教科版选修3-5光谱氢原子光谱导学案

这是一份教科版选修3-5光谱氢原子光谱导学案，共7页。
3.了解光谱分析的应用。
知识点一 光谱的几种类型及光谱分析的应用
早在17世纪，牛顿就发现了白光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光带叫作光谱，如图所示。
探究：研究光谱有哪方面的意义？
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1.光谱
复色光经过分光镜后，分解为一系列的单色光，而且按________的顺序排列成一条光带，称为光谱。
2.光谱的几种类型
光谱eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(发射光谱\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(连续光谱,明线光谱)),吸收光谱（也称暗线光谱）))
(1)发射光谱：由发光物质所发的光直接产生的光谱。
①连续光谱：由波长________的光组成的________的彩色光带，称为连续光谱。
②明线光谱：由不连续的、分立的彩色亮线组成的光谱，称为明线光谱。
③产生：________的固体、液体及________气体发光产生的光谱一般为连续光谱；________气体发光产生的光谱多为明线光谱。
(2)吸收光谱：白光通过温度较低的气体，会在连续光谱的背景上出现一些________的________线，这类光谱称为吸收光谱，也称暗线光谱。
(3)线状谱：对于某一种原子，发射光谱和吸收光谱都是分立的谱线，称为________。
(4)原子光谱：同一种原子发射光谱中的明线与吸收光谱中的暗线的位置是相同的，称为这种原子的特征光谱，这样的光谱称为________。不同原子的特征光谱不同，它只决定于原子的________。
3.光谱分析
(1)定义：利用原子光谱可以来鉴别物质的化学组成中是否存在某种元素、含量有多少等，这种方法叫作________。
(2)优点：光谱分析极为灵敏，它的精确度远高于化学分析和其他分析手段。光谱分析可以在不破坏、不接触研究对象的情况下，获取其内部信息。
4.光谱分析的应用
(1)考古学家利用光谱分析的方法对文物进行无损伤的检测。
(2)应用光谱分析，发现了许多当时未知的元素，如铯、铷、铊、铟、氦等，还准确地测出了太阳外层大气的元素组成。
(3)在医学上，光谱分析被用来分析药物的组成、血液的成分以及对肿瘤进行诊断，为治病救人提供依据。
(4)在食品检测中，借助光谱分析可以检测食品中添加剂、重金属的含量，为我们的健康保驾护航。
(5)分析空气质量，探测环境污染等。
(6)天文学家利用光谱分析，在弥漫天宇的星云里找到了有机分子，这一重要发现暗示着茫茫太空中可能存在着生命。利用光谱分析还发现遥远的星体发出的光谱有所谓“红移”现象，据此伽莫夫提出了宇宙起源的大爆炸学说。
【思考】
1.原子的发射光谱是连续光谱还是线状谱？
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2.能用连续光谱进行光谱分析吗？
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例1 (多选)(教材P85自我评价T1改编)下列关于光谱的说法正确的是( )
A.连续光谱就是由连续发光的物体产生的光谱，线状谱是线状光源产生的光谱
B.通过对连续光谱的分析，可鉴定物质成分
C.连续光谱包括一切波长的光，线状谱只包括某些特定波长的光
D.通过对线状谱的明线光谱分析或对吸收光谱的暗线分析，可鉴定物质成分
听课笔记_______________________________________________________
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训练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分，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可鉴别其组成成分
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反映了高温物体的组成成分
D.同一种物质的线状谱上的亮线与吸收光谱上的暗线，由于光谱的不同，它们没有关系
知识点二 氢原子光谱
1.氢原子光谱的特点
氢原子光谱在可见光范围内，存在4条分立的谱线。
2.巴尔末公式
(1)巴尔末对氢原子光谱的谱线进行研究得到公式：λ＝Beq \f(n2,n2－4)(n＝3，4，5，6)。1895年，里德伯将其改写为：eq \f(1,λ)＝RHeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3，4，5，6)，式中RH叫作里德伯常量，实验测得RH＝1.10×107 m－1。
(2)公式中只能取n≥3的整数，不能连续取值，波长是分立的值。
3.其他谱线
除了巴尔末系，氢原子光谱在红外区和紫外区的其他谱线也都满足与巴尔末公式类似的关系式，称为广义巴尔末公式，其为eq \f(1,λ)＝RHeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,m2)－\f(1,n2)))(m＝1，2，3，…；n＝m＋1，m＋2，m＋3，…)。
例2 (多选)下列关于巴尔末公式eq \f(1,λ)＝RHeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,n2)))的理解，正确的是( )
A.巴尔末系的4条谱线位于红外区
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.在巴尔末系中n值越大，对应的波长λ越短
听课笔记_______________________________________________________
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训练2 对于巴尔末公式，下列说法正确的是( )
A.所有氢原子光谱的波长都与巴尔末公式相对应
B.巴尔末公式只确定了氢原子发光中的可见光部分的光波长
C.巴尔末公式确定了氢原子发光中的一个线系的波长，其中既有可见光，又有紫外光
D.巴尔末公式确定了各种原子发光中的光的波长
随堂对点自测
1.(线状谱)(多选)关于线状谱，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
B.每种原子处在不同的物质中的线状谱相同
C.每种原子在任何条件下发光的线状谱都相同
D.两种不同的原子发光的线状谱可能相同
2.(光谱和光谱分析)(多选)关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是( )
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产生的光谱是线状谱
C.进行光谱分析时，可以利用线状谱，不能用连续谱
D.观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成
3.(氢原子光谱)(多选)巴尔末通过对氢原子光谱的研究总结出巴尔末公式eq \f(1,λ)＝RHeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3，4，5，6)，对此，下列说法正确的是( )
A.巴尔末依据核式结构理论总结出巴尔末公式
B.巴尔末公式反映了氢原子发光的连续性
C.巴尔末依据氢原子光谱的分析总结出巴尔末公式
D.巴尔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
4.(氢原子光谱)巴耳末系谱线波长满足巴耳末公式eq \f(1,λ)＝RHeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3，4，5，6)。在氢原子光谱可见光区(巴耳末系的前四条谱线在可见光区)，最长波长与最短波长之比为( )
A.eq \f(8,5) B.eq \f(9,5)
C.eq \f(4,3) D.eq \f(9,8)
3 光谱 氢原子光谱
知识点一
导学 提示 光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱研究是探索原子结构的重要途径。
知识梳理
1.波长 2.(1)①连续分布 连续 ③炽热 高压 稀薄 (2)分立 暗 (3)线状谱 (4)原子光谱 3.(1)光谱分析
[思考]
1.提示 线状谱。
2.提示 不能。同种元素的吸收光谱与线状发射光谱是一一对应的，光谱分析可用线状发射光谱，也可用吸收光谱，连续光谱不能用于光谱分析，光谱分析只能用特征谱线来分析。
例1 CD [连续光谱是由连续分布的一切波长的光(一切单色光)组成的，而不是指光源是连续的，连续光谱是由炽热固体、液体及高压气体发光产生的，线状谱是由一些不连续的亮线组成的，由稀薄气体或金属蒸气所发出的光产生的，而不是指光源是线状光源，选项A错误，C正确；光谱分析是根据不同原子都有自己的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分的方法，连续谱含有一切波长的光，不是原子的特征谱线，不能用来做光谱分析；线状谱中的明线光谱和吸收光谱中的暗线都是原子自身的特征谱线，所以可以用来做光谱分析，鉴定物质成分，选项B错误，D正确。]
训练1 B [高温物体的连续谱包括了各种频率的光，与其组成成分无关，A错误；某种物质发射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某物质后某些频率的光被吸收而形成暗线，这些暗线由所经过的物质决定，C错误；某种物质发出某种频率的光，当光通过这种物质时它也会吸收这种频率的光，因此同一物质线状谱上的亮线与吸收光谱上的暗线相对应，D错误。]
知识点二
例2 CD [此公式是巴尔末在研究氢原子光谱可见光部分的四条谱线时得到的，A错误；公式中n只能取大于或等于3的整数，λ不能连续取值，故氢原子光谱是线状谱，B错误，C正确；根据公式可知，n值越大，对应的波长λ越短，D正确。]
训练2 C [巴尔末公式只确定了氢原子发光中一个线系的波长，不能描述氢原子发出的各种波长，也不能描述其他原子发光中的光的波长，A、D错误；巴尔末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，但它适用于整个巴尔末线系，该线系包括可见光、紫外光和红外光，B错误，C正确。]
随堂对点自测
1.BC [每种原子都有自己的结构，只能发出由内部结构决定的特征谱线，不会因温度、所处物质不同而改变，故B、C正确。]
2.BC [太阳光谱是吸收光谱，白炽灯光谱是连续谱，A错误；煤气灯火焰中钠蒸气产生的光谱是线状谱，B正确；进行光谱分析时，要利用原子的特征谱线即线状谱，不能用连续谱，C正确；由于月亮自身不会发光，只是反射了太阳光，因此无法用光谱分析确定月亮的化学组成，D错误。]
3.CD [巴尔末公式是根据氢原子光谱总结出来的，其反映了氢原子发光是不连续的，选项A、B错误，C正确；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D正确。]
4.A [在巴耳末系中，根据eq \f(1,λ)＝RHeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3，4，5，6)知，当n＝3时，光子能量最小，波长最长；当n＝6时，光子能量最大，波长最短。则有eq \f(1,λmax)＝RHeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,32)))＝eq \f(5RH,36)，eq \f(1,λmin)＝RHeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,62)))＝eq \f(2RH,9)，所以eq \f(λmax,λmin)＝eq \f(8,5)，故A正确。]