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2放射性元素的衰变情景导入思维导图你知道考古学家靠什么推断古化石的年代吗?一二填一填练一练一、原子核的衰变(见课本第70页)1.定义:原子核放出α粒子或β粒子,变成另一种原子核的过程。2.衰变的种类和规律:种类方程规律原子核的衰变α衰变:放出α粒子的衰变例如:92238U→90234Th+24He电荷数、质量数守恒β衰变:放出β粒子的衰变例如:90234Th→91234Pa+-10eγ射线:伴随α衰变和β衰变产生一二填一填练一练二、半衰期(见课本第71页)1.定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。2.特点:(1)不同的放射性元素,半衰期不同,甚至差别非常大。(2)放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。3.半衰期的应用:利用半衰期非常稳定这一特点,可以通过测量其衰变程度来推断时间。填一填练一练表示放射性元素碘131(53131I)β衰变的方程是()A.53131I→51127Sb+24HeB.53131I→54131Xe+-10eC.53131I→53130I+01nD.53131I→52130Te+11H解析:碘(53131I)的原子核内一个中子放出一个电子,变成一个质子,质量数没有发生变化,核电荷数增加1,所以生成54号元素54131Xe,放出一个电子。B选项正确。答案:B探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析探究一对原子核衰变的正确理解如图,α衰变、β衰变示意图。(1)当原子核发生α衰变时,原子核的质子数和中子数如何变化?为什么?(2)当发生β衰变时,新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少?新核在元素周期表中的位置怎样变化?探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析1.衰变规律原子核衰变时,电荷数和质量数都守恒。2.衰变方程(1)α衰变:𝑍𝐴X→𝑍-2𝐴-4Y+24He;(2)β衰变:𝑍𝐴X→𝑍+1𝐴Y+-10e。3.α衰变和β衰变的实质(1)α衰变:原子核中的两个质子和两个中子结合在一起发射出来的,即201n+211H→24He;(2)β衰变:原子核内的一个中子衰变成一个质子,同时放出一个电子,即01n→11H+-10e。探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析(3)γ辐射:①α衰变或β衰变后产生的新核往往处于高能级,不稳定,要向低能级跃迁,放出γ光子。②γ射线是伴随着α射线和β射线产生的,γ辐射并不能独立发生,所以,只要有γ射线必有α衰变或β衰变发生。③γ粒子不是带电粒子,因此γ射线并不影响原子核的核电荷数,故γ射线不会改变元素在周期表中的位置。探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析4.确定原子核衰变次数的方法与技巧(1)方法:设放射性元素𝑍𝐴X经过n次α衰变和m次β衰变后,变成稳定的新元素𝑍'𝐴'Y,则衰变方程为𝑍𝐴X→𝑍'𝐴'Y+n24He+𝑚-10e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A=A'+4n,Z=Z'+2n-m。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解一个二元一次方程组。探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析(2)技巧:为了确定衰变次数,一般先由质量数的改变确定α衰变的次数,这是因为β衰变的次数的多少对质量数没有影响,然后根据衰变规律确定β衰变的次数。探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析【例题1】92238U经一系列的衰变后变为82206Pb。(1)求一共经过几次α衰变和几次β衰变?(2)82206Pb与92238U相比,求质子数和中子数各少多少?(3)写出这一衰变过程的方程。点拨:可依据衰变过程中质量数和电荷数守恒求解衰变次数,再根据α衰变、β衰变的实质推算质子数、中子数的变化。解析:(1)设92238U衰变为82206Pb经过x次α衰变和y次β衰变。由质量数和电荷数守恒可得238=206+4x①92=82+2x-y②联立①②解得x=8,y=6,即一共经过8次α衰变和6次β衰变。探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2,每发生一次β衰变中子数减少1,而质子数增加1,故82206Pb较92238U质子数少10,中子数少22。(3)核反应方程为92238U→82206Pb+824He+6-10e。答案:(1)86(2)1022(3)92238U→82206Pb+824He+6-10e探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析变式训练1原子序数大于92的所有元素,都能自发地放出射线,这些射线共有三种:α射线、β射线和γ射线。下列说法正确的是()A.原子核每放出一个α粒子,原子序数减少4B.原子核每放出一个α粒子,原子序数增加4C.原子核每放出一个β粒子,原子序数减少1D.原子核每放出一个β粒子,原子序数增加1解析:发生一次α衰变,核电荷数减少2,质量数减少4,原子序数减少2;发生一次β衰变,核电荷数增加1,原子序数增加1。答案:D探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析如图,氡衰变剩余质量与原有质量比值示意图。纵坐标表示的是任意时刻氡的质量m与t=0时的质量m0的比值。(1)每经过一个半衰期,氡原子核的质量变为原来的多少倍?(2)从图中可以看出,经过两个半衰期未衰变的原子核还有多少?探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析1.半衰期意义:表示放射性元素衰变的快慢。式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量,N余、m余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量,t表示衰变时间,τ表示半衰期。3.适用条件:半衰期是一个统计概念,是对大量的原子核衰变规律的总结,对于一个特定的原子核,无法确定其何时发生衰变,半衰期只适用于大量的原子核。4.应用:利用半衰期非常稳定的特点,可以测算其衰变过程,推算时间等。2.半衰期公式:N余=N原(12)𝑡𝑇,m余=m0(12)𝑡𝑇探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析【例题2】放射性同位素14C被考古学家称为“碳钟”,它可以用来判定古生物体的年代,此项研究获得1960年诺贝尔化学奖。(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后,会形成不稳定的614C,它很容易发生衰变,放出β射线变成一个新核,其半衰期为5730年,试写出614C的衰变方程。(2)若测得一古生物遗骸中的614C含量只有活体中的25%,则此遗骸距今约有多少年?探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析解析:(1)614C的β衰变方程为614C→-10e+714N。(2)614C的半衰期τ=5730年。生物死亡后,遗骸中的614C按其半衰期变化,设活体中614C的含量为N0,遗骸中的614C含量为N,则N=(12)𝑡𝑇N0,即0.25N0=(12)𝑡5730N0,故𝑡5730=2,t=11460年。答案:(1)614C→-10e+714N(2)11460年探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析变式训练2放射性同位素1124Na的样品经过6h还剩下18没有衰变,它的半衰期是()A.2hB.1.5hC.1.17hD.0.75h解析:本题考查的是对半衰期的理解。放射性元素衰变一半所用时间是一个半衰期,剩下的元素再经一个半衰期只剩下14,再经一个半衰期这14又会衰变一半,只剩18。所以题中所给的6h为三个半衰期的时间,因而该放射性同位素的半衰期应是2h。也可根据m余=m原12𝑡𝑇,得18=126h𝑇,T=2h。答案:A探究一探究二问题导引名师精讲典例剖析123451.原子核发生β衰变时,此β粒子是()A.原子核外的最外层电子B.原子核外的电子跃迁时放出的光子C.原子核内存在着的电子D.原子核内的一个中子变成一个质子时,放射出的一个电子解析:因原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成的,原子核内并不含电子,但在一定条件下,一个中子可以转化成一个质子和一个负电子,一个质子可以转化成一个中子和一个正电子,其转化可用以下形式表示。由上式可看出β粒子(负电子)是由原子核内的中子转化而来,正电子是由原子核内的质子转化而来。答案:D:01n→11H+-10e(β),11H→01n+10e123452.关于天然放射现象,下列说法正确的是()A.α射线是由氦原子核衰变产生B.β射线是由原子核外电子电离产生C.γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D.通过化学反应不能改变物质的放射性解析:α射线是原子核衰变中放出的由氦核组成的粒子流,选项A错误;β射线是原子核衰变中核内放出的高速电子流,它是由核内一个中子转化成一个质子时放出的,选项B错误;γ射线是原子核衰变过程中,产生的新核具有过多的能量,这些能量以γ光子的形式释放出来,选项C错误;化学反应只是原子间核外电子的转移,不改变原子核的结构,所以不能改变物质的放射性,选项D正确。答案:D123453.关于放射性元素的半衰期()A.是原子核质量减少一半所需的时间B.是原子核有半数发生衰变所需的时间C.与外界压强和温度有关,与原子的化学状态无关D.可以用于测定地质年代、生物年代等解析:原子核的衰变是由原子核内部因素决定的,与外界环境无关。原子核的衰变有一定的速率,每隔一个半衰期,原子核就衰变掉总数的一半。不同种类的原子核,其半衰期也不同。若开始时原子核数目为N0,经时间t剩下的原子核数目为N,半衰期为T,则有如下关系式:。若能测出N与N0的比值,就可求出时间t值,依此公式可测定地质年代、生物年代或考察出土文物存在的年代等。答案:BDN=N0(12)𝑡𝑇1234590232Th82208Pb12345解析:铅核核子数比钍核核子数少24个,而不是中子数少24个,A项错;铅核质子数为82,钍核质子数为90,故铅核比钍核少8个质子,B项对;钍核的衰变方程为式中x、y分别为α和β的衰变次数由质量数守恒和电荷数守恒有4x+208=232,2x-y+82=90,解得x=6,y=4.即衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变,C项错,D项对。答案:BD90232Th→82208Pb+𝑥24He+𝑦-10e,123455.(选做题)某放射性元素原为8g,经6天时间已有6g发生了衰变,此后它再衰变1g,还需要几天?解析:8g放射性元素已衰变了6g,还有2g没有衰变,现在要求在2g的基础上再衰变1g,即再衰变一半,故找出元素衰变的半衰期就可得结论。由半衰期公式m=m0(12)𝑡𝑇,得8g-6g=8g×(12)𝑡𝑇,𝑡𝑇=2,即放射性元素从8g变为6g余下2g时需要2个半衰期。因为t=6天,所以T=𝑡2=3天,即半衰期是3天,而余下的2g衰变1g需1个半衰期T=3天。答案:3天