地球的這些譜線看起來就暗了,這就形成了明亮背景下的暗線。4.光譜分析(1)優(yōu)點:靈敏度高,分析物質的最低含量達10-10g。(2)應用:a.發(fā)現(xiàn)新元素;b.鑒別物質的組成成分。(3)用于光譜分析的光譜:線狀光譜和吸收光譜。典例剖析【例題1】

(多選)下列關于光譜和光譜分析的說法正確的是(

)A.太陽光譜和白熾燈光譜都是線狀光譜B.霓虹燈產(chǎn)生的光譜是線狀光譜C.進行光譜分析時,可以用線狀光譜,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成分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應元素吸收所致,白熾燈發(fā)出的是連續(xù)譜,選項A錯誤;月球本身不會發(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成分,選項D錯誤;光譜分析只能是線狀光譜和吸收光譜,連續(xù)光譜是不能用來進行光譜分析的,所以選項C正確;霓虹燈產(chǎn)生的光譜是線狀光譜,選項B正確。對點演練1.利用光譜分析的方法能夠鑒別物質和確定物質的組成成分,關于光譜分析,下列說法正確的是(

)A.利用高溫物體的連續(xù)光譜就可鑒別其組成成分B.利用物質的線狀光譜就可鑒別其組成成分C.高溫物體發(fā)出的光通過某物質后的光譜上的暗線反映了高溫物體的組成成分D.同一種物質的線狀光譜上的亮線與吸收光譜上的暗線,由于光譜的不同,它們沒有關系B解析

高溫物體的光譜包括了各種頻率的光,與其組成成分無關,故A錯誤;某種物質發(fā)射的線狀光譜中的亮線與某種原子發(fā)出的某頻率的光有關,通過這些亮線與原子的特征譜線對照,即可確定物質的組成成分,B正確;高溫物體發(fā)出的光通過某物質后某些頻率的光被吸收而形成暗線,這些暗線由所經(jīng)過的物質決定,C錯誤;某種物質發(fā)出某種頻率的光,當光通過這種物質時它也會吸收這種頻率的光,因此同一物質線狀譜中的亮線與吸收光譜中的暗線相對應,D錯誤。探究點二氫原子光譜的實驗規(guī)律導學探究如圖所示為氫原子的光譜。

(1)仔細觀察,氫原子光譜具有什么特點?(2)閱讀課本,指出氫原子光譜的譜線波長具有什么規(guī)律?要點提示

(1)從右至左,相鄰譜線間的距離越來越小。

知識歸納1.氫原子光譜的特點:在氫原子光譜圖中的可見光區(qū)內,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.巴耳末公式(n=3,4,5,…)。該公式稱為巴耳末公式。式中R叫作里德伯常量,實驗值約為R=1.10×107m-1。(2)巴耳末公式說明氫原子光譜的波長只能取分立值,不能取連續(xù)值。巴耳末公式以簡潔的形式反映了氫原子的線狀光譜,即輻射波長的分立特征。3.其他譜線:除了巴耳末系,氫原子光譜在紅外光區(qū)和紫外光區(qū)的其他譜線,也都滿足與巴耳末公式類似的關系式。典例剖析C

解析

巴耳末公式只確定了氫原子發(fā)光中的一個線系波長,不能描述氫原子發(fā)出的各種光的波長,也不能描述其他原子發(fā)出的光,故B、D錯誤;巴耳末公式是由當時已知的可見光中的部分譜線總結出來的,但它適用于整個巴耳末系,故A錯誤,C正確。對點演練2.氫原子光譜巴耳末系最小波長與最大波長之比為(

)A學以致用·隨堂檢測全達標1231.下列說法正確的是(

)A.巴耳末公式所計算得出的波長與氫原子光譜中的波長是一一對應的關系B.根據(jù)巴耳末公式不僅可以分析氫原子光譜,也可以分析其他原子的發(fā)光光譜C.由巴耳末公式得到的波長都在可見光波段D.氫原子光譜中有紅外光區(qū)、可見光區(qū)和紫外光區(qū)D123解析

巴耳末公式只能描述氫原子光譜中的一個線系,不能確定氫原子光譜中所有譜線對應的波長,A錯誤;根據(jù)巴耳末公式只能分析氫原子光譜,不能分析其他原子的發(fā)光光譜,B錯誤;巴耳末線系包括可見光區(qū)和部分紫外光區(qū),C錯誤;氫原子光譜中有可見光區(qū)、紅外光區(qū)和紫外光區(qū),D正確。123BD2.(多選)下列關于光譜和光譜分析說法正確的是(

)A.光譜包括發(fā)射光譜、連續(xù)光譜、線狀光譜、原子光譜、吸收光譜五種光譜B.往酒精燈的火焰上撒精鹽,可以用分光鏡觀察到鈉的線狀譜C.利用太陽光譜可以分析太陽的化學組成D.各種原子的發(fā)射光譜都是線狀光譜123解析

光譜包括發(fā)射光譜和吸收光譜兩種,其中發(fā)射光譜分為連續(xù)光譜和線狀光譜,線狀光譜和吸收光譜都能體現(xiàn)不同原子的特征,稱為原子光譜,各種原子的發(fā)射光譜都是線狀光譜,選項A錯誤,D正確;往酒精燈的火焰上撒精鹽,可以用分光鏡觀察到鈉的線狀光譜,選項B正確;太陽光譜是吸收光譜,其中的暗線,是太陽光經(jīng)過太陽大氣層時某些特定頻率的光被吸收后而產(chǎn)生的,說明太陽大氣層中存在與這些暗線相對應的元素,但是不能分析太陽的化學組成,故C錯誤。1233.(多選)關于光譜,下列說法正確的是(

)A.熾熱的液體發(fā)射連續(xù)光譜B.明線光譜和暗線光譜都可以用來對物質進行分析C.太陽光譜中的暗線,說明太陽中缺少與這些暗線相對應的元素D.