2019-2020学年高中物理 第3章 原子结构之谜 第4节 原子的能级结构课件 粤教版选修3-5

第四节原子的能级结构1．白炽灯发光产生的光谱是()A．连续光谱B．线状谱C．原子光谱D．吸收光谱【答案】A2．氢原子光谱的巴耳末系中波长最长的光波的光子能量为E1，其次为E2，则E1E2为()A．2027B．2720C．23D．32【答案】A【解析】由1λ＝R122－1n2，当n＝3时，氢光谱波长最长1λ1＝R122－132；当n＝4时，氢光谱波长次之1λ2＝R122－142，解得：λ1λ2＝2720.由E＝hcλ得：E1E2＝λ2λ1＝2027.3．(2019年北京名校期末)关于光谱，下列说法正确的是()A．炽热的固体、液体和高压气体发出的光谱是连续光谱B．太阳光谱中的暗线说明太阳缺少这些暗线对应的元素C．气体发出的光只能产生线状光谱D．发射光谱一定是连续光谱【答案】A【解析】炽热的固体、液体和高压气体发出的光谱是连续光谱，故A正确．太阳光谱是吸收光谱，其中的暗线，说明太阳中存在与这些暗线相对应的元素，故B错误．高温高压气体发出的光谱是连续光谱，故C错误．发射光谱有两种类型：连续光谱和明线光谱，故D错误．4.(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中正确的是()A.光谱包括发射光谱、连续光谱、明线光谱、原子光谱、吸收光谱五种光谱B.往酒精灯的火焰上撒精盐，可以用分光镜观察到钠的明线光谱C.利用太阳光谱可以分析太阳的化学组成D.明线光谱又叫原子光谱【答案】BD【解析】光谱包括发射光谱和吸收光谱两种，其中发射光谱分为连续光谱和明线光谱，明线光谱和吸收光谱都能体现不同原子的特征，称为原子光谱，选项A错误，D正确；往酒精灯的火焰上撒精盐，可以用分光镜观察到钠的明线光谱，选项B正确；太阳光谱是吸收光谱，其中的暗线，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，说明太阳大气层中存在与这些暗线相对应的元素，但是不能分析太阳的化学组成，故C错误.一、能级结构猜想1．由氢原子光谱是分立的，我们猜想原子内部的能量也是________的．2．原子内部不连续的能量称为原子的________，原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫做________．3．能级跃迁中的能量关系：_______________.由此可知原子在跃迁前后的能级分别为Em和En，若原子由高能级向低能级跃迁，这个过程中________光子，若原子由低能级向高能级跃迁，这个过程需吸收特定频率的________或通过其他途径获得________．不连续能级跃迁hν＝Em－En辐射光子能量二、氢原子的能级1．氢原子能级表达式：En＝________，n＝1,2,3，…式中R为里德伯常量，h为普朗克常量，c为光速，n是正整数．这个式子表明氢原子的能量是不连续的，只能取一些定值，即氢原子的能量是__________，因此n也被称为能量________．2．能级状态(1)基态：氢原子处于________的能级E1(n＝1)，这个最低能级对应的状态在正常状态下称为基态，氢原子在基态的能量为__________．Rhcn2量子化的量子数最低－13.6eV(2)激发态：当电子受到外界激发时，可从基态跃迁到________的能级E2、E3、…上，这些能级对应的状态称为激发态，处于激发态的氢原子是不稳定的，它会向较低的能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子形式向外辐射，原子辐射出的光子的能量等于两能级间的________，即hν＝Em－En(m2)．3．能级间的跃迁产生不连续的________，从不同能级跃迁到某一特定能级就形成一个________，如巴耳末线系是氢原子从n＝3、4、5、…等能级跃迁到n＝2的能级时辐射出的光谱．较高能量差谱线线系利用光子的照射或电子与原子的碰撞都可以使原子从低能级跃迁到高能级，二者有何相同和不同之处呢？【答案】利用电子与原子的碰撞使原子从低能级跃迁到高能级，原子也只吸收确定的能量，而剩余的能量作为电子碰撞后运动的动能．1．能级图(如图所示)氢原子的能级与跃迁2．能量量子化由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的，这样的能量值，称为能级，能量最低的状态称为基态，其他的状态叫做激发态．对氢原子，以无穷远处为势能零点时，基态能量E1＝－13.6eV.其能级公式：En＝E1n2，式中n称为量子数，对应不同的轨道，n取值不同，基态取n＝1，激发态n＝2,3,4，…量子数n越大，表示能级越高．3．跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即高能级Em发射光子hν＝Em－En吸收光子hν＝Em－En低能级En.例1有一群氢原子处于量子数n＝3的激发态，当它们跃迁时：(1)有可能放出几种能量的光子？(2)在哪两个能级间跃迁时，所发出的光子的波长最长？波长是多少？解析：由n＝3的激发态向低能级跃迁的路径为n3→n2→n1或n3→n1，其中由n3→n2的跃迁能级差最小，辐射的光子能量最小，波长最长．(1)共能放出三种能量的光子，即3种频率的光子．(2)由n3→n2跃迁能级差最小，辐射的光子能量最小，波长最长．由氢原子能级图，E2＝－3.4eV，E3＝－1.51eV.hν＝E3－E2＝1.89eV，又知ν＝cλ，则有：λ＝hcE3－E2＝6.63×10－34×3×1081.89×1.6×10－19m≈6.6×10－7m.答案：(1)3(2)2和3之间6.6×10－7m【题后反思】跃迁是原子的电子从一个轨道跃迁到另一个轨道，即不能脱离原子核的束缚，所以在跃迁的过程中，原子放出或吸收的能量必须是量子化的．如当电子从n轨道跃迁到m轨道时，其能量变化必须是ΔE＝E1n2－E1m2，当nm时，ΔE0，原子要放出能量；当mn时，ΔE0，原子要吸收能量．电离是将原子的电子拉出来，使之成为自由电子，只要是能量大于一定值就可以，没有量子化要求，若有多余的能量，则以电子动能的形式存在．如将在m轨道的电子电离出来，原子吸收的能量ΔE只要满足ΔE0－E1m2就可以了．1．(2019年重庆二模)如图所示，为氢原子能级示意图的一部分，关于氢原子，下列说法正确的是()A．一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级，可能辐射出3种不同频率的电磁波B．从n＝4能级跃迁到n＝3能级，氢原子会吸收光子，能级升高C．从n＝4能级跃迁到n＝3能级，氢原子会向外辐射光子，能级降低D．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的【答案】C【解析】一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级，最多可能辐射2种不同频率的电磁波，故A错误；从n＝4能级跃迁到n＝3能级，是从高能级向低级跃迁，氢原子会放出光子，能级降低，故B错误，C正确；处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是不一样的，故D错误．原子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，放出能量后从高能级跃迁到低能级，不论是哪一种跃迁都要注意以下几个方面的问题．1．一群原子和一个原子氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现．能级跃迁的几个问题2．跃迁与电离原子跃迁时，不管是吸收还是辐射光子，其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差．若想把处于某一定态上的原子的电子电离出去，就需要给原子一定的能量．如基态氢原子电离，其电离能为13.6eV，只要能量等于或大于13.6eV的光子都能被基态氢原子吸收而电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的电子具有的动能越大．3．间接跃迁与直接跃迁原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁．两种情况的辐射(或吸收)光子的频率数不同．4．入射光子与入射电子若是在光子的激发下引起原子的跃迁，则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级差；若是在电子的碰撞下引起原子的跃迁，则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个能级差，两种情况有所不同，要引起注意．例2有一个处于量子数n＝4的激发态中的氢原子，在它向低能态跃迁时，最多可能发出几种频率的光子？解析：氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，所以最多可能发出3种频率的光子．答案：3【题后反思】(1)一个氢原子会有多种可能的跃迁，如单个氢原子可以从n能级直接跃迁到基态，也可以从n能级逐渐往下跃迁，但可能的情况只有一种．(2)若一群氢原子处于激发态，则各种可能跃迁都会发生，所以一群氢原子处于n能级时可能产生光谱线条数为C2n＝nn－12.2．光子能量为E的一束光照射容器中的氢(设氢原子处于n＝3的能级)，氢原子吸收光子后，能发出频率ν1、ν2、ν3、ν4、ν5、ν6六种光谱线，且ν1ν2ν3ν4ν5ν6，则E等于()A．hν1B．hν6C．h(ν6－ν1)D．h(ν1＋ν2＋ν3＋ν4＋ν5＋ν6)【答案】A【解析】对于量子数为n的一群氢原子，向较低的激发态或基态跃迁时，可能产生的谱线条数为nn－12，故nn－12＝6.可判定氢原子吸收光子的能量后可能的能级是n＝4，从n＝4到n＝3放出的光子能量最小，频率最低，此题中的最低频率为ν1，故处于n＝3能级的氢原子吸收频率为ν1(E＝hν1)的光子能量，从n＝3能级跃迁到n＝4能级后，方可发出6种频率的谱线，故A选项正确．