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第十八章原子结构第3节氢原子光谱目标篇预习篇考点篇栏目链接学习目标1．理解光谱产生的原理及其分类．2．知道氢原子光谱形态及其用数学公式如何表示氢原子光谱．3．光谱分析的应用．知识点一光谱用光栅或棱镜可以把光波按波长展开，获得光的波长(频率)成分和强度分布的记录，即光谱，用摄谱仪可以得到光谱的照片．物质的光谱按其产生方式不同可分为两大类：(1)发射光谱——物体直接发出的光通过分光后产生的光谱．它可分为连续光谱和明线光谱(线状光谱)．目标篇预习篇考点篇栏目链接①连续光谱——由连续分布的一切波长的光(一切单色光)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光谱，如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱．②明线光谱——只含有一系列分立的亮线的光谱．它是由游离状态的原子发射的，因此也叫原子光谱．稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱．实验证明，每种元素的原子都有一定特征的明线光谱．目标篇预习篇考点篇栏目链接可以使用光谱管观察稀薄气体发光时的明线光谱．不同元素的原子产生的明线光谱是不同的，但同种元素原子产生的明线光谱是相同的，这意味着，某种物质的原子可从其明线光谱加以鉴别．因此称某种元素原子的明线光谱的谱线为这种元素原子的特征谱线．(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光谱的背景上由若干条暗线组成的．例如太阳光谱就是太阳内部发出的强光经温度较低的太阳大气层时产生的吸收光谱．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明线光谱中的一条明线相对应．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．2．光谱分析．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它的化学组成，这种方法叫作光谱分析．做光谱分析时，可以利用明线光谱，也可利用吸收光谱．这种方法的优点是非常灵敏而且迅速．某种元素在物质中含量达g，就可以从光谱中发现它的特征谱线并将其检查出来．光谱分析在科学技术中有广泛的应用：(1)检查物体的纯度；(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．►尝试应用1．下列物质产生的光谱是线状谱的是(D)A．炽热的钢水B．发亮的白炽灯C．炽热的高压气体D．固体或液体汽化成稀薄气体后发光解析：炽热的固体、液体和高压气体产生的光谱是连续谱．目标篇预习篇考点篇栏目链接知识点二氢原子光谱1．氢原子光谱．(1)从氢气放电管可以获得原子光谱，如下图所示是可见光区域的14条谱线．(2)巴耳末公式．氢原子光谱在可见光区域的14条谱线满足巴耳末公式：1λ＝R，n＝3，4，5，…R称为里德伯常量，实验测得R＝1.10×m－1，巴耳末公式说明氢原子光谱的波长只能取分立值，不能取连续值．氢原子光谱在红外光和紫外光区域的其他谱线满足与巴耳末公式类似的其他公式，如莱曼系在紫外光区，公式为1λ＝R，n＝2，3，4，….2．经典理论的困难．(1)经典物理学无法解释原子的稳定性．按照经典物理学，核外电子在原子核的库仑引力作用下，以一定的速度绕核转动，电子做变加速运动，它产生的电磁场就在变化，而变化的电磁场会激发电磁波，即电子不断把自己绕核转动的能量以电磁波的形式辐射出去．因此电子绕核转动使系统不稳定，电子会失去能量，轨道半径逐渐变小，最后落在原子核上．但是事实不是这样，原子是个很稳定的系统．(2)经典物理学无法解释原子光谱的分立特征．根据经典电磁理论，电子辐射的电磁波的频率就是它绕核转动的频率．电子越转能量越小，它离原子核就越来越近，转得也就越来越快，这个变化是连续的，也就是说，我们应该看到原子辐射出各种频率(波长)的光，即原子的光谱应该总是连续的，而实际上我们看到的是分立的线状谱．►尝试应用2．(多选)关于原子光谱，下列说法中正确的是(CD)A．原子光谱是连续谱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．可以通过光谱分析，鉴别物质中含有哪些元素解析：原子光谱是由不连续的亮线组成的，是线状谱，不是连续谱，故A错误；原子都是由原子核和电子组成的，但不同原子的原子结构不同，而各种原子的原子光谱都有各自的特征谱线，所以不同原子的原子光谱是不相同的．故B错误，C正确；明线光谱和暗线谱特征谱线与原子的结构有关，可以利用明线光谱和暗线光谱鉴别物质．故D正确．题型一光谱的种类我们观察到的太阳光谱是()A．明线光谱B．吸收光谱C．连续光谱D．氢原子光谱【审题指导】(1)发射光谱有两种类型：连续光谱和明线光谱；连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱，如炽热的液体发射连续光谱；目标篇预习篇考点篇栏目链接(2)高温物体发出的白光(其中包含连续分布的一切波长的光)通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱．由狭窄谱线组成的光谱．单原子气体或金属蒸气所发的光波均有线状光谱，故线状光谱又称原子光谱．解析：太阳光谱是吸收光谱，其中的暗线，说明太阳表面的气体中存在与这些暗线相对应的元素，故B正确，ACD错误．答案：B点评：本题考查光谱的种类及各种光谱产生的原因．目标篇预习篇考点篇栏目链接►变式训练1．(多选)下列关于光谱说法正确的是(CD)A．原子发射的光谱是连续光谱B．所有原子发射的光谱都相同C．氢原子光谱是线光谱D．每一种原子都有自己特征谱线解析：原子发射的光谱是线状谱，每一种原子都有自己的特征谱线，它们发射的光谱是不相同的．题型二光谱分析的应用(多选)下列说法正确的是()A．进行光谱分析可以用连续光谱，也可以用线状光谱B．摄下月球的光谱可以分析出月球上有哪些元素C．巴耳末系是氢原子光谱中的可见光部分D．氢原子光谱是线状谱的一个例证【审题指导】(1)光谱分析不可以用连续光谱，但可以用线状光谱；月光是反射光，不能进行光谱分析出月球上有哪些元素．(2)巴耳末系是氢原子光谱中的可见光部分；氢原子光谱是线状谱的一个例证．目标篇预习篇考点篇栏目链接解析：进行光谱分析只可以用线状光谱，不可以用连续光谱，故A错误；月光是反射光线，不能进行光谱分析出月球上有哪些元素，故B错误；根据巴耳末系公式，可知，巴耳末系是氢原子光谱中的可见光部分，故C正确；氢原子光谱是线状谱的一个例证，故D正确．答案：CD►变式训练2．关于光谱，下列说法不正确的是(B)A．各种原子的发射光谱都是线状谱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．由于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．根据各种原子发光的特征谱线进行光谱分析，可以鉴别物质和确定物质组成成分解析：各种原子的发射光谱都是线状谱，都有一定的特征，也称特征谱线，是因原子结构不同，导致原子光谱也不相同，因而可以通过原子发光谱线来确定和鉴别物质，对此称为光谱分析．故ACD正确，B错误．题型三量子理论与原子结构、原子光谱下列说法不正确的是()A．普朗克最先提出能量子观念，但至于微观世界量子化的观念，是爱因斯坦跨出了真正说明物质世界量子性质的第一步B．实物粒子也具有波动性，但实物粒子所具有的物质波不是概率波C．各种原子的发射光谱都是线状谱，线状谱是原子的特征谱线D．电子的发现使人们认识到原子有复杂的结构【审题指导】(1)在量子力学中，物理量只能以确定的大小一份一份地进行变化，具体有多大要随体系所处的状态而定．这种物理量只能采取某些分离数值的特征叫作量子化，变化的最小份额称为量子．(2)量子力学认为物质没有确定的位置，它表现出的宏观看起来的位置其实是对几率波函数的平均值，故对微观粒子运动状态的最准确的描述是概率波，即实物粒子也具有波动性，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波．(3)原子光谱，是由原子中的电子在能量变化时所发射或吸收的一系列波长的光所组成的光谱．原子吸收光源中部分波长的光形成吸收光谱，为暗淡条纹；发射光子时则形成发射光谱，为明亮彩色条纹．两种光谱都不是连续的，且吸收光谱条纹可与发射光谱一一对应．每一种原子的光谱都不同，遂称为特征光谱．解析：普朗克最先提出能量子观念，但至于微观世界量子化的观念，是爱因斯坦跨出了真正说明物质世界量子性质的第一步，故A正确；实物粒子也具有波动性，实物粒子所具有的物质波是概率波，故B错误；各种原子的发射光谱都是线状谱，线状谱是原子的特征谱线，故C正确；原先人们认为原子是最小的单位，电子的发现使人们认识到原子有复杂的结构，故C正确．答案：B►变式训练3．(多选)关于科学家和他们的贡献，下列说法正确的是(AB)A．普朗克曾经大胆假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子B．德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，而且粒子的能量ε和动量p跟它对所应的波的频率ν和波长λ之间，遵从关系ν＝εh和λ＝hpC．卢瑟福认为，原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中D．各种原子的发射光谱都是连续谱解析：本题是物理学史问题，根据科学家和他们的贡献进行解答即可．普朗克最先提出了量子理论，认为带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，是量子化的．故A正确；德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，而且粒子的能量ε和动量p跟它对所应的波的频率ν和波长λ之间，遵从关系ν＝εh和λ＝hp，故B正确；卢瑟福的实验提出了带核的原子结构模型：原子是由原子核和核外电子构成，故C错误．每一种原子的光谱都不同，遂称为特征光谱，故D错误．