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学而优教有方
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第4节氢原子光谱和玻尔的原子模型
【知识梳理与方法突破】
一、光谱及氢原子光谱的规律
1.线状谱和连续谱的比较
项目
线状谱
连续谱
形状特征
一条条分立的谱线
连在一起的光带
组成
某些特定频率的谱线，不同元素的线状谱线不同
一切波长的光都有
应用
可用于光谱分析
不能用于光谱分析
2.太阳光谱
（1）太阳光谱的特点：在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线，是一种吸收光谱，是阳光透过太阳的高层大气层时形成的，不是地球大气造成的。
（2）对太阳光谱的解释：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，到达地球的这些光的谱线看起来就暗了，这就形成了连续谱背景下的暗线。
3.光谱分析
（1）优点：灵敏度高，分析物质的最低含量达10-13
（2）应用：①鉴别物质和确定物质的组成成分；②应用光谱分析、鉴别、发现化学元素；③研究恒星的化学成分、表面温度、质量和运动状态等。
4.氢原子光谱的规律
（1）巴耳末公式
巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式：1λ=R∞(12
公式中只能取n≥3的整数，不能连续取值，波长是分立的值。
氢原子光谱可见光区的四条谱线对应n的取值分别为3，4，5，6，n的取值越小，波长越长。
（2）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。
【例1】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是线状谱
B．霓虹灯和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，也可以利用连续谱
D．观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成
【针对训练1】下列说法中正确的是（）
A．炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱
B．各种原子的明线光谱中的明线和它吸收光谱中的暗线必定一一对应
C．气体发出的光只能产生明线光谱
D．在一定条件下气体也可以产生连续光谱
二、玻尔原子理论、氢原子的能级跃迁
1.玻尔原子模型的三条假设
（1）轨道量子化
轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值。
氢原子各条可能轨道上的半径rn=n2r1(n=1,2,3…)，其中n是正整数，r
（2）能量量子化
①电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态。
②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，其他的状态叫作激发态。
对氢原子，以无穷远处为势能零点时，其能级公式E
其中E1表示氢原子的基态的能级，即电子在离核最近的可能轨道上运动时原子的能量值，E1=-13.6?eV。n
（3）频率条件
原子从一种定态（设能量为E2）跃迁到另一种定态（设能量为E
可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形式改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上。玻尔将这种现象叫作电子的跃迁。
2.氢原子的能级结构和跃迁问题的理解
（1）对能级图的理解
能级图中n称为量子数，E1表示氢原子的基态能量，即量子数n=1时对应的能量，其值为-13.6?eV，En
作能级图时，能级横线间的距离和相应的能级差相对应，能级差越大，间隔越宽，所以量子数越大，能级越密，竖直线的箭头表示原子跃迁方向，长度表示辐射（或吸收）光子能量的大小，n=1是原子的基态，n
（2）能级跃迁
处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态。所以一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N=Cn
原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率由下式决定：hν=En-Em（
（3）使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子
①光子：原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n+1能级时能量不足，则可激发到n
当光子能量大于或等于13.6?eV时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于13.6?eV时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。
②实物粒子：原子还可吸收外来实物粒子（例如自由电子）的能量而被激发，由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值，就可使原子发生能级跃迁。
（4）原子跃迁时需要注意的几个问题
①注意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
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