选择性必修 第三册第四章 原子结构和波粒二象性4 氢原子光谱和玻尔的原子模型综合训练题

这是一份选择性必修 第三册第四章 原子结构和波粒二象性4 氢原子光谱和玻尔的原子模型综合训练题，共6页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

eq \f( 基础巩固练,25分钟·满分60分 )
一、选择题(本题共9小题，每题6分，共54分)
1．卢瑟福的原子核式结构学说初步建立了原子核结构的正确图景，解决的问题有( A )
A．解释了α粒子散射现象
B．原子中存在电子
C．结合经典电磁理论解释原子的稳定性
D．结合经典电磁理论解释氢光谱
解析：通过α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，而经典电磁理论并不能解释原子的稳定性和氢原子光谱，A正确，B、C、D错误。
2．巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式eq \f(1,λ)＝Req \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3,4,5…)，对此，下列说法正确的是( C )
A．巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式
B．巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性
C．巴耳末依据氢光谱的分析总结出巴耳末公式
D．巴耳末公式准确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
解析：巴耳末公式是依据对氢光谱的分析得出的，而不是依据核式结构总结出的，A错、C对；巴耳末公式只确定了氢原子发光中的一个线系波长，不能描述氢原子发出的各种光的波长，此公式反映出氢原子发光是不连续的，B、D错。
3．(2021·河北省保定市高二下学期期中)太阳的连续光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于( C )
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
D．太阳内部存在着相应的元素
解析：太阳光谱是太阳内部发出的光在经过太阳大气的时候，被太阳大气层中的某些元素吸收而产生的，是一种吸收光谱。所以太阳光的光谱中有许多暗线，它们对应着太阳大气层中的某些元素的特征谱线，故C正确，A、B、D错误。
4．关于原子的特征谱线，下列说法不正确的是( D )
A．不同原子的发光频率是不一样的，每种原子都有自己的特征谱线
B．原子的特征谱线可能是由于原子从高能级向低能级跃迁时放出光子而形成的
C．可以用特征谱线进行光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分
D．原子的特征谱线是原子具有核式结构的有力证据
解析：不同原子的发光频率是不一样的，每种原子都有自己的特征谱线，故选项A正确；原子的特征谱线可能是由于原子从高能级向低能级跃迁时放出光子而形成的，故选项B正确；每种原子都有自己的特征谱线，可以用特征谱线进行光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分，故选项C正确；α粒子散射实验是原子具有核式结构的有力证据，故选项D错误。
5．根据玻尔理论，在氢原子中，量子数n越大，则( D )
A．电子轨道半径越小B．核外电子运动速度越大
C．原子能级的能量越小D．电子的电势能越大
解析：在氢原子中，量子数n越大，电子的轨道半径越大，根据keq \f(e2,r2)＝meq \f(v2,r)知，r越大，v越小，则电子的动能减小，因为量子数增大，原子能级的能量增大，动能减小，则电势能增大，故D正确，A、B、C错误。
6．一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子( B )
A．放出光子，能量增加B．放出光子，能量减少
C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量减少
解析：一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，即从高能级向低能级跃迁，释放光子，能量减少，故选项B正确。
7．如图所示为氢原子能级图，下列说法正确的是( D )
A．当氢原子从n＝3状态跃迁到n＝4状态时，辐射出0.66 eV的光子
B．玻尔理论认为原子的能量是不连续的，电子的轨道半径是连续的
C．玻尔理论也能很好地解释复杂原子的光谱
D．大量处在n＝1能级的氢原子可以被13 eV的电子碰撞而发生跃迁
解析：从低能级跃迁到高能级需吸收光子，故A错误；玻尔理论认为电子的轨道半径是不连续的，故B错误；玻尔理论不能很好地解释复杂原子的光谱，C错误；处于基态的氢原子可以被13 eV的电子碰撞跃迁到n<5的激发态，故D正确。
8．(多选)(2021·河南省周口月考)下列对氢原子光谱实验规律的认识中，正确的是( AB )
A．虽然氢原子核外只有一个电子，但氢原子也能产生多种波长的光
B．氢原子产生的光谱是一系列波长不连续的谱线
C．氢原子产生的光谱是一系列亮度不连续的谱线
D．氢原子产生的光的波长大小与氢原子放电管放电强弱有关
解析：氢原子光谱是线状谱，波长是一系列不连续的、分立的特征谱线，并不是只含有一种波长的光，不是亮度不连续的谱线，选项A、B正确，选项C错误；氢原子光谱是氢原子的特征谱线，只要是氢原子发出的光，光谱就相同，与放电管的放电强弱无关，选项D错误。
9．(多选)若原子的某内层电子被电离形成空位，其他层的电子跃迁到该空位上时，会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来，此电磁辐射就是原子的特征X射线。内层空位的产生有多种机制，其中的一种称为内转换，即原子处于激发态的核跃迁回基态时，将跃迁时释放的能量交给某一内层电子，使此内层电子电离而形成空位(被电离的电子称为内转换电子)。214P的原子核从某一激发态回到基态时，可将能量E0＝1.416 MeV交给内层电子(如K、L、M层电子，以K、L、M标记原子中最靠近核的三个电子层)使其电离。实验测得从214P原子的K、L、M层电离出的电子的动能分别为Ek＝1.323 MeV，EL＝1.399 MeV，EM＝1.412 MeV。则可能发射的特征X射线的能量为( AC )
A．0.013 MeVB．0.017 MeV
C．0.076 MeV D．0.093 MeV
解析：当发生能级跃迁时，释放的X射线的能量可能值为EL－EK＝0.076 MeV，EM－EL＝0.013 MeV，EM－EK＝0.089 MeV，选项A、C正确。
二、非选择题(共6分)
10．(6分)在可见光范围内波长最长的2条谱线所对应的n和它们的波长各是多少？氢原子光谱有什么特点？
答案：n＝3时，λ＝6.5×10－7 m，n＝4时，λ＝4.8×10－7 m
解析：据公式eq \f(1,λ)＝Req \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,n2))) n＝3,4,5，……
当n＝3时，波长λ最大，其次是n＝4时，
当n＝3时，eq \f(1,λ1)＝1.10×107×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4)－\f(1,9)))
解得λ1＝6.5×10－7 m
当n＝4时，eq \f(1,λ2)＝1.10×107×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4)－\f(1,16)))
解得λ2＝4.8×10－7 m
氢原子光谱是由一系列不连续的谱线组成的线状谱。
eq \f( 能力提升练,20分钟·满分40分 )
一、选择题(本题共3小题，每题7分，共21分)
1．氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中( D )
A．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大
B．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小
C．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小
D．原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大
解析：根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核较远的轨道上运动能量较大，必须吸收一定能量的光子后，电子才能从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，故B错误；氢原子核外电子绕核做圆周运动，由原子核对电子的库仑力提供向心力，即keq \f(e2,r2)＝meq \f(v2,r)，又Ek＝eq \f(1,2)mv2，即Ek＝eq \f(ke2,r2)。由此式可知：电子离核越远，即r越大时，电子的动能越小，故A、C错误；由r变大时，库仑力对核外电子做负功，因此电势能增大，从而判断D正确。
2．处于基态的一群氢原子被一束单色光照射后，只发出三种频率分别为ν1、ν2、ν3的光子，且ν1＞ν2＞ν3，则入射光子的能量应为( A )
A．hν1B．hν2
C．hν3 D．h(ν1＋ν2＋ν3)
解析：由氢原子跃迁规律知，ΔE＝hν1＝h(ν2＋ν3)故只有选项A正确。
3．氢光谱在可见光的区域内有4条谱线，按照在真空中波长由长到短的顺序，这4条谱线分别是Hα，Hβ，Hγ和Hδ，它们都是氢原子的电子从量子数大于2的可能轨道上跃迁到量子数为2的轨道时所发出的光，下列判断错误的是( A )
A．电子处于激发态时，Hα所对应的轨道量子数大
B． Hγ的光子能量大于Hβ的光子能量
C．对于同一种玻璃，4种光的折射率以Hα为最小
D．对同一种金属，Hα能使它发生光电效应，Hβ，Hγ，Hδ都可以使它发生光电效应
解析：由E＝heq \f(c,λ)，知波长长，光子能量小，故Hα光子能量最小，Hδ光子能量最大，再由heq \f(c,λ)＝En－E2，得Hα对应的轨道量子数最小，A错误。
二、非选择题(共19分)
4．(9分)氢原子处于基态时，原子的能量为E1＝－13.6 eV，当处于n＝3的激发态，能量为E3＝－1.51 eV，则
(1)当氢原子从n＝3的激发态跃迁到n＝1的基态时，向外辐射的光子的波长是多少？
(2)若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？
(3)若有大量的氢原子处于n＝3的激发态，则在跃迁过程中可能释放出几种不同频率的光子？
答案：(1)1.03×10－7 m (2)3.3×1015 Hz (3)3种
解析：(1)由跃迁公式得hν＝E3－E1①
ν＝eq \f(c,λ)②
由①②代入数据得λ≈1.03×10－7 m
(2)若要将基态原子电离hν＝0－E1，代入数据得
ν≈3.3×1015 Hz
(3)光子种数N＝Ceq \\al(2,3)＝3种。
5．(10分)氢原子能级图如下图所示，由能级图求：
(1)如果有很多氢原子处于n＝3的能级，在原子回到基态时，可能产生哪几种跃迁？出现几种不同光谱线？
(2)如果用动能为11 eV的外来电子去激发处于基态的氢原子，可使氢原子激发到哪一个能级上？
(3)如果用能量为11 eV的外来光去激发处于基态的氢原子，结果又如何？
答案：(1)出现三种光谱线 (2)n＝2的能级
(3)不能使氢原子激发
解析：(1)对于处于n＝3的很多氢原子而言，在它们回到n＝1的基态时，可能观测到三条不同频率的光谱线，其频率分别为2.92×1015 Hz、4.51×1014 Hz、2.47×1015 Hz。
(2)从氢原子能级图可以推算出：
氢原子从n＝1的能级激发到n＝2的能级时所需吸收的能量
ΔE21＝E2－E1＝(－3.4) eV－(－13.6) eV＝10.2 eV
如果氢原子从n＝1的能级激发到n＝3的能级，那么所需吸收的能量为
ΔE31＝E3－E1＝1.51 eV－(－13.6) eV＝12.09 eV
因为外来电子的能量E电＝11 eV，和上述计算结果相比较可知：
ΔE21所以具有11 eV能量的外来电子，只能使处于基态的氢原子激发到n＝2的能级，这时外来电子剩余的动能为：E外－ΔE21＝(11－10.2) eV＝0.8 eV。
(3)如果外来光子的能量E光＝11 eV，由于光子能量是一个不能再分割的最小能量单元，当外来光子能量不等于某两级能量差时，则不能被氢原子所吸收，自然，氢原子也不能从基态跃迁到任一激发态。