Quang Phổ Vạch Hiđrô

Quang Phổ Vạch Hidro

A: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Lý thuyết

Các nguyên tử hidro ở trạng thái cơ bản. Khi nhận đực năng lượng kích thích, chúng nhảy lên các mức năng lượng cao sau đó cuyển động về các mức năng lượng thấp hơn, đồng thời chúng sẽ phát ra các photon năng lượng quy định bởi tiên đề về sự hấp thụ và bức xạ của nguyên tử.
Mỗi photon ứng với 1 sóng điện từ có tần số hay bước sóng xác định. Mỗi sóng điện từ là 1 sóng ánh sáng đơn sắc. Mỗi ánh sáng đơn sắc cho lên kính ảnh của mãy quang phổ 1 vạch màu nhất định. Đó là 1 vạch quang phổ.
Các vạch quang phổ tạo thành các dãy khác nhau trong vùng ánh sáng khác nhau.
Quang phổ vạch nguyên tử hidro gồm 3 dãy:

Dãy Lai-man (Lyman): gồm các vạch trong miền tử ngoại
Dãy Ban-me (Balmer): gồm các vạch nằm trong miền tử ngoại và 1 số vạch nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy: vạch đỏ, vạch lam, vạch chàm, vạch tím.
Dãy Pa-sen (Paschen): gồm các vạch nằm trong miền hồng ngoại.

Phương pháp

Bức xạ hấp thụ.

Nếu chỉ có 1 nguyên tử hidro đang ở trạng thái kích thích E_n sau đó bức xạ tối đa (n-1) photon.
Nếu khối khí hidro đang ở trạng thái kích thích E_n sau đó bức xạ tối đa là n(n-1)/2 vạch quang phổ.

Kích thích nguyên tử hidro.

Kích thích nguyên tử bằng cách hấp thụ photon

+, Giả sử nguyên tử hidro đang ở trạng thái E₁, nếu hấp thụ được photon có năng lượng ε thì nó sẽ chuyển lên trạng thái dừng E sao cho: E_n = E₁ + ε

+, Nếu E_n = -13,6/n² thì

n ∈N* : có hấp thụ photon

n ∉ N*: không hấp thụ photon

Kích thích nguyên tử bằng cách va chạm

Nguyên tử hidro ở trạng thái cơ bản va chạm với 1 electron có động năng W₀, trong quá trình tương tác, giả sử nguyên tử đứng yên và chuyển động lên trạng thái dừng E_n thì động năng còn lại của electron sau va chạm là: W = W₀ – (E_n – E₁).

B: VÍ DỤ MINH HỌA

Bài 1: Một đám nguyên tử hidro đang ở trạng thái kích thích mà electron chuyển động lên quỹ đạo dừng N. Khi electron chuyển động về các quỹ đạo dừng bên trong thì quang phổ vạch phát xạ của đám nguyên tử đó có bao nhiêu vạch:

A: 3 B: 1 C: 6 D: 4

Hướng dẫn

Số vạch quang phổ của đám nguyên tử hidro là:

Chọn đáp án C

Bài 2: Chiếu vào 1 đám nguyên tử hidro( đang ở trạng thái cơ bản) một chùm sáng đơn sắc mà photon trong chùm sáng đó có năng lượng ε = E_P – E_K (E_P, E_K là mức năng lượng của nguyên tử hidro khi electron ở quỹ đạo P,K). Sau đó nghiên cứu quang phổ vạch phát xạ cảu đám nguyên tử trên, ta thu được bao nhiêu vạch:

A: 15 vạch B: 3 vạch C: 6 vạch D: 10 vạch

Hướng dẫn

Khi bị kích thích chuyển lên quỹ đạo P ứng với n = 5

Số vạch quang phổ của đám nguyên tử hidro là:

Chọn đáp án D

Chú ý: khi liên quan đến bức xạ và hấp thụ ta áp dụng công thức:

Bài 3: Mức năng lượng trong nguyên tử hidro được xác định bằng E = -13,6/n², trạng thái cơ bản ứng với n = 1. Khi nguyên tử chuyển từ mức năng lượng O về N thì phát ra 1 photon có bước sóng λ₀. Khi nguyên tử hấp thụ một photon có bước sóng λ nó chuyển từ mức năng lượng K lên mức năng lượng M. Tỉ lệ λ₀/ λ bằng:

A: 3200/81 B: 1600/81 C: 50 D: 25

Hướng dẫn

Ta có:

Chọn đáp án A

Bài 4: Khi kích thích nguyên tử hidro ở trạng thái cơ bản bằng cách cho nó hấp thụ photon có năng lượng thích hợp thì bán kính quỹ đạo dừng tặng 9 lần. Biết các mức năng lượng của nguyên tử hidro ở trạng thái dừng được xác định bằng công thức: E_n = -13,6/n² với n là số nguyên. Tính năng lượng của photon đó.

A: 12,1 eV B: 12,2 eV C: 12,3 eV D: 12,4 eV

Hướng dẫn

Ta có

Chọn đáp án A

Bài 5: Dùng chùm electron ( mỗi electron có động năng W) bắn phá khối khí hidro ở trạng thái cơ bản thì electron trong các nguyển tuwrchir có thể chuyển ra quỹ đọa xa nhất là quỹ đạo N. Biết các mức năng lượng của nguyên tử hidro ở trạng thái dừng được xác định bằng công thức E_n = -13,6/n² với n là số nguyên. Giá trị W có thể là:

A: 12,74 eV B: 12,2 eV C: 13,05 eV D: 12,85 eV

Hướng dẫn

Ta có

Chọn đáp án D

C: BÀI TẬP TỰ LUYỆN

Bài 1: Trong quang phổ vạch hiđrô có

A. nhiều dãy. B. 3 dãy. C. 2 dãy. D 4 dãy.

Bài 2: Xét quang phổ vạch của nguyên tử hiđrô, một bức xạ thuộc dãy Laman có bước sóng λ₁ và một bức xạ thuộc dãy Banme có bước sóng λ₂. Kết luận nào đúng?

Phôtôn ứng với bước sóng λ₁ có năng lượng nhỏ hơn phôtôn ứng với bước sóng λ₂.
Bức xạ λ₁ thuộc vùng tử ngoại còn bức xạ λ₂ thuộc vùng ánh sáng nhìn thấy.
Cả hai bức xạ nói trên đều có thể gây ra hiện tượng quang điện
Bức xạ λ₁ thuộc vùng hồng ngoại, còn bức xạ λ ₂ thuộc vùng ánh sáng nhìn thấy hoặc thuộc vùng tử ngoại.

Bài 3: Xét quang phổ vạch của nguyên tử hiđrô, một bức xạ thuộc dãy Laman có bước sóng λ₁, một bức xạ thuộc dãy Banme có bước sóng λ₂ và một bức xạ thuộc dãy Pasen có bước sóng λ₃. Kết luận nào đúng?

Bước sóng λ₁ có thể lớn hơn bước sóng λ₂.
Phôtôn với λ₃ và phôtôn ứng với λ₂ không thể bay cùng hướng.
Bức xạ λ₃ có thể gây ra hiện tượng quang điện cho Ge.
Bức xạ λ₂ thuộc vùng ánh sáng nhìn thấy.

Bài 4: Các vạch trong dãy Laiman thuộc vùng nào trong các vùng sau?

A. Vùng hồng ngoại. B. Vùng tử ngoại.

C. Vùng ánh sáng nhìn thấy. D. Vùng ánh sáng nhìn thấy và vùng tử ngoại.

Bài 5: Các vạch trong dãy Pasen thuộc vùng nào trong các vùng sau?

A. Vùng hồng ngoại. B. Vùng tử ngoại.

C. Vùng ánh sáng nhìn thấy. D. Vùng ánh sáng nhìn thấy và vùng tử ngoại.

Bài 6: Dãy quang phổ vạch của hydrô các vạch nằm trong vùng khả kiến thuộc là

A. Dãy Pasen. B. Dãy Laiman. C. Dãy Banme. D. Dãy Banme và Pasen.

Bài 7: Trong quang phổ của nguyên tử hidro, các vạch trong dãy Laiman được tạo thành khi electron chuyển động từ các quỹ đạo bên ngòai về quỹ đạo:

A. K. B. L. C. M. D. N.

Bài 8: Vận dụng mẫu nguyên tử Bo, giải thích được quang phổ vạch của:

A. nguyên tử hiđrô, nguyên tử hêli. B. nguyên tử hiđrô, nguyên tử natri,..

C. nguyên tử hiđrô, và các iôn tương tự. D. Chỉ nguyên tử hiđrô.

Bài 9: Trong quang phổ vạch hiđrô, bốn vạch nằm trong vùng ánh sáng trông thấy có màu là

A. đỏ, cam, chàm, tím. B. đỏ, lam, chàm, tím.

C. đỏ, cam, lam, tím. D. đỏ, cam, vàng, tím.

Bài 10: Với nguyên tử Hiđrô khi nguyên tử này bị kích thích, electron chuyển lên quỹ đạo M thì khi chuyển về trạng thái cơ bản nó có thể phát ra số bức xạ là :

A. 3 bức xạ. B. 4 bức xạ. C. 2 bức xạ. D. 1 bức xạ.

Bài 11: Các mức năng lượng của nguyên tử hiđrô ở trạng thái dừng được xác định bằng công thức: E_n = -13,6/n² (eV) với n là số nguyên; n = 1 ứng với mức cơ bản K; n = 2, 3, 4 ... ứng với các mức kích thích L, M, N... Biết khối lượng của electron 9,1.10^- 31 (kg). Tốc độ electron trên quỹ đạo dừng thứ 3 là

A. 0,53.10⁶ (m/s). B. 0,63.10⁶ (m/s). C. 0,73.10⁶ (m/s). D. 0,83.10⁶ (m/s).

Bài 12: Nguyên tử Hiđrô bị kích thích do chiếu xạ và electrôn của nguyên tử đã chuyển từ quỹ đạo K lên N. Sau khi ngừng chiếu xạ, nguyên tử Hiđrô phát xạ thứ cấp, phổ xạ này gồm

A. hai vạch. B. ba vạch. C. bốn vạch. D. sáu vạch.

Bài 13: Hãy xác định trạng thái kích thích cao nhất của các nguyên tử hiđrô trong trường hợp người ta chỉ thu được 6 vạch quang phổ phát xạ của nguyên tử hiđrô

A. Trạng thái L B Trạng thái M C. Trạng thái N D. Trạng thái O

Bài 14: Các nguyên tử hiđrô đang ở trạng thái dừng ứng với êlectron chuyển động trên quỹ đạo có bán kính lớn gấp 9 lần so với bán kính Bo. Khi chuyển về các trạng thái dừng có năng lượng thấp hơn thì các nguyên tử sẽ phát ra các bức xạ có tần số khác nhau. Có thể có nhiều nhất bao nhiêu tần số?

A. 4. B. 2. C. 3. D. 1.

Bài 15: Chùm nguyên tử Hiđrô đang ở trạng thái cơ bản, bị kích thích phát sáng thì chúng có thể phát ra tối đa 3 vạch quang phổ. Khi bị kích thích electron trong nguyên tử H đã chuyển sang quỹ đạo?

A. M. C. L. C. O. D. N.

Bài 16: Một nguyên tử hiđrô đang ở trạng thái cơ bản, hấp thụ một phôtôn có năng lượng ε₀ và chuyển lên trạng thái dừng ứng với quỹ đạo N của êlectron. Từ trạng thái này, nguyên tử chuyển về các trạng thái dừng có mức năng lượng thấp hơn thì có thể phát ra phôtôn có năng lượng lớn nhất là

3ε₀. B. 2ε₀. C. 4ε₀. D. e₀.

Bài 17: Kích thích cho các nguyên tử H chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích sao cho bán kính quỹ đạo tăng 9 lần. Trong các bức xạ nguyên tử hiđrô phát ra sau đó, tỉ số giữa bước sóng dài nhất và bước sóng ngắn nhất là:

A. 32/27 B. 32/37 C. 197/32 D. 9/8

Bài 18: Khi chiếu lần lượt các bức xạ đơn sắc có các phôtôn mang năng lượng tương ứng là 10,200 eV, 12,750 eV, 13,060 eV vào nguyên tử hiđrô ở trạng thái cơ bản. Biết các mức năng lượng của nguyên tử hiđrô ở trạng thái dừng được xác định bằng các công thức: E_n = − 13,6/n² (eV) với n = 1,2,3... Nguyên tử hiđrô đó có thể hấp thụ tối đa bao nhiêu loại phôtôn trong các chùm trên ?

A. 2. B. 1. C. 3. D. 0.

Bài 19: Electron trong nguyên tử hiđrô dịch chuyển từ quỹ đạo dừng L ứng với mức năng lượng E_L = - 3,4 (eV) về quỹ đạo dừng K ứng với mức năng lượng E_K = -13,6 (eV) thì bức xạ ra bước sóng l. Chiếu bức xạ có bước sóng l nói trên vào catốt của một tế bào quang điện làm bằng kim loại có công thoát electron là 2 (eV). Tính tốc độ ban đầu cực đại của electron quang điện.

A. 1,5.10⁶ (m/s). B. 1,6.10⁶ (m/s). C. 1,7.10⁶ (m/s). D. 1,8.10⁶ (m/s).

Bài 20: Khi êlectron ở quỹ đạo dừng thứ n thì năng lượng của nguyên tử hiđrô được xác định bởi công thức E_n = -13,6/n² (eV) (với n = 1, 2, 3,…). Khi êlectron trong nguyên tử hiđrô chuyển từ quỹ đạo dừng n = 3 về quỹ đạo dừng n = 1 thì nguyên tử phát ra phôtôn có bước sóng λ ₁. Khi êlectron chuyển từ quỹ đạo dừng n = 5 về quỹ đạo dừng n = 2 thì nguyên tử phát ra phôtôn có bước sóng λ ₂. Mối liên hệ giữa hai bước sóng λ₁ và λ₂ là

A. 27 λ₂ = 128 λ₁. B. λ ₂ = 5 λ ₁. C. 189 λ₂ = 800 λ₁. D. λ₂ = 4 λ₁.

ĐÁP ÁN

1.A	2.C	3.C	4.B	5.A	6.C	7.A	8.C	9.C	10.A
11.C	12.D	13.C	14.C	15.A	16.D	17.C	18.A	19.C	20.C