1、第第 3 3 节节 光谱与氢原子光谱光谱与氢原子光谱 核心素养 物理观念 科学态度与责任 1.知道什么是光谱，能说出连续谱和线 状谱的区别。 2.能记住氢原子光谱的实验规律。 3.知道巴耳末公式及里德伯常量。 了解光谱分析在科技与 生活中的应用。 观图助学 如图，一束太阳光经三棱镜折射后投射到光屏上，从上到下，不同色光的频率、 波长各有什么特点？ 1.不同的光谱 (1)光谱：复色光通过棱镜或光栅后，被色散开的单色光按波长(或频率)大小依次 排列的图案，称为光谱。 (2)光谱的类型 连续光谱：包含有各种色光且连续分布的光谱称为连续光谱。 线状光谱：有些光谱不是连续的，而是由一条条的亮线组成，这种
2、光谱称为线 状光谱。 发射光谱：物体自身发光形成的光谱称为发射光谱，发射光谱又分为连续光谱 和线状谱。 吸收光谱：高温物体发出的包含连续分布的各种波长的光通过其他物质时，某 些波长的光被该种物质吸收后，在连续光谱中相应波长的位置上便出现了暗线， 这样的光谱称为吸收光谱。 (3)光谱分析 原子的发射光谱都是线状光谱，这些亮线称为原子的特征谱线。每种原子都有独 自的特征谱线，人们利用特征谱线来鉴别物质或确定物质的化学组成，这种方法 称为光谱分析。 2.氢原子光谱 (1)氢原子光谱的特点 HH的这 n 个波长数值构成了氢原子的“印记”，不论是何种化合物的光 谱，只要它里面含有这些波长的光谱线，就能断
3、定这种化合物里一定含有氢。 从长波到短波，HH两相邻光谱线间的距离越来越小，表现出明显的规 律性。 (2)巴耳末公式：1 R 1 22 1 n2 (n3，4，5)其中 R 叫作里德伯常量，其值为 R1.096 775 81107 m 1。 思考判断 (1)各种原子的发射光谱都是线状谱，并且只能发出几种特定频率的光。() (2)可以利用光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分。() (3)线状谱和连续光谱都可以用来鉴别物质。() (4)巴耳末公式中的 n 既可以取整数也可以取小数。() 从上到下依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光，它们的频率依次增大， 波长依次减小。 炽热的固体、液体发出的都
4、是连续光谱，稀薄的气体发光形成的都是线状光谱。 同种物质的发射光谱的亮线和吸收光谱的暗线是对应的。 能用来做光谱分析的是发射光谱和吸收光谱，连续光谱不能用来做光谱分析。 氢原子光谱是线状光谱，只含有若干特定频率的光。 巴耳末公式中 n 只能取大于等于 3 的整数。 核心要点 光谱和光谱分析 问题探究 如图所示为不同物体发出的不同光谱。 (1)钨丝白炽灯的光谱与其他三种光谱有什么区别？ (2)铁电极弧光灯的光谱、分子状态的氢光谱、钡光谱的特征相同吗？ 答案 (1)钨丝白炽灯的光谱是连续的中间没有暗线或亮线。而其他三种光谱是 由一些不连续的亮线组成的。 (2)这三种光谱中亮线的位置是不同的，即特征
5、不同。 探究归纳 1.几种光谱的比较 比较 光谱 产生条件 光谱形式 应用 线状谱 稀薄气体发光形成 的光谱 一些不连续的亮线组成， 不同元素的亮线光谱不 同(又叫特征谱线) 可用于光谱分析 连续谱 炽热的固体、 液体和 高压气体发光形成 的 连续分布， 一切波长的光 都有 不能用于光谱分 析 吸收光谱 炽热的白光通过温 度比白光低的气体 后，再色散形成的 用分光镜观察时， 见到连 续谱背景上出现一些暗 线(与特征谱线相对应) 可用于光谱分析 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
6、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弱了，就形成了连续谱背景 下的暗线。 3.光谱分析 (1)优点：灵敏度高，分析物质的最低量达 10 10 g。 (2)应用 应用光谱分析发现新元素。 鉴别物体的物质组成成分： 研究太阳光谱时发现了太阳中存在钠、 镁、 铜、 锌、 镍等金属元素。 经典示例 例 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谱 B.日光灯产生的光谱是连续谱 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
7、析 太阳发出的白光本来是连续谱，但在经过温度比较低的太阳大气层时，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， 到达地球的是吸收光 谱，故选项 A 错误；日光灯是通过汞蒸气辐射的紫外线激发灯管上的荧光粉发 出的荧光，其光谱不是连续谱，缺少两端的谱线，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。 答案 C 规律总结 (1)每种原子都有其特定原子谱线，该谱线与原子所处状态无关。 (2)由于每种原子的线状光谱与吸收光谱一一对应，光谱分析中既可以用线状光 谱，也可以用吸收
8、光谱。 针对训练 1 (多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中，正确的是( ) 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，不能用连续谱 D.我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分 解析 太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续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 的是连续谱，选项 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，选项 D 错误；光谱分析只能 是线状谱或吸收光谱，连续谱是不能用来进行光谱分
9、析的，选项 C 正确；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，选项 B 正确。 答案 BC 核心要点 氢原子光谱 要点归纳 1.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。 巴耳末对氢原子光谱在可见光区的四条谱线进行研究得到了下 面的公式，该公式称为巴耳末公式： 1 R 1 22 1 n2 (n3，4，5，6，) (1)公式中 n 只能取整数，不能连续取值，波长也只会是分立的值。 (2)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
10、式类似的关系式。 经典示例 例 2 (多选)下列关于巴耳末公式1 R( 1 22 1 n2)的理解，正确的是( ) 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 只能取大于或等于 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，也适用于其他原子光谱的分析 解析 此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的四条谱线中得到的， 只适 用于氢原子光谱的分析，A 正确，D 错误；公式中 n 只能取大于等于 3 的整数， 不能连续取值，波长 也只会是分立的值，故氢原子光谱是线状谱，B 错误，C 正确。 答案 AC
11、规律总结 巴耳末公式的应用方法及注意问题 (1)巴耳末公式反映氢原子发光的规律特征，不能描述其他原子。 (2)公式中 n 只能取整数，不能连续取值，因此波长也是分立的值。 (3)公式是在对可见光区的四条谱线分析时总结出的，在紫外区的谱线也适用。 (4)应用时熟记公式，当 n 取不同值时求出一一对应的波长 。 针对训练 2 氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为( ) A.5 9 B.4 9 C.7 9 D.2 9 解析 由巴耳末公式1 R 1 22 1 n2 n3，4，5， 当 n时，有最小波长 1， 1 1R 1 22， 当 n3 时，有最大波长 2， 1 2R 1 22 1 32 ，得
12、1 2 5 9。 答案 A 1.(光谱的理解)(多选)关于光谱，下列说法中正确的是( ) A.炽热的液体发射连续谱 B.线状谱和吸收光谱都可以对物质进行光谱分析 C.太阳光谱中的暗线说明太阳中缺少与这些暗线相对应的元素 D.发射光谱一定是连续谱 解析 炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续谱，故 A 正确；线状谱 和吸收光谱都可以用来进行光谱分析，B 正确；太阳光谱中的暗线说明太阳大气 中含有与这些暗线相对应的元素，C 错误；发射光谱分为连续谱和线状谱，D 错 误。 答案 AB 2.(光谱和光谱分析)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(
13、) 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以鉴别其组成成分 C.高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分 D.我们观察月亮射来的光的光谱，可以确定月亮的化学组成 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； 某种物质发光的线状谱中的亮线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 出的光通过其它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，D 错误。 答案 B 3.
14、(氢原子光谱的实验规律)(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 氢原子光谱包括：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。 答案 CD 4.(氢原子光谱的实验规律)(多选)巴耳末通过对氢原子光谱的研究总结出巴耳末 公式1 R( 1 22 1 n2)，n3，4，5，对此，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，其波长的分立值并不是人为规定的 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。 答案 CD
