01 그림의 스펙트럼과 관계있는 것끼리 선으로 바르게 연결하시오.

Ⅱ. 물질과 전자기장 / 2. 물질의 구조와 성질

19. 선스펙트럼

소단원 문제

02 그림과 같이 전자가 n=2

인 궤도로 전이할 때 방출

되는 빛의 선스펙트럼으로

옳은 것은?

03 그림은 헬륨 기체가 담긴 방전관에서 나오는 빛을, 분광기를 사용하여 관찰한 스펙트럼을 나타낸 것이다.

이 스펙트럼에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 헬륨 원자 내에서 전자의 에너지는 양자화 되어있다 는 것을 의미한다. ㄴ. 광자 1개의 에너지는 파장이 667nm인 빛이438nm 인 빛보다 크다. ㄷ. 수소 원자의 스펙트럼과 동일하다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄱ, ㄷ	⑤ ㄴ, ㄷ

04 그림은 가열된 기체 A, B가 방출하는 빛을 분광기로 관찰한 결과를 파장에 따라 나타낸 것이고, P와 Q는 스펙트럼선 둘 중의 하나이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 방출되는 빛의 파장은 P가 Q보다 크다. ㄴ. 광자 1개의 에너지는 P가 Q보다 크다. ㄷ. A와 B는 서로 다른 종류의 기체이다.

① ㄴ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄱ, ㄷ	⑤ ㄴ, ㄷ

05 그림은 수소 원자에서 전자가 n=2인 궤도로 전이할 때 방출되는 가시광선의 선스펙트럼을 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, n은 양자수이다.)

	<보 기>
ㄱ. 수소 원자의 에너지 준위는 불연속적이다. ㄴ. 방출되는 빛의 파장은 a가 b보다 크다. ㄷ. 방출되는 광자 1개의 에너지는 a가 b보다 크다.

① ㄴ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄱ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

06 그림 (가)는 백열등에서 나오는 빛의 스펙트럼을, (나)는 백열등에서 나오는 빛이 온도가 낮은 수소 기체를 통과한 후 의 스펙트럼을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 검은 선은 스펙트럼에서 어둡게 나타난 부분이다.)

	<보 기>
ㄱ. (가)는 연속 스펙트럼이다. ㄴ. (나)의 검은 선은 수소 기체에 의해 빛의 일부가 흡 수되어서 나타난다. ㄷ. (가)를 통해서 원자의 에너지 준위가 양자화 되어 있다는 사실을 설명할 수 있다.

① ㄴ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄱ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

07 그림 (가)는 수소 원자의 양자수 n에 따른 에너지 준위를, (나)는 수소 원자가 방출하는 발머 계열의 선스펙트럼을 나타낸 것이다.

(가)                       (나)

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 양자수 n이 커질수록 에너지 준위는 작아진다. ㄴ. (나)에서 방출된 빛의 광자 1개의 에너지는 ⓐ가 ⓑ 보다 크다. ㄷ. (나)는 들뜬상태의 전자가 n=2인 궤도로 전이 할 때 방출하는 스펙트럼이다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

08 그림은 수소와 헬륨 원자에서 방출되는 가시광선 영역

의 선스펙트럼 일부를 파장에 따라 나타낸 것이다. 이에 대

한 옳은 설명만을 <보기>에

서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 빛의 파장은 a가 b보다 크다. ㄴ. a와 b는 발머 계열의 선스펙트럼에 해당한다. ㄷ. 수소와 헬륨 원자의 선스펙트럼이 다른 이유는 에너 지 준위 사이의 간격이 서로 다르기 때문이다.

① ㄱ	② ㄴ	③ ㄱ, ㄷ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

09 그림은 백색광을 기체 상태의 혼합물 X에 통과시켰을 때 흡수 스펙트럼과 기체 A, B, C에서 방출되는 스펙트럼을 나타낸 것이다.

A, B, C중 X에 포함되어 있는 기체 성분을 모두 쓰고 그

이유를 설명하시오.

10 그림 (가)는 보어의 수소 원자 모형에서 양자수 n에 따른 에너지 준위를 나타낸 것이고, (나)는 들뜬상태의 전자가 n=2인 상태로 전이할 때 방출되는 선스펙트럼을 파

장에 따라 나타낸 것이다.

(나)에서 방출되는 빛의 파장이 짧아질수록 스펙트럼선 사

이의 간격이 좁아지는 이유를 (가)의 에너지 준위의 차이

를 이용하여 설명하시오.

정답과 해설

01 백색광-연속 스펙트럼, 수소 스펙트럼-선스펙트럼, 태양 스펙

트럼-흡수 스펙트럼     02 ④     03 ①     04 ⑤     05 ④

06 ③     07 ②     08 ④     09~10 해설 참조

01

•백색광은 모든 파장의 빛이 모여서 만들게 되므로 연속 스펙트럼이 나타난다.

•수소 원자의 에너지 준위는 불연속적이므로 특정한 파장의 빛만 방출하게 되어 선스펙트럼이 나타난다.

•태양 빛은 태양의 대기를 구성하는 기체를 통과하여 지구에 도달하기 때문에 기체에 의한 흡수선이 검게 나타나는 흡수 스펙트럼을 나타낸다.

02

전자가 전이할 때 방출되는 빛(광자)의 에너지는 두 에너지 준위의 차이이다. 광자의 에너지는 진동수에 비례하므로 전자가 전이하는 두 에너지 준위의 차이가 클수록 방출되는 광자의 진동수가 커지게 된다. 그리고 양자수가 커질수록 인접한 에너지 준위의 간격이 좁아지

므로 방출되는 빛의 진동수 차이가 점점 작아지게 된다.

03

ㄱ. 분광기를 사용하여 관찰한 빛이 선스펙트럼을 나타

내므로 헬륨 원자 내의 에너지 준위는 양자화 되어 있다.

ㄴ. 광자 1개의 에너지는 빛의 진동수에 비례하고, 파장에 반비례한다. 따라서 광자 1개의 에너지는 파장인 긴 667nm인 빛이 파장이 짧은 438nm인 빛보다 작다.

오답 체크

ㄷ. 원자마다 양성자의 수와 전자의 수가 다르기 때문에 각기 다른 에너지 준위를 가지고 있다. 따라서 선스펙트럼

도 각기 다르다.

04

ㄴ. 광자 1개의 에너지는 빛이 파장에 반비례하므로 파장

이 짧은 P가 파장이 긴 Q보다 광자 1개의 에너지가 크다.

ㄷ. 파장에 따른 원자 내부에서 방출된 선스펙트럼이 일치

하지 않으므로 A와 B는 다른 종류의 기체이다.

ㄱ. 인접한 스펙트럼선의 간격이 왼쪽으로 갈수록 점점 좁아지고 있으므로 파장은 P가 Q보다 작다.

오답 체크

05

ㄱ. 수소 원자에서 방출되는 빛이 선스펙트럼으로 나타나

므로 수소 원자의 에너지 준위는 불연속적이고 양자화 되

어 있다.

ㄷ. 광자 1개의 에너지 [eqn: E= h{ c} over { lambda }]로 빛의 파장([eqn: lambda])에 반비례

하므로 파장이 작은 a가 파장이 큰 b보다 광자 1개의 에

너지가 크다.

ㄴ. 인접한 스펙트럼선 간격이 좁아지는 쪽이 빛의 파장이 작은 쪽이다. 따라서 왼쪽으로 갈수록 빛의 파장은 작아지고 있으므로 빛의 파장은 a가 b보다 작다.

오답 체크

06

ㄱ. 백열등에서 나오는 빛은 백색광으로 모든 파장의 영역이 나오고 있으므로 연속 스펙트럼이다.

ㄴ. 백열등에서 나온 빛이 기체를 통과하면서 기체의 낮은 에너지 준위에 있는 전자를 높은 에너지 준위로 전이시킬 수 있는 파장의 빛은 기체에 흡수되어, 흡수되지 않고 통과하는 파장의 빛보다 어둡게 나타나게 된다. 따라서 스펙트럼에서 검게 보이는 곳은 수소기체에 흡수된 스펙

트럼선이다.

ㄷ. 원자의 에너지 준위가 양자화 되어 있다는 것을 알 수 있는 것은 원자 내부에서 방출 또는 흡수되는 스펙트럼이 선스펙트럼으로 나타나는 것으로부터 알 수 있다. 따라서 연속 스펙트럼은 원자의 에너지 준위가 양자화 되어 있다는 사실을 설명할 수 없다.

오답 체크

07

ㄷ. 발머 계열은 수소 원자의 선스펙트럼에서 가시광선 영역에 해당하며 높은 상태의 에너지 준위에서 n=2인 궤도로 전이할 때 방출되는 스펙트럼이다.

ㄱ. 양자수 n이 커질수록 원자핵으로부터 점점 멀리 있는 궤도이므로 전자의 에너지 준위는 커진다.

오답 체크

ㄴ. 광자 1개의 에너지는 빛의 파장에 반비례한다. 따라서 파장이 ⓐ가 ⓑ보다 크므로 광자 1개의 에너지는 ⓐ가 ⓑ

보다 작다.

08

ㄴ. a와 b는 수소 원자의 선스펙트럼 중 가시광선 영역에 있으므로 발머 계열에 해당한다.

ㄷ. 수소와 헬륨의 원자핵을 이루는 양성자의 수와 원자 내의 전자의 수가 다르므로 에너지 준위가 달라 선스펙트럼의 위치가 다르게 나타난다.

ㄱ. 수소 원자의 선스펙트럼에서 인접한 스펙트럼선 사이의 간격이 좁아질수록 파장이 작은 빛이다. 따라서 빛의 파장은 a가 b보다 작다.

오답 체크

09

정답 키워드

기체의 종류와 선스펙트럼

모범답안_ ⑴ 기체 성분: A, C ⑵ 이유: 기체 A, C의 방출 스펙트럼선이 X의 흡수 스펙트럼선에 포함되어 있음

해설_ 백색광이 기체 상태의 혼합물 X를 통과하면 X를 이루는 기체들의 에너지 준위의 차이에 해당하는 에너지

를 가진 빛을 흡수하게 된다. 따라서 혼합물 X의 흡수 스펙트럼선은 기체의 에너지 준위 차이에 해당하므로 기체 A, B, C의 방출 스펙트럼선 중에서 X의 흡수 스펙

트럼선과 일치하는 기체가 X의 구성 성분이 된다.

채점 기준

등급	채점 기준	배점(%)
A	기체의 성분과 이유가 올바른 경우	100
B	기체의 성분과 이유 중 한 가지만 올바른 경우	50

10

정답 키워드

수소 원자 모형

모범답안_ 에너지 준위가 높아질수록 에너지 준위 사이의 차이가 점점 줄어들기 때문에 방출되는 빛의 파장이 짧아질수록 스펙트럼선 사이의 간격은 좁아지게 된다.

채점 기준

등급	채점 기준	배점(%)
A	에너지 준위의 차이를 이용하여 바르게 설명 한 경우	100
B	에너지 준위의 차이 대신 양자수 크기를 이용 하여 설명한 경우	50