鲁科版 (2019)选择性必修 第三册光谱与氢原子光谱导学案

这是一份鲁科版 (2019)选择性必修 第三册光谱与氢原子光谱导学案，共10页。学案主要包含了不同的光谱，氢原子光谱等内容，欢迎下载使用。
1．知道什么是光谱，掌握连续谱和线状谱的区别。 2.知道氢原子光谱的实验规律。
3．知道什么是光谱分析。
一、不同的光谱
1．定义：当复色光经过棱镜或光栅后，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．分类
(1)连续光谱：包含有各种色光且连续分布的光谱。
(2)线状光谱：光谱是由一条条亮线组成的。
3．特征谱线：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。
4．光谱分析：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。
二、氢原子光谱
1．不同物质的稀薄气体发出光的颜色不同，对这些可见光的光谱进行分析，其特征谱线不同。
2．氢原子光谱的实验规律
巴耳末公式： eq \f(1,λ) ＝R eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,n2))) (n＝3，4，5，6，…)
式中R为里德伯常量，R＝1.096 775 81×107 m－1，n取整数。
判断下列说法是否正确。
(1)光是由原子核内部的电子运动产生的，光谱研究是探索原子核内部结构的一条重要途径。( )
(2)稀薄气体的分子在强电场的作用下会变成导体并发光。( )
(3)巴耳末公式中的n既可以取整数也可以取小数。( )
(4)经典物理学无法解释原子光谱的分立特征。( )
(5)经典物理学可以很好地应用于宏观世界，也能解释原子世界的现象。( )
提示：(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)×
知识点一 光谱和光谱分析
1．光谱的分类
2．太阳光谱
3.光谱分析
(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法，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，不能用连续光谱
D．我们能通过月球反射的日光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，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，D错误；光谱分析只能是线状谱和吸收光谱，连续谱是不能用来进行光谱分析的，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，B正确。
[答案] BC
图甲所示的a、b、c、d为四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为( )
A．a元素 B．b元素
C．c元素 D．d元素
[解析] 把矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照，b元素的谱线在该线状谱中不存在，故B正确，与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中还有其他元素。
[答案] B
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
[解析] 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中的亮线与吸收光谱中的暗线相对应，D错误。
[答案] B
知识点二 对氢原子光谱的理解和应用
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。
3．巴耳末公式
(1)巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式： eq \f(1,λ) ＝R eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,n2))) (n＝3，4，5，…)，该公式称为巴耳末公式。
(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。
4．其他谱线：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式类似的关系式。
(多选)关于巴耳末公式 eq \f(1,λ) ＝R( eq \f(1,22) － eq \f(1,n2) )的理解，正确的是( )
A．此公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的
B．公式中n可取任意值，故氢光谱是连续谱
C．公式中n只能取大于或等于3的整数值，故氢光谱是线状谱
D．公式不但适用于氢光谱的分析，也适用于其他原子的光谱
[解析] 巴耳末公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的，故A正确；公式中的n只能取大于或等于3的整数值，故氢光谱是线状谱，B错误，C正确；巴耳末公式只适用于氢光谱的分析，不适用于其他原子光谱的分析，D错误。
[答案] AC
根据巴耳末公式(R＝1.10×107 m－1)，指出氢原子光谱在可见光范围内波长最长的2条谱线对应的n，它们的波长各是多少？氢原子光谱有什么特点？
[解析] 能够引起人的视觉的可见光波长范围，约为400～700 nm 之间。
根据巴耳末公式 eq \f(1,λ) ＝R eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,n2))) 计算时应注意其波长值必须在可见光范围内。
由巴耳末公式 eq \f(1,λ) ＝R eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,n2))) 知，当n＝3和4时对应波长较长，代入有
eq \f(1,λ1) ＝1.10×107 m－1× eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,32))) ，
则λ1≈654.5 nm(λ1在可见光范围内)；
eq \f(1,λ2) ＝1.10×107 m－1× eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,42))) ，
则λ2≈484.8 nm(λ2在可见光范围内)。
特点：氢原子光谱是分立的线状谱，它在可见光区的谱线满足巴耳末公式，在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。
[答案] 3 4 654.5 nm 484.8 nm 光谱特点见解析
氢原子光谱除了巴耳末系外，还有莱曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式为 eq \f(1,λ) ＝R( eq \f(1,32) － eq \f(1,n2) )，n＝4，5，6，…，R＝1.10×107 m－1。若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域，试求n＝6时，对应的波长为多大。
[解析] 由帕邢系公式 eq \f(1,λ) ＝R eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,32)－\f(1,n2))) 得，
当n＝6时，λ＝1.09×10－6 m。
[答案] 1.09×10－6 m
eq \(\s\up7(),\s\d5( ))
1．(对光谱的理解)(多选)关于光谱，下列说法正确的是( )
A．炽热的液体发射连续谱
B．发射光谱一定是连续谱
C．线状谱和吸收光谱都可以对物质成分进行分析
D．霓虹灯发光形成的光谱是线状谱
解析：选ACD。炽热的液体发射的光谱为连续谱，A正确；发射光谱可以是连续谱也可以是线状谱，B错误；线状谱和吸收光谱都对应某种元素的光谱，都可以对物质成分进行分析，C正确；霓虹灯发光形成的光谱是线状谱，D正确。
2．(对光谱的理解)(多选)下列关于原子光谱的说法正确的是( )
A．氢原子光谱和氧原子光谱是不同的
B．不同的谱线分布对应不同的元素
C．不同的谱线对应不同的发光频率
D．利用光谱分析不可以准确确定元素的种类
解析：选ABC。每种原子都有自己的特征谱线，可以利用它来鉴别物质或确定物质的组成成分。
3．(对巴耳末公式的理解)氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为( )
A． eq \f(5,9) B． eq \f(4,9) C． eq \f(7,9) D． eq \f(2,9)
解析：选A。由巴耳末公式 eq \f(1,λ) ＝R eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,n2))) ，n＝3，4，5，…当n＝∞时，最小波长满足 eq \f(1,λ1) ＝R eq \f(1,22) ①
当n＝3时，最大波长满足 eq \f(1,λ2) ＝R eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,32))) ②
由①②得 eq \f(λ1,λ2) ＝ eq \f(5,9) 。
4．(对巴耳末公式的理解)对于巴耳末公式，下列说法正确的是( )
A．所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应
B．巴耳末公式只确定了氢原子发光的可见光部分的光的波长
C．巴耳末确定了氢原子发光的一个线系的波长，其中既有可见光，又有紫外光
D．巴耳末公式确定了各种原子发光中的光的波长
解析：选C。巴耳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的发光，故A、D错误；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，但它适用于整个巴耳末线系，该线系包括可见光和紫外光，故B错误，C正确。
特点
在连续光谱的背景上出现一些不连续的暗线，是一种吸收光谱
产生
原因
阳光中含有各种颜色的光，但当阳光透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暗了，这就形成了连续光谱背景下的暗线
优点
灵敏度高，分析物质的最低量达10－10 g
应用
①应用光谱分析发现新元素；②鉴别物体的物质成分：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；③应用光谱分析鉴定食品优劣