第三节氢原子光谱

第三节 氢原子光谱学 习 目 标 ※ 了解光谱的定义与分类 知 识 导 图知识点1 光谱1．定义用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按__波长__展开，获得__光的波长__(频率)和强度分布的记录，即光谱。

2．分类(1)线状谱：由__一条条的亮线__组成的光谱。

(2)连续谱：由__连在一起__的光带组成的光谱。

3．特征谱线各种原子的发射光谱都是__线状谱__，且不同原子的亮线位置__不同__，故这些亮线称为原子的__特征__谱线。

4．光谱光析由于每种原子都有自己的__特征谱线__，可以利用它来鉴别__物质__和确定物质的__组成成分__，这种方法称为光谱分析，它的优点是__灵敏度__高，样本中一种元素的含量达到__10－10g__时就可以被检测到。

知识点2 氢原子光谱的实验规律1．光的产生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__原子结构__的一条重要途径。

2．巴耳末公式1λ＝__R ⎝⎛⎭⎫122－1n 2__(n ＝3,4,5…) 3．巴耳末公式的意义以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的__分立__特征。

知识点3 经典理论的困难1．核式结构模型的成就正确地指出了__原子核__的存在，很好的解释了__α粒子散射实验__。

2．经典理论的困难经典物理学既无法解释原子的__稳定性__又无法解释原子光谱的__分立特征__。

预习反馈『判一判』(1)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一一对应。

(×)(2)炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱。

(√)(3)巴耳末公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的。

(√)(4)分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素。

(√)(5)经典物理学可以很好地应用于宏观世界，也能解释原子世界的现象。

(×)『选一选』(多选)关于巴耳末公式1λ＝R (122－1n 2)(n ＝3,4,5…)的理解，正确的是( AC ) A ．此公式只适用于氢原子发光B ．公式中的n 可以是任意数，故氢原子发光的波长是任意的C ．公式中的n 是大于等于3的正整数，所以氢原子光谱不是连续的D ．该公式包含了氢原子的所有光谱线解析：巴耳末公式是分析氢原子的谱线得到的一个公式，它只反映氢原子谱线的一个线系，故A 正确，D 错误；公式中的n 只能取不小于3的正整数，B 错误，C 正确。

『想一想』能否根据对月光的光谱分析确定月球的组成成分？答案：不能。

月球不能发光，它只能反射太阳光，故其光谱是太阳的光谱，对月光进行光谱分析确定的并非月球的组成成分。

探究一 光谱和光谱分析S 思考讨论i kao tao lun 1早在17世纪，牛顿就发现了白光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱，如图所示。

研究光谱有哪方面的意义？提示：光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱研究是探索原子结构的重要途径。

G 归纳总结ui na zong jie1．光谱的分类光谱—⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪→发射光谱⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪ →定义：由发光体直接产生的光谱→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光谱形式：连续分布，一切 波长的光都有→线状光谱(原子光谱)⎩⎪⎨⎪⎧ 产生条件：稀薄气体发光形成 的光谱光谱形成：一些不连续的明线 组成，不同元素的明线光谱 不同(又叫特征光谱)→吸收光谱⎪⎪⎪⎪⎪→定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱→产生条件：炽热的白光通过温度较白光低 的气体后，再色散形成的→光谱形成：用分光镜观察时，见到连续光谱 背景上出现一些暗线(与特征谱线相对应) 2．太阳光谱 (1)太阳光谱的特点：在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线，是一种吸收光谱。

(2)对太阳光谱的解释：阳光中含有各种颜色的光，但当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光，然后再向四面八方发射出去，到达地球的这些谱线看起来就暗了，这就形成了连续谱背景下的暗线。

3．光谱分析 这种方法的优点是非常灵敏而且迅速。

某种元素在物质中的含量达10－10克，就可以从光谱中发现它的特征谱线将其检查出来。

光谱分析在科学技术中有广泛的应用：(1)检查物质的纯度。

(2)鉴别和发现元素。

(3)天文学上光谱的红移表明恒星的远离等等。

特别提醒：光谱分析可以使用发射光谱中的线状谱，也可以使用吸收光谱，因它们都有原子自身的特征谱线，但不能使用连续光谱。

D 典例剖析ian li pou xi典例1 (多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中，正确的是( BC )A ．太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱B ．煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱C ．进行光谱分析时，可以用线状谱，不能用连续光谱D．我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分解题指导：要明确光谱和物质发光的对应关系，炽热的固体、液体和高压气体发出的是连续光谱，而稀薄气体发射的是线状谱。

解析：太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续光谱经过太阳大气层时产生的吸收光谱，正是太阳发出的光谱被太阳大气层中存在的对应元素吸收所致，白炽灯发出的是连续光谱，A 错误；月球本身不会发光，靠反射太阳光才能使我们看到它，所以不能通过光谱分析鉴别月球的物质成分，D错误；光谱分析只能是线状谱和吸收光谱，连续光谱是不能用来做光谱分析的，所以C正确；煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯都是稀薄气体发出的光，产生的光谱都是线状谱，B正确。

,〔对点训练1〕(多选)如图甲所示是a、b、c、d四种元素的线状谱，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以了解该矿物中缺乏的是(BD)A．a元素B．b元素C．c元素D．d元素解析：把矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照，b、d元素的谱线在该线状谱中不存在，故B、D正确。

探究二氢原子光谱的实验规律S思考讨论i kao tao lun 2氢原子是自然界中最简单的原子，对它的光谱线的研究获得的原子内部结构的信息，对于研究更复杂的原子的结构有指导意义。

从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图所示，氢原子的光谱为线状谱。

试分析氢原子光谱的分布特点。

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。

G 归纳总结ui na zong jie1．氢原子光谱实验在充有稀薄氢气的放电管两极间加上2kV～3kV的高压，使氢气放电，氢原子在电场的激发下发光，通过分光镜观察氢原子的光谱。

(实验装置如图所示)2．实验现象在可见光区内，观察到波长分别为656.47nm、486.27nm、434.17nm、410.29nm的四条谱线，分别用符号Hα、Hβ、Hγ、Hδ表示。

(见下图)3．巴耳末公式1λ＝R(122－1n2)n＝3,4,5……式中n只能取整数，R称为里德伯常量R＝1.10×107m－1。

①巴耳末线系的4条谱线都处于可见光区。

②在巴耳末线系中n 值越大，对应的波长λ越短，即n ＝3时，对应的波长最长；n ＝6时，对应的波长最短。

③除了巴耳末线系，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。

4．其他谱线除了巴耳末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线，也都满足与巴其末公式类似的关系式。

D 典例剖析ian li pou xi典例2 巴耳末系谱线波长满足巴耳末公式 1λ＝R (122－1n2)，式中n ＝3,4,5，…在氢原子光谱可见光区，最长波长与最短波长之比为( D )A ．95B ．43C ．98D ．85解题指导：注意氢原子光谱可见光区的四条谱线对应n 的取值分别为3,4,5,6，n 的取值越小，波长越大。

解析：巴耳末系的前四条谱线在可见光区，n 的取值分别为3,4,5,6。

n 越小，λ越大，故n ＝3时波长最大，λmax ＝365R ；n ＝6时波长最小，λmin ＝368R ，故λmax λmin ＝85，D 正确。

, 〔对点训练2〕 对于巴耳末公式下列说法正确的是( C )A ．所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应B ．巴耳末公式只确定了氢原子发光的可见光部分的光的波长C ．巴耳末公式确定了氢原子发光一组谱线的波长，其中既有可见光，又有紫外光D ．巴耳末公式确定了各种原子发光中的光的波长解析：巴耳末公式只确定了氢原子发光中的一组谱线的波长，不能描述氢原子发出的各种波长，也不能描述其他原子的发光，故A 、D 错误；巴耳末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，但它也适用于可见光和紫外光，故B 错误，C 正确。

易错点：对光谱和光谱分析认识不正确案例 关于光谱和光谱分析的说法中，正确的是( D )A ．太阳光谱和白炽灯光谱都是发射光谱B ．冶炼时的炼钢炉流出的铁水的光谱是线状谱C ．光谱都可以用于物质成分的分析D ．分析恒星的光谱，可以确定该恒星的化学成分易错分析：不明确太阳光经过太阳大气层射到地球后，已是吸收光谱，而错选A ；不明确光谱分析的本质，认为光谱都可以用于物质成分的分析而错选C 。

正确解答：因为太阳光谱为吸收光谱，故A 错误；高温铁水是炽热液体，所产生的光谱为连续谱，B 错误；线状谱(明线光谱)、吸收光谱的谱线是原子的特征谱线，是原子辐射、吸收光子产生的光谱，可用于光谱分析。

而连续谱无原子的特征谱线，故不能应用于光谱分析，C 错误；除恒星外的行星、卫星自身不发光，它们能反射太阳光，所以可利用光谱分析判断恒星的化学组成，故D 正确。

正确答案：D1．(山东省滨州市2019～2019学年高二上学期期末)下列说法正确的是( B )A ．汤姆逊首先发现了电子，并测定了电子电荷量B ．α粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上C ．光电效应现象揭示了光的波动性D ．氢原子的发射光谱是连续谱解析：汤姆逊首先发现了电子，提出了“枣糕”式原子模型，密立根测定了电子电荷量，故A 错误；α粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上，故B 正确；光电效应现象揭示了光的粒子性，故C 错；氢原子的发射光谱是不连续谱，只能发出特定频率的谱线，故D 错。

2．(河北省保定市2019～2019学年高二下学期期中)太阳的连续光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于( C )A ．太阳表面大气层中缺少相应的元素B ．太阳内部缺少相应的元素C ．太阳表面大气层中存在着相应的元素D ．太阳内部存在着相应的元素解析：太阳光谱是太阳内部发出的光在经过太阳大气的时候，被太阳大气层中的某些元素吸收而产生的，是一种吸收光谱。

所以太阳光的光谱中有许多暗线，它们对应着太阳大气层中的某些元素的特征谱线，故C 正确，A 、B 、D 错误。