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3-5复习第3讲原子核以及核反应一．天然放射现象1定义:元素地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现．天然放射现象的发现，说明具有复杂的结构．自发原子核天然放射现象以及衰变2．放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫________．具有放射性的元素叫_____________．(1)自然界中原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发地放出射线；原子序数小于83的元素，有的也能放出射线．(2)天然放射现象说明原子核是有内部结构的.元素的放射性不会因单质和化合物存在形式而受到影响．放射性放射性元素(3)放射性同位素的应用与防护①放射性同位素：有放射性同位素和放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同．②应用：消除静电、工业探伤、作等．③防护：防止放射性对人体组织的伤害．α射线β射线γ射线天然人工示踪原子•(4)衰变的三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是________、、．三种射线的比较射线名称比较项目α射线42Heβ射线0－1eγ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电量2e－e0质量4mp(mp＝1.67×10－27kg)mp1840静止质量为零贯穿本领最弱用一张薄纸能挡住较强穿透几毫米厚的铝板最强穿透几厘米厚的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长5、射线的危害和防护(考纲要求Ⅰ)污染防护举例与措施说明污染核爆炸核爆炸的最初几秒钟辐射出来的主要是强烈的γ射线和中子流，长期存在放射性污染核泄漏核工业生产和核科学研究中使用放射性原材料，一旦泄露就会造成严重污染医疗照射医疗中如果放射线的剂量过大，也会导致病人受到损害，甚至造成病人的死亡防护密封防护把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊的方法覆盖，以防止射线泄漏距离防护距放射源越远，人体吸收的剂量就越少，受到的危害就越轻时间防护尽量减少受辐射的时间屏蔽防护在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用．铅的屏蔽作用最好1.原子核的衰变•(1)原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种________的变化称为原子核的衰变．•(2)分类：α衰变：AZX→A－4Z－2Y＋______β衰变：AZX→AZ＋1Y＋______γ衰变：当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射．原子核42He0-1e二、原子核的衰变及半衰期γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．(2)α衰变和β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程MZX→M－4Z－2Y＋42HeMZX→MZ＋1Y＋0－1e2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子衰变实质211H＋210n→42He10n→11H＋0－1e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒3）确定衰变次数的两种方法方法一：确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律，设放射性元素AZX经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素A′Z′Y，则表示该核反应的方程为：AZX―→A′Z′Y＋n42He＋m0－1e根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程A＝A′＋4nZ＝Z′＋2n－m由以上两式联立解得n＝A－A′4，m＝A－A′2＋Z′－Z由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组．方法二：因为β衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数．亲身体验[2012·大纲全国卷]23592U经过m次α衰变和n次β衰变，变成20782Pb，则()A．m＝7，n＝3B．m＝7，n＝4C．m＝14，n＝9D．m＝14，n＝18解析：原子核每发生一次α衰变，质量数减少4，核电荷数减少2；每发生一次β衰变，质量数不变，核电荷数增加1.比较两种原子核，质量数减少28，即发生了7次α衰变，核电荷数应减少14，而核电荷数减少10，说明发生了4次β衰变，B项正确．答案：B4）．半衰期的计算：根据半衰期的概念，可总结出公式．N余＝N原12t/τ，m余＝m原12t/τ.式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．【典例1】[2013·山东理综，38(1)]恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108K时，可以发生“氦燃烧”．①完成“氦燃烧”的核反应方程：42He＋____________→84Be＋γ.②84Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16s.一定质量的84Be，经7.8×10－16s后所剩84Be占开始时的________________．解析①由质量数、电荷数守恒42He＋42He→84Be＋γ②在t＝7.8×10－16s时间内，原子核衰变的次数n＝tT＝3故m＝18m0答案①42He(或α)②18或12.5%1、核反应定义用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程．典型核反应：(1)卢瑟福发现质子的核反应方程．(2)查德威克发现中子的核反应方程．147N＋42He―→178O＋11H94Be＋42He―→126C＋10n(3)约里奥－居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程．常见的核反应有：、、和2713Al＋42He―→3015P＋10n,3015P―→3014Si＋01e衰变人工转变核反应裂变聚变．94Be＋42He―→126C＋10n2．裂变反应和聚变反应(1)重核裂变：是重核分裂成中等质量的核的反应过程．如：23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋___10n.由重核裂变产生的中子使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应，发生链式反应的条件是：裂变物质的体积_________临界体积．裂变的应用：原子弹、核反应堆．大于等于3(2)轻核聚变：聚变是两个轻核结合成的核的反应过程．如：31H＋21H―→42He＋___＋17.6MeV使核发生聚变需要几百万度以上的高温，因此聚变又叫__________．质量较大热核反应10n3．核反应以及四种类型类型可控性核反应方程典例α衰变自发23892U―→_______________衰变β衰变自发23490Th―→_______________147N＋42He―→_____________(卢瑟福发现质子)42He＋94Be―→_________(查德威克发现中子)2713Al＋42He―→3015P＋10n人工转变人工控制3015P―→3014Si＋0＋1e约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子23490Th＋42He23491Pa＋0－1e178O＋11H126C＋10n类型可控性核反应方程典例23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋____重核裂变比较容易进行人工控制23592U＋10n―→13654Xe＋9038Sr＋____轻核聚变很难控制21H＋31H―→42He＋____310n1010n10n4核反应方程及核反应类型的判断核反应方程的书写方法(1)熟记常见基本粒子的符号是正确书写核反应方程的基础．如质子(11H)、中子(10n)、α粒子(42He)、β粒子(0－1e)、正电子(01e)、氘核(21H)、氚核(31H)等．(2)掌握核反应方程遵守规律：质量数和电荷数守恒的规律．(3)熟悉核反应的四种基本类型：衰变、人工转变、裂变和聚变．可以帮助我们理清思路，很快写出正确的核反应方程．5.核反应的注意事项1）．核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单用箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接．2）．核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程．3．核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化．4．核反应遵循电荷数守恒．【典例3】(2013·重庆理综，2)铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应；23592U＋10n―→a＋b＋210n则a＋b可能是()．A.14054Xe＋9336KrB.14156Ba＋9336KrC.14156Ba＋9338SrD.14054Xe＋9438Sr•解析根据核反应中的质量数守恒可知，a＋b的质量数应为235＋1－2＝234，质子数应为92，A项中的质量数为140＋93＝233，B项中质量数是141＋92＝233，C项中质量数为141＋93＝234，质子数为56＋38＝94，D项中质量数为140＋94＝234，质子数为54＋38＝92，综上可知，答案为D.•答案D【例1】(多选题)[2012·广东卷]能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程，表述正确的有()A.31H＋21H→42He＋10n是核聚变反应B.31H＋21H→42He＋10n是β衰变C.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n是核裂变反应D.23592U＋10n→14054Xe＋9438Sr＋210n是α衰变思路分析衰变方程左边只有一个原子核，右边出现α或β粒子；人工核转变的左边是氦原子核与常见原子核的反应，右边也是常见元素的原子核；聚变方程左边是两个氢核，右边是中等原子核；裂变的左边是重核与中子反应，右边是中等原子核．解析：21H＋31H→42He＋10n是核聚变反应，而不是β衰变；D选项中是核裂变反应．D错．答案：AC•反思总结对书写核反应方程式的理解•(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接．•(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程．•(3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化．•(4)核反应遵循电荷数守恒．核能核能、由于原子核中的核子间存在强大的核力，使得原子核成为一个坚固的集合体，要把原子核中的核子拆散，就得克服核力而做巨大的功，反之，要把核子集合成一个原子核，就要放出巨大的能量．1.核力(1)定义：原子核内部，核子间所特有的相互作用力．(2)特点：①核力是强相互作用的一种表现；②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内；③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用．2．结合能核子结合为原子核时的能量或原子核分解为核子时_____的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能．3．比结合能(1)定义：原子核的结合能与之比，称做比结合能，也叫平均结合能．释放吸收核子数(2)特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越．稳定4．质能方程(1)质能方程：，m是物体的质量，c是真空中的光速．上述表明：物体的质量和能量间有一定联系，即物体具有的能量与其质量成正比，当物体的能量增加或减小ΔE，它的质量也会相应地增加或减少Δm，ΔE与Δm的关系是.(2)质量亏损：核子结合成原子核时要释放能量，按上述关系，原子核的质量要组成原子核的核子总质量，这个质量差异叫质量亏损．E＝mc2ΔE＝Δm·c2小于(3)质能方程的理解A.一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2.方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少．B.核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2.C.原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc25．获得核能的途径(1)重核裂变：重核俘获一个中子后分裂成为两个(或多个)中等质量核的反应过程．重核裂变的同时放出几个□23，并释放出大量核能．铀235裂变时发生链式反应．中子(2)轻核聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，同时释放出大量的核能，要想使氘和氚核合成氦核，必须达到几百万摄氏度以上的高温，因此聚变反应又叫热核反应．6.核反应过程中的综合问题(1)两个守恒定律的应用若两原子核发生核反应生成两种或两种以上的新生原子核过程中满足动量守恒的条件，则m1v1＋m2v2＝m3v3