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1、1第三节第三节 氢原子光谱氢原子光谱目标定位 1.了解氢原子光谱的特点.2.知道巴耳末公式及里德伯常量.3.了解原子光谱及光谱分析的应用一、巴耳末系1氢光谱的获得在充有稀薄氢气的放电管两极间加上 23 kV 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2光谱的特点(1)氢原子光谱在可见光区内有四条谱线，这些谱线是几条分立的亮线(2)氢原子受激发只能发出几种特定频率的光3氢原子光谱的实验规律氢原子在可见光区的四条谱线的波长可用一个简单的公式巴耳末公式表示：R()，n3,4,5，6，式中的常数R称为里德伯常量1 1 221 n2二、氢原子光谱的其他线系自从发现巴耳末系后
2、，人们又在紫外区、红外区及近红外区发现了氢原子的其他线系，分别是莱曼系、帕邢系、布喇开系、普丰德系，这些线系统一的公式为：R，式1 (1 m21 n2)中m、n均为正整数，且nm，此式称为广义巴耳末公式，也可以表示为T(m)T(n)，1 式中T(m)，T(n)称为光谱项R m2R n2三、原子光谱1原子光谱：某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱，这种光谱称为原子光谱2每种原子都有自己特定的原子光谱，不同的原子，其原子光谱均不相同3通过对光谱的分析可鉴别不同的原子，确定物体的化学组成并发现新元素预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题 1问题 2问题 32一、氢原子光谱的实
3、验规律1氢原子的光谱从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图 1 所示图 12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3巴耳末公式(1)巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式：R() ，n3,4,5该公式称为巴耳末公式1 1 221 n2(2)公式中只能取n3 的整数，不能连续取值，波长是分立的值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，也都满足与巴耳末公式类似的关系式【例 1】 在氢原子光谱的紫外区的谱线系中有多条谱线，试利用莱曼系的公式R1 ，n2,3,4，计算紫外线的最长波和最短波的波长(R1.0971
4、07m1)(1 121 n2)答案 1.21107 m 9.10108 m解析 根据莱曼系公式：R，n2,3,41 (1 121 n2)可得1R(1 121 n2)当n2 时波长最长，其值为 m1R(1 121 22)1 3 4R1 3 4 1.097 1071.22107 m.当n时，波长最短，其值为3 m9.12108 m.1R(1 120)1 R1 1.097 107借题发挥 在计算氢原子发出的某一线系的光的波长时，需首先明确为哪一线系，选用相应的公式R()，n的取值只能为整数且大于a.1 1 a21 n2针对训练 1 (多选)下列关于巴耳末公式R的理解，正确的是( )1 (1 221
5、n2)A此公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的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，也适用于其他原子的光谱答案 AC解析 此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的 4 条谱线中得到的，只适用于氢原子光谱的分析，且n只能取大于等于 3 的整数，则不能取连续值，故氢原子光谱是线状谱二、光谱及光谱分析1光谱分类(1)发射光谱物体直接发出的光通过分光后产生的光谱它分为连续谱和明线光谱(线状谱)连续谱由连续分布的一切波长的光组成的光谱炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续谱，如灯丝发出的光、炽热的钢
6、水发出的光都形成连续谱线状谱只含有一些不连续的亮线的光谱各种原子的发射光谱(由稀薄气体发出)都是线状谱每种原子都有自己的特征谱线，不同元素线状谱不同(2)吸收光谱高温物体发出的白光通过温度较低的物质时，某些波长的光被该物质吸收后产生的光谱这种光谱的特点是在连续的背景上有若干条暗线这些暗线与特征谱线相对应2光谱分析(1)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物质的组成成分，这种方法叫做光谱分析(2)可用于光谱分析的光谱：线状谱和吸收光谱3太阳光谱的特点(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)产生原因：当阳光透过太阳的高层大气射向地
7、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4【例 2】 (多选)关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是( )A太阳光谱和白炽灯光谱都是连续谱B霓虹灯产生的是线状谱C进行光谱分析时，只能用明线光谱D同一元素吸收光谱的暗线与线状谱的位置是一一对应的答案 BD解析 太阳光谱是吸收光谱，可进行光谱分析；白炽灯光产生的是连续谱；霓虹灯管内充有稀薄气体，产生的光谱为线状谱针对训练 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，下列说法中正确的是( )A利用高温物体的连续谱就可以鉴别其组成成分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某物质后的光谱上的暗线
8、反映了高温物体的组成成分D我们观察月亮射来的光谱，可以确定月亮的化学组成答案 B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；某种物质发光的 1 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，与高温物体无关，C 错误；月亮反射到地面的光是太阳光谱，D 项错误光谱及光谱分析1(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的C根据
9、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答案 AB解析 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，可知太阳大气层的物质组成，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原子吸收，故上述选项中正确的是 A、B.52对原子光谱，下列说法不正确的是( )A原子光谱是不连续的B由于原子都是由原子
10、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答案 B解析 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 错误、C 正确；据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成，D 正确氢原子光谱的实验规律3(多选)巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式R()，n3,4,5，对1 1 221 n2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巴耳末依据氢原子光谱的分析总结出巴耳末公式D巴耳末公式反映了氢原子发光的分立性，其波
11、长的分立值并不是人为规定的答案 CD解析 巴耳末公式是根据氢原子光谱总结出来的氢原子光谱的不连续性反映了氢原子发光的分立性，即辐射波长的分立特征，选项 C、D 正确4巴耳末系谱线波长满足巴耳末公式R()，n3,4,5在氢原子光谱可见光1 1 221 n2(400 nmm.当m取定一个1 1 m21 n2数值时，不同数值的n得出的谱线属于同一个线系如：m1，n2,3,4组成的线系叫莱曼系；m2，n3,4,5组成的线系叫巴耳末系；m3，n4,5,6组成的线系叫帕邢系；m4，n5,6,7组成的线系叫布喇开系；9m5，n6,7,8组成的线系叫普丰德系；以上线系只有一个在紫外光区，这个线系是( )A莱曼
12、系 B帕邢系C布喇开系 D普丰德系答案 A解析 在真空中，电磁波的波长和频率互成反比例关系，波长最长的频率最小，紫外光区的频率较大，根据氢原子光谱谱线的波长公式：R()得这个线系是莱曼系故 A1 1 m21 n2正确，B、C、D 错误13氢原子光谱除了巴耳末系外，还有莱曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式为R1 ，n4、5、6，R1.10107 m1.若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域，(1 321 n2)试求：(1)n6 时，对应的波长；(2)帕邢系形成的谱线在真空中的波速为多大？n6 时，传播频率为多大？答案 (1)1.09106 m(2)3.0108 m/s 2.751014 Hz解析 (1)由帕邢系公式R，1 (1 321 n2)当n6 时，得1.09106 m.(2)帕邢系形成的谱线在红外区域，而红外线属于电磁波，在真空中以光速传播，故波速为光速c3.0108 m/s，由v， T得 Hzv c 3 108 1.09 1062.751014 Hz.
