氢原子光谱与能级结构

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1、第 4 节氢原子光谱与能级结构学 习 目 标知 识 脉 络1.了解 原子光 的特点，知道巴 末公式及里德伯常量 (重点 )2理解玻 理 原子光 律的解 (重点 )3了解玻 理 的局限性( 点 )氢 原 子 光 谱先填空 1 原子光 的特点(1)从 外区到紫外区呈 多条具有确定波 的 ；HH的 n 个波 数 成了 原子的“印 ”， 不 是何种化合物的光 ， 只要它里面含有 些波 的光 ，就能断定 种化合物里一定含有 (2)从 波到短波， H H等 的距离越来越小， 表 出明 的 律性2巴 末公式111，其中叫做里德伯常量，数 R( 2 22n)(n3,4,5)RR 1.096 7757 1811

2、0 m .再判断 1 原子光 是不 的，是由若干 率的光 成的( )2由于原子都是由原子核和核外 子 成的，所以各种原子的原子光 是相同的 ()第 1页3由于不同元素的原子 构不同，所以不同元素的原子光 也不相同()后思考 原子光 有什么特征，不同区域的特征光 足的 律是否相同？【提示】 原子光 是分立的 状 它在可 光区的 足巴耳末公式，在 外和紫外光区的其他 也都 足与巴耳末公式 似的关系式核心点 光 111， R( 2 2)巴 末公式2n)(n3,4,5,6式中 n 只能取整数，最小 3，里德伯常量7 1R1.10 10m1巴 末 系的 14 条 都 于可 光区在巴 末 系中n 越大，

3、的波 越短，即 n 3 ， 的规2波 最 律除了巴 末系， 原子光 在 外区和紫外区的其他 也都 足3与巴 末公式 似的关系式1一群 原子由 n 3 能 自 迁至低能 出的 中属于巴 末 系的有 _条【解析】在 原子光 中， 子从 高能 迁到n2 能 光的 属于巴 末 系因此只有由 n3 能 迁至 n2 能 的 1 条 属巴 末 系【答案】12根据巴耳末公式，指出 原子光 巴耳末 系的最 波 和最短波 所 的 n，并 算其波 【解析】 的 n 越小，波 越 ，故当n3 ， 原子 光所 的波 最 第 2页当 n 3 ， 1 1.10107 12 12 m112 3解得 16.55 107 m.当

4、 n ，波 最短，1R11 R1，222n4447m. R1.1 7 m 3.641010【答案】当 n3 ，波 最 6.55107 m当 n ，波 最短 3.6410 7 m巴 末公式的 用方法及注意 (1)巴 末公式反映 原子 光的 律特征，不能描述其他原子(2)公式中 n 只能取整数，不能 取 ， 因此波 也是分立的 (3)公式是在 可 光区的四条 分析 出的，在紫外区的 也适用(4) 用 熟 公式，当 n 取不同 求出一一 的波 .玻 尔 理 论 对 氢 光 谱 的 解 释先填空 1理 推 按照玻 原子理 ， 原子的 子从能量 高的能 迁到n2 的能 上E1 ， 射出的光子能量 hEn

5、 E2，根据 原子的能 公式En n2可得 E2E11111E111 2，由此可得 h E22，由于 c ，所以上式可写成hc22，22n2n把 个式子与巴 末公式比 ，可以看出它 的形式是完全一 的，并且R E1E17 1与里德伯常量的 符合得很好 hc， 算出hc的 1.09710 m就是 ，根据玻 理 ， 不但可以推 出表示 原子光 律性的公式，而且 可以从理 上来 算里德伯常量的 由此可知， 原子光 的巴 末系是 子从n3,4,5,6，能 迁到 n2的能 射出来的其中HH在可 光区第 3页2玻尔理论的成功与局限性项目内容冲破了能量连续变化的束缚，认为能量是量子化的成功之处根据量子化能量

6、计算光的发射频率和吸收频率利用经典力学的方法推导电子轨道半径，是一种半经典的局限性量子论再判断 1玻尔理论是完整的量子化理论()2玻尔理论成功的解释了氢原子光谱的实验规律()3玻尔理论不但能解释氢原子光谱，也能解释复杂原子的光谱()后思考 玻尔理论的成功和局限是什么？【提示】成功之处在于引入了量子化的观念，局限之处在于保留了经典粒子的观念，把电子的运动看做是经典力作用下的轨道运动核心点击 1成功方面(1)运用经典理论和量子化观念确定了氢原子的各个定态的能量并由此画出能级图(2)处于激发态的氢原子向低能级跃迁辐射出光子，辐射光子的能量与实际符合的很好，由于能级是分立的，辐射光子的波长也是不连续的

7、(3)不仅成功地解释了氢光谱的巴尔末系，计算出了里德伯常数，而且，玻尔理论还预言了当时尚未发现的氢原子的其他光谱线系，这些线系后来相继被发现，也都跟玻尔理论的预言相符2局限性及原因(1)局限性：成功地解释了氢原子光谱的实验规律，但不能解释稍复杂原子的光谱现象(2)原因：保留了经典粒子的观念，把电子的运动仍然看作经典力学描述下的轨道运动3(多选 )关于经典电磁理论与氢原子光谱之间的关系，下列说法正确的是第 4页() 【导学号： 64772032】A经典电磁理论不能解释原子的稳定性B根据经典电磁理论，电子绕原子核转动时，电子会不断释放能量，最后被吸附到原子核上C根据经典电磁理论，原子光谱应该是连续

8、的D氢原子光谱彻底否定了经典电磁理论【解析】根据经典电磁理论， 电子绕原子核转动时， 电子会不断释放能量最后被吸附到原子核上， 原子不应该是稳定的， 并且发射的光谱应该是连续的 氢原子光谱并没有完全否定经典电磁理论，是引入了新的观念【答案】ABC4氢原子光谱的巴耳末系中波长最长的光波的波长为1，波长次之为 2，则1_.2【解析】由1 R11得：当 n3 时，波长最长，1 R11，当 n2 22 22n123111127 4 时，波长次之， 2R 2242 ，解得： 220.【答案】272005已知氢原子光谱中巴尔末线系第一条谱线H的波长为 6 565A ，求：【导学号： 64772033】(1

9、)试推算里德伯常量的值；0(2)利用巴尔末公式求其中第四条谱线的波长和对应光子的能量(1 A 1010 m)【解析】(1)巴尔末系中第一条谱线为n 3 时，1 1 1即 R( 2 2)12 3R363610 m1 1.097107 m1.556 565101第 5页(2)巴 末系中第四条 n6，1 1 1则 R( 2 2)42 6367481.097107 m4.10210mcEh h46.6310343108 4.102107 J 4.851019 J.【答案】7 1(1)1.09710m(2)4.102 10 7 m4.851019 J 原子光 是最早 、研究的光 1 光 是 状的、不 的

10、，波 只能是分立的 111)2 之 有一定的关系，可用一个 一的公式表达：R(22mn111)，(n 3,4,5， )其 称 巴式中 m2 巴 末公式： R( 222n 末 系，是 原子核外 子由高能 迁至n2 的能 生的光 ，其中HH在可 光区由于光的 率不同，其 色不同m1 曼系即 曼系 (在紫外区 )1 1 1 R( 2 2)，(n 2,3,4， ) 1 nm3 帕邢系即帕邢系 (在 外区 )1 1 1 R( 2 2)，(n 4,5,6， ) 3 n第 6页学业分层测评 (七 )(建议用时： 45 分钟 )学业达标 1关于原子光谱，下列说法中正确的是()A每种原子处在不同温度下发光的光谱

11、不同B每种原子处在不同的物质中的光谱不同C每种原子在任何条件下发光的光谱都相同D两种不同的原子发光的光谱可能相同【解析】每种原子都有自己的结构， 只能发出由内部结构决定的自己的特征谱线，不会因温度、物质不同而改变，C 正确【答案】C2(多选 )有关氢原子光谱的说法正确的是() 【导学号： 64772097】A氢原子的发射光谱是连续谱B氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关【解析】原子的发射光谱是原子跃迁时形成的，由于原子的能级是分立的，所以氢原子的发射光谱是线状谱， 原子发出的光子的能量正好等于原子跃迁时的能级差，故

12、氢原子只能发出特定频率的光，综上所述，选项 D、A 错，B、C 对【答案】BC3对于巴尔末公式下列说法正确的是() 【导学号：64772098】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光谱的可见光部分的光的波长C巴尔末公式确定了氢原子光谱的一个线系的波长，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光谱中的光的波长【解析】巴尔末公式只确定了氢原子光谱中一个线系波长，不能描述氢原第 7页子发出的各种波长，也不能描述其他原子的发光，A 、D 错误；巴尔末公式是由当时巳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， 该线系包括可见光和紫外光，B 错误

13、， C 正确【答案】C4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与吸收光谱上的暗线，由于光谱的不同，它们没有关系【解析】由于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明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物质后某些频率的光被吸收而形成暗线，这些暗线与通过的物

14、质有关， 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，因此线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线相对应，D 错误正确选项是 B.【答案】 B111R2 2 的理解，正确的是5(多选 )关于巴耳末公式 2n()A此公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的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巴耳末公式只确定了氢原子发光中的一个线系的波长，不能描述氢原子发出的其他线系的波长第 8页【解析】此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的14 条谱线中得到的，只适用于氢原子光谱的巴耳末线系分析，且 n 只

15、能取大于或等于3 的整数，因此 不能取连续值，故氢原子光谱是线状谱，A 、C、 D 正确【答案】ACD6(多选 )以下论断中正确的是 ()A按经典电磁理论， 核外电子受原子核库仑引力，不能静止只能绕核运转，电子绕核加速运转，不断地向外辐射电磁波B按经典理论，绕核运转的电子不断向外辐射能量，电子将逐渐接近原子核，最后落入原子核内C按照卢瑟福的核式结构理论，原子核外电子绕核旋转， 原子是不稳定的，说明该理论不正确D经典电磁理论可以很好地应用于宏观物体，但不能用于解释原子世界的现象【解析】卢瑟福的核式结构没有问题， 主要问题出在经典电磁理论不能用来解释原子世界的现象； 按照玻尔理论， 原子核外的电子

16、在各不连续的轨道上做匀速圆周运动时并不向外辐射电磁波，故 A 、B、D 正确，C 错误【答案】ABDE17氢原子第 n 能级的能量为 En n2，其中 E1 是基态能量当氢原子由第4能级跃迁到第 2 能级时，发出光子的频率为1；若氢原子由第 2 能级跃迁到基态，发出光子的频率为 2，则1_.2EE3【解析】根据氢原子的能级公式， h14 211 2 21EE4216EE1E13h2 E2E1 22 12 4E131161所以 2 3 4.4第 9页1【答案】47 18有一群处于 n 4 能级上的氢原子，已知里德伯常量R 1.097 10 m，则：(1)这群氢原子发光的光谱有几条？几条是可见光？

17、(2)根据巴尔末公式计算出可见光中的最大波长是多少？【解析】(1)这群氢原子的能级图如图所示，由图可以判断出，这群氢原子可能发生的跃迁共有6 种，所能发出的光谱共有6 条，其中有 2 条是可见光(2)根据巴尔末公式1 R11得，当 n3时，波长最大，代入数据得 2 22n7m. 6.56310【答案】(1)62(2)6.563 10 7 m能力提升 9.如图 2-4-1 甲所示是 a，b，c，d 四种元素的线状谱，图乙是某矿物质的线状谱，通过光潽分析可以了解该矿物质中缺乏的是()图 2-4-1a 元素b 元素 c 元素d 元素ABCD【解析】对比图 (甲)和图 (乙)可知，图 (乙) 中没有

18、b，d 对应的特征谱线，所以在矿物质中缺乏b，d 两种元素【答案】D10氢原子从第 4 能级跃迁到第 2 能级发出蓝光， 那么当氢原子从第5 能级跃迁到第 2 能级应发出 () 【导学号： 64772099】AX 射线B红光C黄光D紫光【解析】氢原子从第 5 能级跃迁到第 2 能级发出的光在可见光范围内，且比蓝光的频率更大在为E5E2h2E4E2h1.由此可知，只能是紫光，故第 10 页D 正确【答案】D11在可 光范 内， 原子光 中波 最 的2 条 所 的基数 n. 【 学号： 64772034】(1)它 的波 各是多少？(2)其中波 最 的光 的光子能量是多少？【解析】(1) 的 n 越

19、小，波 越 ，故当n3 ， 原子 光所 的波 最 当 n 3 ， 1 1.10107( 12 12) m112 3解得 16.5107 m.当 n 4 ， 1 1.10107( 12 12) m122 4解得 24.8107 m.(2)n3 ， 着 原子巴 末系中波 最 的光， 其波 ，因此c6.63 10343108J3.061019J.Eh h 76.510【答案】(1)6.510 7m 7m4.810(2)3.0610 19 J12 原子光 除了巴 末系外， 有 曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式 1R11712 2(n 4,5,6， )， R 1.1010 m.若已知帕邢系的 原子光 3n在 外 区域，求：(1)n6 ， 的波 ；(2)帕邢系形成的 在真空中的波速 多少？n6 ， 播 率 多大？【解析】(1)由帕邢系公式111，R2 23n当 n 6 ，得 1.09106 m.第 11 页(2)帕邢系形成的谱线在红外区域，而红外线属于电磁波，在真空中以光速传播，故波速为光速c3108 m/s，由 v T ，得 vc3 108Hz2.75 1014Hz.6 1.0910【答案】(1)1.09 10 6 m第 12 页