钠原子光谱实验思考题

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###学院近代物理实验

实验报告

实验项目：钠原子光谱 实验地点： 班 级： 姓 名： 座 号：

实验时间： 年 月 日

一、实验目的：

本实验通过对钠原子光谱的观察、拍摄与分析，加深对碱金属原子的外层电子与原子实相互作用以及自旋与轨道运动相互作用的了解，在分析光谱线系和测量波长的基础上，计算钠原子的价电子在不同轨道运动时的量子缺，绘制钠原子的部分能级图．

实验预习部分

二、实验仪器设备：

1．用一般的玻璃棱镜摄谱仪，可拍摄到可见光区的谱线；石英棱镜摄谱仪和光栅摄谱仪则可拍摄到紫外、可见、红外光区的全部谱线．

2．哈特曼光栏（见图 1.3.1）是摄谱仪的重要附件，利用光栏的A部分可以改变摄谱仪的狭缝高度；还可以利用哈特曼光栏B部分的三个小孔和固定底片盒, 并排拍摄铁谱和钠谱，以便测定钠谱线的波长．

3．利用光谱投影仪或比长仪和铁光谱标准图对比，可以辨认及测量出钠原子光谱各线系

1.2钠原子光谱

氢原子光谱和波尔理论给出了单纯正负电荷间相互吸引作用的电场量子化规律。正确认识复杂原子光谱的规律，是完善波尔理论的必要条件。在多电子原子体系中，碱金属原子只有一个价电子，与氢原子的结构相似，分析二者原子光谱的异同，是研究复杂原子光谱的切入点，不但认清了同种电荷间排斥作用的电场量子化规律，为解释元素的周期律奠定基础，还导致电子自旋的发现。

多电子原子中存在原子核-电子、电子-电子以及自旋-轨道多重相互作用。通过拍摄钠原子光谱，在测量波长和分析光谱线系的基础上，根据价电子在不同轨道运动时的量子缺来理解电子-电子排斥作用对能级结构的影响，可以较全面地掌握光谱分析技术的基本方法。

一、实验目的

（1）测量钠主线系的谱线波长；

（2）了解原子光谱与原子结构的关系，求钠原子主线系的量子改正数（量子缺）。

二、实验原理

原子中电子绕核运动的能量是量子化的。电子从一个能级跃迁到另一能级, 就要辐射或吸收一定的能量，由此形成原子的发射光谱或吸收光谱。电子在主量数为n2和n1的上、下能级之间跃迁时，其发射光谱的波数为

11?~?1(E?E)?R???， （1.2.1） ??2122?

钠原子光谱实验介绍及分析

摘要 实验使用Wgd-8A型组合式多功能光栅光谱仪，测定钠光谱线，并使用计算机采集数据。本文将

分析实验得到的光谱线，计算量子亏损，绘出钠原子能级图，并验证选择定则。 关键词 钠光谱、量子亏损、能级跃迁、选择定则 一、实验原理 量子亏损：

钠是碱金属原子，Z=11，核外有11个电子，其中1s22s22p6这10个电子形成稳定的满壳层结构，并与原子核共同组成原子实。最外层的电子组态为3s，这一个电子被称为价电子，它决定了原子的化学和光谱特性。

由于价电子和原子实的相互作用，表现为原子实的极化和价电子轨道贯穿原子实的作用，因此使的钠原子的能级与氢原子的能级有显著的不同。为此，光谱项中的主量子数n用有效量子数n替代，则：

*1Tnl?RR? （1） 式中n*?n??l,?l称*22n(n??l)*为量子数亏损，有效量子数n不再是整数了。当主量子数n越小，价电子越靠近原子实，其运行轨道的椭圆偏心率越大，角量子数l越小，这时?l的数值越大，所以量子数亏损?l是一个与n、l有关的量。理论和实验均证明，当n不是很大时，量子数亏损的大小主要取决于l，而随n

第3节 氢原子光谱

早在17世纪,牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现 象

一、什么是光谱光谱，全称是光学频谱，是复色光通过色散系统(如 光栅、棱镜)进行分光后，依照光的波长(频率)的 大小顺序排列形成的图案。

连续光谱 连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光 谱叫做连续光谱。炽热的固体、液体和高压气 体的发射光谱是连续光谱。例如白炽灯丝发出 的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续

光谱。

观察氢原子光谱实验1、装置

气体放电管

分光镜 2-3KV

气体放电管： 玻璃管中稀薄气体的分子在强电场的作用下会电 离，成为自由移动的正负电荷，于是气体变成导体， 导电时会发光。这样的装置叫做气体放电管。

2、氢气发光时的光谱 光谱特点： 1.不连续，只是由一些亮线组成 2.不同色，每种颜色对应一种波长 3.不等距，相邻两种光的波长间距不相等

明线光谱： 只含有一些不连续的亮线的光谱叫明线光谱。明线光谱 中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。 稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。 明线光谱是由游离状态的原子发射的，也叫原子光谱。

实践证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种原子只能 发出具有本身特征的某些波长的光，因此明线光谱的谱线也叫 做原子的特征



1. 原子吸收光谱和原子荧光光谱是如何产生的？比较两种分析方法的特点。 2. 解释下列名词： ⑴ 谱线轮廓； ⑵ 积分吸收； ⑶ 峰值吸收； ⑷ 锐线光源； ⑸ 光谱通带。

3. 表征谱线轮廓的物理量是哪些？引起谱线变宽的主要因素有哪些？

4. 原子吸收光谱法定量分析的基本关系式是什么？原子吸收的测量为什么要用锐线光源？

5. 原子吸收光谱法最常用的锐线光源是什么？其结构、工作原理及最主要的工作条件是什么？

6. 空心阴极灯的阴极内壁应衬上什么材料？其作用是什么？灯内充有的低压惰性气体的作用是什么？

7. 试比较火焰原子化系统及石墨炉原子化器的构造、工作流程及特点，并分析石墨炉原子化法的检测限比原子化法高的原因。

8. 火焰原子化法的燃气、助燃气比例及火焰高度对被测元素有何影响？试举例说明。 9. 原子吸收分光光度计的光源为什么要进行调制？有几种调制的方式？

10. 分析下列元素时，应选用何种类型的火焰？并说明其理由： ⑴ 人发中的硒； ⑵ 矿

石中的锆； ⑶ 油漆中的铅。

11. 原子吸收光谱法中的非光谱干扰有哪些？如何消除这些干扰？ 12. 原子吸收光谱法中的背景干扰是如何产生的？如何加以校正？ 1

新知预 习· 巧设计

第 十 八 章

第 3 节

名师课 堂· 一点通 创新演 练· 大冲关

要点一 要点二 随堂检测 归纳小结 课下作业 综合提升

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1.知道光谱、线状谱、连续谱、吸收 光谱、光谱分析等概念。 2.知道氢原子光谱的实验规律。 3.知道经典物理的困难在于无法解释

原子的稳定性和光谱分立特征。

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[读教材· 填要点]

1.光谱及其应用 项目 定义 内 容

用 光栅 或 棱镜 可以把光按 波长 展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱 线状谱：由一条条的 亮线 组成的光谱 连续谱：由连在一起的 光带 组成的光谱返回

分类

项目 原子的 特征谱 线

内

容

各种原子的发射光谱都是 线状谱 ，说明原子只发

出几种 特定频率 的光。不同原子的亮线位置是不同 的，说明不同原子的发光频率是 不一样 的， 光谱中的亮线称为原子的 特征谱线 光谱分析：利用原子的 特征谱线 来鉴别物质和确 定物质的 组成成分

应用

优点： 灵敏度 高，样本中一种元素的含量达到10-

就可被检测到返回

[关键一点]

连续谱含有可见光的一切波长，不具有原子

的特征谱线，不能用来进行光谱分析。 2.氢原子光谱的实验规律 (1)许多情况下光是由原子内部电

新知预 习· 巧设计

第 十 八 章

第 3 节

名师课 堂· 一点通 创新演 练· 大冲关

要点一 要点二 随堂检测 归纳小结 课下作业 综合提升

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1.知道光谱、线状谱、连续谱、吸收 光谱、光谱分析等概念。 2.知道氢原子光谱的实验规律。 3.知道经典物理的困难在于无法解释

原子的稳定性和光谱分立特征。

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[读教材· 填要点]

1.光谱及其应用 项目 定义 内 容

用 光栅 或 棱镜 可以把光按 波长 展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱 线状谱：由一条条的 亮线 组成的光谱 连续谱：由连在一起的 光带 组成的光谱返回

分类

项目 原子的 特征谱 线

内

容

各种原子的发射光谱都是 线状谱 ，说明原子只发

出几种 特定频率 的光。不同原子的亮线位置是不同 的，说明不同原子的发光频率是 不一样 的， 光谱中的亮线称为原子的 特征谱线 光谱分析：利用原子的 特征谱线 来鉴别物质和确 定物质的 组成成分

应用

优点： 灵敏度 高，样本中一种元素的含量达到10-

就可被检测到返回

[关键一点]

连续谱含有可见光的一切波长，不具有原子

的特征谱线，不能用来进行光谱分析。 2.氢原子光谱的实验规律 (1)许多情况下光是由原子内部电

实验一流体流动型态及临界雷诺数的测定 影响流体流动形态的因素有哪些？

雷诺数Re如何计算？（取一组实验数据为例）。

实验测得的下临界雷诺数是多少？上临界雷诺数是多少？与理论值有偏差的原因是什么？ 实验操作的注意事项有哪些？

如何根据实验现象判断流体流动形态？ 如何保证实验时有稳定的压头？ 转子流量计是否需要标定？

实验二气体流量测定与流量计标定 湿式气体流量计使用时应注意什么？

校验流量计时应注意什么？（应记录那些数据） 本实验中，哪个流量计是容积式的？哪个流量计是定截面变压差式的？哪个是变截面定压差的？

气体转子流量计标定的条件是什么？液体转子流量计标定的条件是什么？ 计算：湿式气体流量计示值是5L时，其实际体积流量是多少？ 毛细管流量计A刻度处的体积流量是多少？

转子流量计0.12m3/h刻度处的体积流量应为多少？ 实验三流体流动阻力的测定

测压导管测压孔的大小和位置、测压导管的粗细和长短对实验结果有无影响？为什么？ 实验中A、C点静压头的关系是什么？

A、B、C三点处冲压头（全压头）的关系是什么？

3、如何根据测定的实验数据计算管径放大局部阻力hl? 如何根据测定的实验数据计算管径放大局部阻力系数ζ？ 4、如何根据测定的实验数据计算管径

有机实验思考题答案

熔点的测定

1〃测定熔点对有机化合物的研究有什么意义？ ① ②

可以初步判断物质 判定物质纯度

2〃毛细管法测定熔点时，Thiele管中应倒入多少热浴液体？ 加入使液面稍高于侧管的液体

3〃为什么一根毛细管中的样品只用于一次测定？ 一次测定后，样品的晶型发生改变对测量结果有影响 4〃接近熔点时升温速度为何要放慢？

方便观察初熔和全熔温度，不放慢易使测定的温度偏高 5〃什么时候开始记录初熔和全熔的温度？ 当观察到样品外围出现小滴液体时 为初熔 当固体样品刚刚消失成为透明液体时 为全熔温度 重结晶

1.简述重结晶的操作步骤和各步的主要目的

选择溶剂，溶解固体，加入活性炭（脱色），趁热过滤（除去不溶性杂质与活性炭），结晶析出（可溶性杂质留在母液中），减压过滤（使晶体与母液分离），洗涤晶体（除去附着的母液），晶体的干燥

2理想重结晶条件？

溶剂不与提纯物质发生化学反应；

重结晶物质在溶剂中的溶解度随温度变化，即高温时溶解度大，

1 / 6

有机实验思考题答案

而低温时溶解度小

杂质在溶剂中的溶解度或者很大，或者很小； 沸点较低，易挥发，干燥时易于结晶分离除去 溶剂应容易与重结晶物质分离

无毒或毒性很小，价格便宜，操作安

1． 物理化学实验技术

思考题、讨论题、作业：物理化学实验与其他化学课程实验有哪些异同点？

2,微乳柴油燃烧热的测定 思考题、讨论题、作业：

1.什么是燃烧热？它在化学反应热的计算中有何应用? 2.影响本实验准确度的主要有哪些因素？为什么？ 3.什么是氧弹卡计的水当量？如何测得？ 4.实验测得的温差为何经过雷诺校正？

3. 柴油-水微乳体系拟三元相图的绘制 7．问题思考

（1）柴油的主要成分是什么？其燃烧后可能形成的产物有那些？ （2）乳化柴油与微乳柴油的区别？制备方法上有什么不同？

（3）乳化柴油为什么不稳定？其对柴油发动机产生的损害是什么？

（4）为什么要进行柴油微乳液的研究？形成微乳柴油的通常条件是什么？其中

各组分的作用是什么？

（5）什么是相图？什么是拟三元相图？通过拟三元相图的绘制与分析，你可以得到那些信

息？

（6）确定微乳液基本性质的简单方法（W/0型乳液或0/W型乳液）有那些？其原理是什么？ （7）为什么将柴油微乳化可提高柴油的燃烧效率，减少尾气排放？其可能的机理有那些？ （8） 氧弹量热技术的基本测量原理是什么？如何通过氧弹量热计测定微乳柴油的燃烧值？

燃油的完全燃烧与不完全燃烧有什么区别？ （9）本实验乳化剂配