183第三节氢原子光谱课件.ppt

1、第三节第三节 氢原子光谱氢原子光谱知识梳理图知识梳理图【知识点】【知识点】1.线状谱线状谱 连续谱连续谱;2.巴耳末公式及应用巴耳末公式及应用;3.经典物理学的困难经典物理学的困难.情景设置情景设置要研究不同物质的原子结构之间有什么区别要研究不同物质的原子结构之间有什么区别,该从什么地方入该从什么地方入手呢手呢?人们经过长期观察发现人们经过长期观察发现,不同原子所发射的光谱是不不同原子所发射的光谱是不同的同的,并且是固定的并且是固定的,这样我们就通过研究原子的光谱来研这样我们就通过研究原子的光谱来研究原子的结构或来确定物质的组成究原子的结构或来确定物质的组成.这就是我们将要学习这就是我们将要学

2、习的内容的内容.深化探究深化探究一一 光谱光谱1.定义定义:用光栅和分光镜用光栅和分光镜,把光按波长展开把光按波长展开,获得光的波长获得光的波长(频率频率)成分和强度分布的记录成分和强度分布的记录,就叫做光谱就叫做光谱.2.线状谱线状谱:只含有一些不连续的亮线的光谱只含有一些不连续的亮线的光谱,叫做线状谱叫做线状谱,线状线状谱中的亮线叫做谱线谱中的亮线叫做谱线.线状谱的产生线状谱的产生:由稀薄的气体或金属蒸气由稀薄的气体或金属蒸气(即处于游离态下的即处于游离态下的原子原子)发光而产生的发光而产生的.3.连续谱连续谱:由波长或频率连续变化的从红光到紫光的各种色光由波长或频率连续变化的从红光到紫光

3、的各种色光的光谱的光谱,叫做连续光谱叫做连续光谱.连续谱的产生连续谱的产生:由炽热的固体由炽热的固体 液体和高压气体发光而产生液体和高压气体发光而产生的光谱的光谱.4.光谱分析光谱分析:各种元素的原子都有自己的特征谱线各种元素的原子都有自己的特征谱线,如果某种如果某种物质的线状谱中出现了某种元素的特征谱线物质的线状谱中出现了某种元素的特征谱线,表明该物质表明该物质中含有这种元素的成分中含有这种元素的成分,这种对物质进行化学组成的分析这种对物质进行化学组成的分析和鉴别的方法称为光谱分析和鉴别的方法称为光谱分析.历史上光谱分析还帮助人们发现了许多新元素历史上光谱分析还帮助人们发现了许多新元素,例如

4、例如:铷和铯铷和铯就是人们通过光谱分析而发现的就是人们通过光谱分析而发现的.二二 氢原子光谱的实验规律氢原子光谱的实验规律1.氢原子光谱氢原子光谱:氢原子是自然界中最简单的原子氢原子是自然界中最简单的原子,对它的光谱对它的光谱线的研究获得的原子内部结构的信息线的研究获得的原子内部结构的信息,对于研究复杂的原子的对于研究复杂的原子的结构有指导意义结构有指导意义.从从1885年年,瑞士的中学教师巴耳末由大量的实验数据分析出瑞士的中学教师巴耳末由大量的实验数据分析出氢原子发射的线状谱是按照一定规律组成的若干线系构成的氢原子发射的线状谱是按照一定规律组成的若干线系构成的,这些谱线的波长可以用下列表达式

5、表示其满足的规律称为巴这些谱线的波长可以用下列表达式表示其满足的规律称为巴耳末公式耳末公式22111()3,4,52Rnn式中式中R为一常数为一常数,叫做里德伯常量叫做里德伯常量.实验测得实验测得R=1.10107 m-1,n为大于或等于为大于或等于3的一系列整数的一系列整数.这个公式确定的一组谱线这个公式确定的一组谱线称为巴耳末系称为巴耳末系,后来在氢原子光谱中的紫外区和红外区又后来在氢原子光谱中的紫外区和红外区又发现了另外的一些谱线发现了另外的一些谱线,它们的谱线都满足与巴耳末公式它们的谱线都满足与巴耳末公式类似的关系式类似的关系式.2.经典理论的困难经典理论的困难按照经典理论原子是不稳定

6、的按照经典理论原子是不稳定的,原子发光的光谱应为连续谱原子发光的光谱应为连续谱,事实上原子是稳定的而且发光为线状光谱事实上原子是稳定的而且发光为线状光谱.(1)按照卢瑟福的核式结构模型按照卢瑟福的核式结构模型,核外电子受到原子核的引力核外电子受到原子核的引力作用作用,不可能是静止的不可能是静止的,它一定以一定的速度绕核转动它一定以一定的速度绕核转动,既然既然电子在运动电子在运动,它的电磁场就在变化它的电磁场就在变化,而变化的电磁场会激发而变化的电磁场会激发电磁波电磁波,也就是说也就是说,它将自己绕核转动的能量以电磁波的形它将自己绕核转动的能量以电磁波的形式辐射出去式辐射出去.因此因此,电子转动

7、的系统是不稳定的电子转动的系统是不稳定的,电子会失去电子会失去能量能量,最后一头栽进原子核最后一头栽进原子核,但事实不是这样的但事实不是这样的,原子是个很原子是个很稳定的系统稳定的系统.(2)按照经典的电磁理论按照经典的电磁理论,电子辐射电磁波的频率电子辐射电磁波的频率,就是它绕原就是它绕原子核转动的频率子核转动的频率,电子的能量越来越小电子的能量越来越小,它离原子核越来越它离原子核越来越近近,周期越来越短周期越来越短,这种变化是连续的这种变化是连续的,也就是说我们应该得也就是说我们应该得到原子辐射的各种频率的光到原子辐射的各种频率的光,即原子光谱应为连续光谱即原子光谱应为连续光谱,而而实际上

8、我们看到的是分立的线状谱实际上我们看到的是分立的线状谱.典例分析典例分析一一 对光谱分析的认识对光谱分析的认识例例1:利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成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分,关于光谱分析下列说法正确的是关于光谱分析下列说法正确的是()A.利用高温物体的连续谱就能鉴别其组成成分利用高温物体的连续谱就能鉴别其组成成分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物质后的光谱上的暗线反映了高温高温物体发出的光通过物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分物体的组成成分D.同一物质的线状谱和吸收光谱上

9、的暗线由于光谱不同同一物质的线状谱和吸收光谱上的暗线由于光谱不同,它们它们没有关系没有关系解析解析:由于高温物体的光谱包括了各种频率的光与其成分无由于高温物体的光谱包括了各种频率的光与其成分无关关,故故A选项错误选项错误;某种物质的发光的线状谱中的明线是与某种物质的发光的线状谱中的明线是与某种原子发出的某频率的光有关某种原子发出的某频率的光有关,通过这些亮线与原子的通过这些亮线与原子的特征谱线对照特征谱线对照,即可确定物质的组成成分即可确定物质的组成成分,故故B选项正确选项正确;高高温物体发出的光通过物质时某些频率的光被吸收后形成暗温物体发出的光通过物质时某些频率的光被吸收后形成暗线线,这些暗

10、线与所经过的物质有关这些暗线与所经过的物质有关,故故C选项错误选项错误;某种物质某种物质发出的某些频率的光发出的某些频率的光,当光通过这些物质时它吸收这些频当光通过这些物质时它吸收这些频率的光率的光,因此线状谱中的亮线和吸收光谱中的暗线相对应因此线状谱中的亮线和吸收光谱中的暗线相对应,故故D选项错误选项错误.答案答案:B点评点评:由于对各类光谱产生的原因不清楚由于对各类光谱产生的原因不清楚,在进行光谱分析时在进行光谱分析时,不能确定相应的光谱不能确定相应的光谱,导致盲目选择导致盲目选择,因此因此,要掌握各类光谱要掌握各类光谱产生的机理至关重要产生的机理至关重要.一般利用光谱分析来确定物质的组一

11、般利用光谱分析来确定物质的组成成分时要利用线状谱和吸收光谱成成分时要利用线状谱和吸收光谱.巩固练习巩固练习1:关于原子光谱关于原子光谱,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.原子光谱是不连续的原子光谱是不连续的,是由若干频率的光组成是由若干频率的光组成B.大量原子发光的光谱是连续的大量原子发光的光谱是连续的,少量原子发光的光谱是不连少量原子发光的光谱是不连续的续的C.由于原子都是由原子核和核外电子组成的由于原子都是由原子核和核外电子组成的,所以各种原子的所以各种原子的原子光谱是相同的原子光谱是相同的D.由于各种原子结构不同由于各种原子结构不同,所以各种原子的原子光谱也不相同所以各种原子的原子

12、光谱也不相同答案答案:AD解析解析:原子光谱是线状谱原子光谱是线状谱,光谱是一系列不连续的亮线光谱是一系列不连续的亮线,每条亮每条亮线对应一个频率线对应一个频率,原子光谱是由若干频率的光组成的原子光谱是由若干频率的光组成的,故故A选项正确选项正确,B选项错误选项错误;各种原子都有自己的特征谱线各种原子都有自己的特征谱线,不同不同原子的特征谱线不同原子的特征谱线不同,故故C选项错误选项错误,D选项正确选项正确.二二 氢原子光谱的特点及巴耳末公式的应用氢原子光谱的特点及巴耳末公式的应用例例2:氢原子发光氢原子发光,发出一系列不连续的光线发出一系列不连续的光线,在可见光范围内在可见光范围内满足巴耳末

13、公式满足巴耳末公式,那氢原子发射的波长最长的光的波长是那氢原子发射的波长最长的光的波长是多少多少?氢原子光谱的特点是什么氢原子光谱的特点是什么?(R=1.10107 m-1)77122221:Rn3,111()3,4,52111.10 106.5 10 m.1()23nn解析 由巴耳末公式当时 氢原子发光所对的波长最长即解得特点特点:当当n取不同值时会得到一系列波长不等的光的波长取不同值时会得到一系列波长不等的光的波长,也就也就说氢原子发光的光谱是由一系列不连续的光线组成的线状说氢原子发光的光谱是由一系列不连续的光线组成的线状谱谱.答案答案:见解析见解析巩固练习巩固练习2:根据巴耳末公式根据巴

14、耳末公式,指出氢原子光谱在可见光的范围指出氢原子光谱在可见光的范围内波长为内波长为484.8510-9 m的谱线的谱线,所对应的所对应的n值值.(R=1.10107 m-1)2222972111()2111211484.85 101.10 1:n2.04RnnR解析 根据巴耳末公式得答案答案:4梯度练习梯度练习基础强化基础强化1.对于线状谱对于线状谱,下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A.每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同B.每种原子在不同物质中的线状谱不同每种原子在不同物质中的线状谱不同C.每种原子在任何条件下发光的线状谱相同每种原子在任何条件

15、下发光的线状谱相同D.两种不同的原子发光的线状谱可能相同两种不同的原子发光的线状谱可能相同答案答案:C解析解析:原子发光不论在什么温度原子发光不论在什么温度,不论是单质状态不论是单质状态,还是化合状还是化合状态态,只要是某种元素的原子它的线状谱都是特定的只要是某种元素的原子它的线状谱都是特定的,代表该代表该种原子的特点种原子的特点,不存在具有相同线状谱的两种不同原子不存在具有相同线状谱的两种不同原子,故故C选项正确选项正确.2.通过光栅和棱镜获得物质发光的光谱通过光栅和棱镜获得物质发光的光谱,光谱光谱()A.按光的频率顺序排列按光的频率顺序排列B.按光子的质量大小排列按光子的质量大小排列C.按

16、光子的速度大小排列按光子的速度大小排列D.按照光子的能量大小排列按照光子的能量大小排列答案答案:AD3.关于光谱和光谱分析关于光谱和光谱分析,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.太阳光谱和白炽灯光谱都是连续光谱太阳光谱和白炽灯光谱都是连续光谱B.霓虹灯与煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱都是线状霓虹灯与煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱都是线状谱谱C.做光谱分析可以用线状谱做光谱分析可以用线状谱,也可以用吸收光谱也可以用吸收光谱D.我们观察月亮的光谱可以确定月亮的化学组成我们观察月亮的光谱可以确定月亮的化学组成答案答案:BC解析解析:太阳光谱是吸收光谱太阳光谱是吸收光谱,故故A选项错误选项

17、错误;霓虹灯属稀薄气体霓虹灯属稀薄气体发光产生线状谱发光产生线状谱,钠蒸气产生线状谱钠蒸气产生线状谱,故故B选项正确选项正确;线状谱线状谱均可以用于光谱分析均可以用于光谱分析,故故C选项正确选项正确;月亮本身不发光而是月亮本身不发光而是反射太阳光反射太阳光,故故D选项错误选项错误.4.太阳的光谱中有许多暗线太阳的光谱中有许多暗线,它们对应着某些元素的特征谱线它们对应着某些元素的特征谱线,产生这些暗线是由于产生这些暗线是由于()A.太阳表面大气层中缺少相应的元素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太阳表面大气层中存在着

18、相应的元素D.太阳内部存在着相应的元素太阳内部存在着相应的元素解析解析:太阳光谱是太阳光经过周围温度较低的大气层时太阳光谱是太阳光经过周围温度较低的大气层时,某些某些频率的光被相应的元素的原子吸收频率的光被相应的元素的原子吸收,形成的吸收光谱形成的吸收光谱,暗线暗线所对应的就是太阳大气层中存在着的元素所对应的就是太阳大气层中存在着的元素,故故C选项正确选项正确.答案答案:C5.以下说法正确的是以下说法正确的是()A.进行光谱分析可以用连续光谱进行光谱分析可以用连续光谱,也可以用吸收光谱也可以用吸收光谱B.光谱分析的优点是非常灵敏而且迅速光谱分析的优点是非常灵敏而且迅速C.线状谱和吸收光谱都可以

19、对物质进行分析线状谱和吸收光谱都可以对物质进行分析D.摄下月球的光谱可以分析出月球上有哪些元素摄下月球的光谱可以分析出月球上有哪些元素答案答案:BC解析解析:光谱分析常用来反映原子的特征光谱分析常用来反映原子的特征,谱线既可以用线状谱谱线既可以用线状谱也可以用吸收光谱也可以用吸收光谱,但不能用连续光谱但不能用连续光谱,故故A选项错误选项错误,C选选项正确项正确;利用光谱分析时利用光谱分析时,样品中元素达到样品中元素达到10-10 g就可以被就可以被检测到检测到,灵敏度很高灵敏度很高,B选项正确选项正确;月球本身不发光月球本身不发光,它的光是它的光是反射太阳光反射太阳光,故通过光谱分析不能分析出

20、月球上有哪些元故通过光谱分析不能分析出月球上有哪些元素素,D选项错误选项错误.能力提升能力提升6.对巴耳末公式下列说法正确的是对巴耳末公式下列说法正确的是()A.所有氢原子的光谱的波长都与巴耳末公式相对应所有氢原子的光谱的波长都与巴耳末公式相对应B.巴耳末公式只能确定氢原子发光的可见光部分的光的波长巴耳末公式只能确定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的一个线系的波长巴耳末公式确定了氢原子发光的一个线系的波长,其中既有其中既有可见光可见光,又有紫外线又有紫外线D.巴耳末公式确定了各种原子发光中的波长巴耳末公式确定了各种原子发光中的波长答案答案:C解析解析:巴耳末公式只

21、确定了氢原子发光中一个线系的波长巴耳末公式只确定了氢原子发光中一个线系的波长,不不能描述氢原子发出的各种波长能描述氢原子发出的各种波长,也不能描述其他原子的发也不能描述其他原子的发光光,故故A D选项错误选项错误;巴耳末公式是由当时已知的可见光中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的部分谱线总结出来的,但它适用于整个巴耳末线系但它适用于整个巴耳末线系,该线该线系包括可见光和紫外线部分系包括可见光和紫外线部分,故故B选项错误选项错误,C选项正确选项正确.7.关于巴耳末公式关于巴耳末公式 的理解的理解,正确的是正确的是()A.此公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的此公式是巴耳末在研

22、究氢光谱特征时发现的B.公式中公式中n可取任意值可取任意值,故氢光谱是连续谱故氢光谱是连续谱C.公式中公式中n只能取整数值只能取整数值,故氢光谱是线状谱故氢光谱是线状谱D.公式不但适用于氢光谱的分析公式不但适用于氢光谱的分析,也适用于其他原子的光谱也适用于其他原子的光谱22111()2Rn答案答案:AC8.如果甲所示的如果甲所示的abcd为四种元素的特征谱线为四种元素的特征谱线,图乙是某矿物的图乙是某矿物的线状谱线状谱,通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为()A.a元素元素 B.b元素元素C.c元素元素 D.d元素元素答案答案:B9.关于太阳光谱关于

23、太阳光谱,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.太阳光谱是吸收光谱太阳光谱是吸收光谱B.太阳光谱中的暗线太阳光谱中的暗线,是太阳光经过太阳大气层时某些特定频是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后产生的率的光被吸收后产生的C.根据太阳光谱中的暗线根据太阳光谱中的暗线,可以分析太阳的物质组成可以分析太阳的物质组成D.根据太阳光谱中的暗线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可以分析地球大气层中含有哪些元素素答案答案:AB解析解析:太阳是高温物体太阳是高温物体,它发出的白光通过温度较低的太阳大它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时气层时,某些特定频率的光被太阳大气层中的某些

24、元素的某些特定频率的光被太阳大气层中的某些元素的原子吸收原子吸收,从而使我们观察到的太阳光谱是吸收光谱从而使我们观察到的太阳光谱是吸收光谱,因此因此选项选项A、B正确正确;分析太阳的吸收光谱分析太阳的吸收光谱,可知太阳大气层中的可知太阳大气层中的物质组成物质组成,而某些物质要观测到它的吸收光谱而某些物质要观测到它的吸收光谱,要求它的温要求它的温度不能太低度不能太低,也不能太高也不能太高,否则会直接发光否则会直接发光,由于地球大气层由于地球大气层温度太低温度太低,太阳光通过地球大气层时不会被地球大气层中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的物质原子吸收,故故C、D选项错误选项错

25、误.10.关于光谱关于光谱,下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A.太阳光谱是连续光谱太阳光谱是连续光谱B.稀薄的氢气发光产生的光谱是线状谱稀薄的氢气发光产生的光谱是线状谱C.煤气灯上燃烧的钠盐汽化后的钠蒸气产生的光谱是线状谱煤气灯上燃烧的钠盐汽化后的钠蒸气产生的光谱是线状谱D.白光通过钠蒸气产生的光谱是线状谱白光通过钠蒸气产生的光谱是线状谱答案答案:BC解析解析:太阳光谱是太阳产生的白光太阳光谱是太阳产生的白光,通过太阳周围温度较低的通过太阳周围温度较低的大气时大气时,某些波长的光被太阳大气层中的某些元素吸收从某些波长的光被太阳大气层中的某些元素吸收从而产生的吸收光谱而产生的吸收光谱,所以所以A不正确不正确;稀薄氢气发光是原子光稀薄氢气发光是原子光谱又叫线状谱谱又叫线状谱,故故B选项正确选项正确;钠蒸气产生的光谱是线状谱钠蒸气产生的光谱是线状谱,故故C选项正确选项正确;白光通过钠蒸气后产生的是吸收光谱白光通过钠蒸气后产生的是吸收光谱,故故D选选项错误项错误.