1、13.4 光谱分析在科学技术中的应用学习目标1.了解各种光谱及其特点.2.知道光谱分析及其重要应用一、光谱导 学 探 究 根 据 经 典 的 电 磁 理 论 ， 原 子 的 光 谱 是 怎 样 的 ？ 而 实 际 看 到 的 原 子 的 光 谱 是 怎 样的 ？答案 根据经典电磁理论，原子可以辐射各种频率的光，即原子光谱应该是连续的，而实际上看到的原子的光谱总是分立的线状谱知识梳理1定义：用光栅或棱镜把光按波长展开，获得光的波长(频率)成分和强度分布的记录，即光谱按形成条件，将光谱分为发射光谱和吸收光谱2发射光谱：物体发光直接产生的光谱(1)连续谱连续分布的包含有一切波长的光组成的光谱产生：炽
2、热的固体、液体和高压气体的光谱，如白炽灯丝、烛焰、炽热钢水等发出的光都是连续光谱特点：光谱是连在一起的光带(2)线状谱由一些不连续的亮线组成的光谱产生：由游离态的原子发射的，因此也叫原子光谱稀薄气体和金属的蒸气的发射光谱是线状谱特点：不同元素的原子产生的线状谱是不同的，但同种元素的原子产生的线状谱是相同的，这意味着，某种物质的原子可用其线状谱加以鉴别(3)特征光谱每种元素的原子都有各自的发射光谱，即由一系列不连续的具有特定波长的谱线组成的光谱3吸收光谱物体发出的白光，通过温度较低的物质蒸气时，某些波长的光被该物质吸收后形成的光谱(1)产生：物体发出的白光通过温度较低的物质蒸气时产生的2(2)特
3、点：在连续谱的背景上有若干条暗线同种元素的吸收光谱与线状谱是一一对应的(3)太阳光谱是吸收光谱特点：在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线产生原因：阳光中含有各种颜色的光，当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层大气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，到达地球上的这些谱线看起来就暗了，这就形成了连续谱明亮背景下的暗线即学即用 判断下列说法的正误(1)各种原子的发射光谱都是连续谱( )(2)不同原子的发光频率是不一样的( )(3)连续谱一定是发射光谱( )二、光谱分析导学探究 为什么用棱镜可以把各种颜色的光展开？我们记录光谱有什么样的意义？答案 不同颜色的光在棱镜中的
4、折射率不同，因此经过棱镜后的偏折程度也不同光谱分析的意义：应用光谱分析发现新元素，光谱分析对鉴别化学元素有着重大的意义，许多化学元素，如铯、铷、铊、铟、镓等，都是在实验室里通过光谱分析发现的天文学家将光谱分析应用于恒星，证明了宇宙中物质构成的统一性光谱分析还为深入研究原子世界奠定了基础，近代原子物理学正是从原子光谱的研究中开始的知识梳理1光谱分析由于每种元素都有自己的特征光谱，可以根据光谱来鉴别物质和确定它们的化学组成，这种方法叫光谱分析2优点：灵敏、迅速，某种元素在样品中的含量只要有 11010 g 就能检测出来3应用(1)鉴定产品的纯度(如检测半导体材料硅和锗是不是达到高纯度要求)(2)发
5、现新元素(如元素铷和铯)(3)研究天体的物质成分(如研究太阳光谱时发现了太阳大气层中含有氢、氦、氮、碳、氧、铁、镁、钙、钠等元素)(4)鉴定食品的优劣(5)鉴定文物即学即用 判断下列说法的正误(1)光谱分析时，既可以用线状谱，也可以用连续谱( )(2)利用光谱分析可以鉴别物质和确定物质的组成成分( )3一、光谱例 1 关于光谱，下列说法正确的是( )A一切光源发出的光谱都是连续谱B一切光源发出的光谱都是线状谱C稀薄气体发光形成的光谱是线状谱D白光通过钠蒸气产生的光谱是线状谱答案 C解析 由于物质发光的条件不同，得到的光谱不同，故 A、B 错误；稀薄气体发光形成的光谱为线状谱，C 正确；白光通过
6、钠蒸气产生的光谱是吸收光谱，D 错误二、光谱分析1优点：灵敏度高，分析物质的最低量达 1010 g.2应用：a.发现新元素；b.鉴别物体的物质成分3用于光谱分析的光谱：线状谱和吸收光谱4几种光谱的比较比较光谱 产生条件 光谱形式及应用线状谱 稀薄气体发光形成的光谱一些不连续的亮线组成，不同元素的明线光谱不同(又叫特征光谱)，可用于光谱分析连续谱炽热的固体、液体和高压气体发光形成的光谱连续分布，一切波长的光都有吸收光谱炽热的白光通过温度较白光低的气体后，再色散形成的光谱用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现一些暗线(与特征谱线相应)，可用于光谱分析例 2 (多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中，
7、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我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分答案 BC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，选项 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4质成分，选项 D 错误；用于光谱分析只能是线状谱或吸收光谱，连续谱是不能用来进行光谱分析的，所以选项 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
8、线状谱，选项 B 正确1(光谱的理解)(多选)关于光谱，下列说法中正确的是( )A炽热的液体发射连续谱B线状谱和吸收光谱都可以对物质进行光谱分析C太阳光谱中的暗线，说明太阳中缺少与这些暗线相对应的元素D发射光谱一定是连续谱答案 AB解析 炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱，故 A 正确；线状谱和吸收光谱都可以用来进行光谱分析，B 正确；太阳光谱中的暗线说明太阳大气中含有与这些暗线相对应的元素，C 错误；发射光谱有连续谱和线状谱，D 错误2(光谱的理解)(多选)下列光谱中属于原子光谱的是( )A太阳光谱B放电管中稀薄汞蒸气产生的光谱C白炽灯的光谱D酒精灯中燃烧的钠蒸气所产生的光谱答案
9、 BD解析 放电管中稀薄汞蒸气产生的光谱，燃烧的钠蒸气产生的光谱分别是由汞蒸气、钠蒸气发光产生的，均是原子光谱，故选项 B、D 对3(光谱分析)(多选)关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是( )A太阳光谱和白炽灯光谱都是连续谱B霓虹灯产生的是线状谱C进行光谱分析时，只能用线状谱D同一元素吸收光谱的暗线与线状谱的位置是一一对应的答案 BD4(光谱分析)太阳光的光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线，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B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5D太阳内部存在着相应的元素答案 C解析 吸收光谱的暗线是连续谱中某些波长的
10、光被物质吸收后产生的阳光中含有各种颜色的光，当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳的高层大气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易错原因是不理解光谱的成因以及不同谱线的特点一、选择题考点一 光谱的理解1白炽灯发光产生的光谱是( )A连续谱 B明线光谱C原子光谱 D吸收光谱答案 A解析 白炽灯发光是由于灯丝在炽热状态下发出的光，是连续谱2对于光谱，下列说法中正确的是( )A大量原子发出的光谱是连续谱，少量原子发出的光谱是线状谱B线状谱由不连续的若干波长的光所组成C太阳光谱是连续谱D太阳光谱是线状谱答案 B3关于原子光谱，下列说法中不正确的是( )A原子光谱是不连续的B由
11、于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的C由于各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同D分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素答案 B解析 原子光谱为线状谱，A 正确；各种原子都有自己的特征谱线，故 B 错，C 对；根据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成，D 正确4下列关于光谱的说法正确的是( )A炽热固体、液体和高压气体发出的光形成连续谱B对月光作光谱分析可以确定月亮的化学组成C气体发出的光只能产生线状谱6D甲物质发出的光通过低温的乙物质蒸气可得到甲物质的吸收光谱答案 A5在燃烧的酒精灯芯上放一些食盐，然后用弧光灯发出的白光照射，就能得到(
12、 )A钠的线状谱 B钠的吸收光谱C钠的连续谱 D仍是白光连续谱答案 B解析 钠被酒精灯加热汽化，形成钠蒸气，弧光灯发出的白光通过钠蒸气，某些波长的光被吸收形成钠的吸收光谱，B 项正确考点二 光谱分析6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，它们没有关系答案 B7如图 1 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
13、分析可以确定该矿物中缺少的元素为( )图 1A a 元素 B b 元素C c 元素 D d 元素答案 B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，故选项 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8(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法正确的是( )A连续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通过对连续谱的光谱分析，可鉴定物质成分C连续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吸收光谱的暗线分析，可鉴定物质成分答案 CD7解析 连续谱是指光谱由连续分布的一切波长的光组成的，
14、而不是指光源是连续的连续谱是由炽热固体、液体及高压气体发光产生的，同理线状谱是指光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的，A 错，C 对；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，不能用来进行光谱分析，而线状谱和吸收光谱都是原子自身的特征谱线，所以可以用来进行光谱分析，鉴定物质成分，其优点是灵敏度很高，在发现和鉴定元素上有着重大的意义，B 错，D 对9(多选)关于太阳的光谱，下列说法正确的是( )A太阳光谱是吸收光谱B太阳光谱中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特
15、定频率的光被吸收后而产生的C根据太阳光谱中的暗线，可以分析太阳的物质组成D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素答案 AB解析 太阳是高温物体，它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时，某些特定频率的光会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收，从而使我们观察到的太阳光谱是吸收光谱，因此，选项 A、B 正确分析太阳的吸收光谱，可知太阳大气层的物质组成，由于地球大气层的温度很低，太阳光通过地球大气层时不会被大气层中的物质原子吸收，故选项 C、D 错误二、非选择题10(光谱分析)处在激发态的氢原子向能量较低的能级跃迁时会发出一系列不同频率的光，称为氢光谱氢光谱线的波长 可以用下面的巴耳末里
16、德伯公式表示 R ， k、 n 分别表示氢原子跃迁后所处状态的量子数， k1,2,3，.对每一个1 (1k2 1n2)k，有 n k1， k2， k3， R 称为里德伯常量，是一个已知量对于 k1 的一系列谱线其波长处在紫外光区，称为莱曼系； k2 的一系列谱线其波长处在可见光区，称为巴耳末系用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验，当用巴耳末系波长最短的光照射时，遏止电压的大小为 U1，当用莱曼系波长最长的光照射时，遏止电压的大小为 U2，已知电子电荷量的大小为 e，真空中的光速为 c，试求普朗克常量和该种金属的逸出功答案 2eU1 U2Rc eU1 3U22解析 设该种金属的逸出功为 W，光电效应所产生的光电子最大初动能为 Ekm由动能定理知 Ekm eU对于莱曼系，当 n2 时对应的光波长最长，设为 18由题中所给公式有 R R1 1 (112 122) 34波长为 1的光对应的频率 1 Rcc 1 34对于巴耳末系，当 n时对应的光波长最短，设为 2，则有 R R1 2 (122 0) 14波长 2的光对应的频率 2 Rcc 2 14根据爱因斯坦的光电效应方程 Ekm h W 知 Ekm1 h 1 W， Ekm2 h 2 W又 Ekm1 eU1， Ekm2 eU2解得 h ， W .2eU1 U2Rc eU1 3U22
