搜索
基础课37天然放射现象、核反应、核能-2-知识点一知识点二知识点三原子核的衰变、半衰期1.原子核的组成(1)原子核由和组成,质子和中子统称为核子。(2)同位素:具有相同、不同的原子互称同位素。2.原子核的衰变原子核放出某种粒子而转变成新核的现象。可分为α衰变、β衰变,并伴随着γ射线放出。知识点四质子中子质子数中子数自发地-3-知识点一知识点二知识点三3.三种射线的成分和性质名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领α射线氦核24He+2e4u最弱β射线电子-10e-e11837u较强较强γ射线光子γ00最弱4.半衰期(1)定义:放射性元素的有半数发生衰变所需要的时间。(2)公式:N余=,m余=。式中N原、m原分别表示衰变前放射性元素的原子数和质量,N余、m余分别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。知识点四最强最强原子核N原12𝑡𝜏m原12𝑡𝜏-4-知识点一知识点二知识点三放射性同位素的应用与防护1.放射性同位素具有的同位素叫放射性同位素。2.应用(1)利用射线:利用α射线具有很强的,可以消除有害静电,适用于火警报警器;利用γ射线具有很强的,工业上用来探伤。(2)作示踪原子:同位素具有相同的,可用放射性同位素代替非放射性同位素作示踪原子。3.防护辐射对人体组织是有伤害作用的,应用于农业生产和诊断疾病时,要防止放射性物质对水源、空气、用具、工作场所的污染。知识点四放射性电离作用贯穿本领化学性质-5-知识点一知识点二知识点三核力与核能1.核力原子核核子间所特有的相互作用力。2.核能(1)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其对应的能量ΔE=。(2)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=。3.核能释放的两种途径的理解(1)使较重的核分裂成中等大小的核;(2)较小的核结合成中等大小的核。核子的比结合能都会增大,都可以释放能量。知识点四内部Δmc2Δmc2-6-知识点一知识点二知识点三知识点四核裂变和核聚变1.重核裂变(1)定义:质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。(2)典型的裂变反应方程92235𝑈+01𝑛→3689Kr+56144Ba+301n(3)链式反应:由重核裂变产生的使裂变反应一代接一代继续下去的过程。(4)临界体积和临界质量:裂变物质能够发生的最小体积及其相应的质量。(5)裂变的应用:、核反应堆。(6)反应堆构造:核燃料、减速剂、镉棒、防护层。中子链式反应原子弹-7-知识点一知识点二知识点三知识点四2.轻核聚变(1)定义:两个轻核结合成的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行,因此又叫。(2)典型的聚变反应方程12𝐻+13𝐻→24He+01n+17.6MeV质量较大热核反应-8-考点一考点二考点三原子核的衰变、半衰期(师生共研)1.衰变规律及实质(1)α衰变、β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变过程ZA𝑋→Z-2A-4𝑌+24HeZA𝑋→Z+1A𝑌+-10e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子211H+201𝑛→24He01𝑛→11𝐻+-10e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒(2)γ射线:γ射线经常伴随着α衰变或β衰变同时产生。其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中,产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子。-9-考点一考点二考点三2.确定衰变次数的方法设放射性元素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。(1)反应方程:ZA𝑋→Z'A'Y+n24He+m-10e。(2)根据电荷数和质量数守恒列方程A=A'+4n,Z=Z'+2n-m。两式联立解得:n=A-A'4,m=A-A'2+Z'-Z。-10-考点一考点二考点三3.半衰期(1)公式:。(2)影响因素放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的,跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关。提醒:半衰期是大量原子核衰变时的统计规律,个别原子核经多长时间衰变无法预测,对个别或极少数原子核,无半衰期可言。N余=N原12tτ,m余=m原12tτ-11-考点一考点二考点三考向1原子核衰变次数的确定例1(2018·甘肃天水秦安一中检测)由于放射性元素93237Np的半衰期很短,所以在自然界一直未被发现,只是在使用人工的方法制造后才被发现。已知93237Np经过一系列α衰变和β衰变后变成83209Bi,下列论断正确的是()A.83209Bi的原子核比93237Np的原子核少28个中子B.衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变C.衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变D.衰变前比衰变后所有物质的质量数减少思维点拨(1)分别求出83209Bi的中子数和93237Np的中子数可判断83209Bi的原子核比93237Np的原子核少多少个中子;(2)利用质量数确定α衰变的次数,再根据电荷数关系确定β衰变的次数。答案解析解析关闭83209Bi的中子数是126个,93237Np的中子数是144个,83209Bi的原子核比93237Np的原子核少18个中子,A错误;设93237Np变为83209Bi需要经过x次α衰变和y次β衰变,根据质量数和电荷数守恒则有93=2x-y+83,4x=237-209,所以解得:x=7,y=4,B正确,C错误;衰变前后质量数守恒,D错误。答案解析关闭B-12-考点一考点二考点三方法归纳为了确定衰变次数,一般是由质量数的改变先确定α衰变的次数,这是因为β衰变次数的多少对质量数没有影响,然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。-13-考点一考点二考点三考向2半衰期的理解及应用例2(2018·辽宁营口大石桥模拟)关于放射性元素的半衰期,下列说法正确的是()A.半衰期就是原子核质量减小一半所需的时间B.半衰期就是10个原子核衰变剩下5个原子核所用的时间C.把放射性元素加压,加热就能减小元素的半衰期D.某放射性元素的化合物变为另一种化合物时,其半衰期不会变化D解析半衰期是指一半原子核发生衰变所用的时间,A错误;半衰期是大量原子核衰变的统计规律,对少数原子核不适用,B错误;把放射性元素加压,加热不能减小元素的半衰期,C错误;某放射性元素的化合物变为另一种化合物时,其半衰期不会变化,D正确。-14-考点一考点二考点三思维训练1.(多选)下列说法正确的是()A.88226Ra衰变为86222Rn要经过1次α衰变和1次β衰变B.92238U衰变为91234Pa要经过1次α衰变和1次β衰变C.90232Th衰变为82208Pb要经过6次α衰变和4次β衰变D.92238U衰变为86222Rn要经过4次α衰变和4次β衰变BC解析由衰变规律可知,A中只经过1次α衰变,D中只经过4次α衰变,B中要经过1次α衰变和1次β衰变,C中要经过6次α衰变和4次β衰变,B、C正确。-15-考点一考点二考点三2.(多选)14C发生放射性衰变成为14N,半衰期约为5700年。已知植物存活期间,其体内14C与12C的比例不变;生命活动结束后,14C的比例持续减少。现通过测量得知,某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的。下列说法正确的是()A.该古木的年代距今约5700年B.12C、13C、14C具有相同的中子数C.14C衰变为14N的过程中放出β射线D.增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变12AC解析因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的,则可知经过的时间为一个半衰期,即该古木的年代距今约为5700年,选项A正确;12C、13C、14C具有相同的质子数,由于质量数不同,故中子数不同,选项B错误;根据核反应方程可知,14C衰变为14N的过程中放出电子,即发出β射线,选项C正确;外界环境不影响放射性元素的半衰期,选项D错误。12-16-考点一考点二考点三核反应方程及核反应类型(师生共研)1.核反应的四种类型类型核反应方程典例衰变α衰变92238𝑈→90234Th+24Heβ衰变90234Th→91234Pa+-10e人工转变人工控制714𝑁+24He→817𝑂+11H(卢瑟福发现质子)24He+49Be→612𝐶+01n(查德威克发现中子)1327Al+24He→1530𝑃+01n1530𝑃→1430Si++10e(约里奥—居里夫妇发现放射性同位素)-17-考点一考点二考点三类型核反应方程典例重核裂变容易控制92235𝑈+01𝑛→56144Ba+3689Kr+301n92235𝑈+01𝑛→54136Xe+3890Sr+1001n轻核聚变很难控制12𝐻+13𝐻→24He+01n-18-考点一考点二考点三2.核反应方程的书写及理解(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(01n)、α粒子(24He)、β粒子(-10e)、正电子(+10e)、氘核(12H)、氚核(13H)等。(2)掌握核反应方程遵守的规律,是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据,由于核反应不可逆,所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向。(3)核反应过程中质量数守恒,电荷数守恒。(4)生成物中有α粒子的不一定是α衰变,生成物中有β粒子的不一定是β衰变,衰变、裂变、聚变需认清其特点。-19-考点一考点二考点三3.有关核反应方程的题型主要有(1)判断核反应的生成物。(2)判断反应类型。(3)判断反应是否成立。-20-考点一考点二考点三例题(1)关于核衰变和核反应的类型,下列表述正确的有。A.92238𝑈→90234Th+24He是重核裂变B.714𝑁+24He→817𝑂+11H是轻核聚变C.12𝐻+13𝐻→24He+01n是α衰变D.3482Se→3682Kr+2-10e是β衰变(2)现有四个核反应:A.12𝐻+13𝐻→24He+01nB.92235𝑈+01n→X+3689Kr+301nC.1124Na→1224Mg+-10eD.24He+49Be→612𝐶+01n①是发现中子的核反应方程,是研究原子弹的基本核反应方程,是研究氢弹的基本核反应方程。②B项中X的质量数为,中子数为。-21-考点一考点二考点三解析(1)A为α衰变,B为原子核的人工转变,C为轻核聚变,D为β衰变,故只有D正确。(2)①D为查德威克发现中子的核反应方程;B是研究原子弹的基本核反应方程;A是研究氢弹的基本核反应方程;C是一种衰变反应。②X的质量数为(235+1)-(89+3)=144X的质子数为92-36=56X的中子数为144-56=88。答案(1)D(2)①DBA②14488-22-考点一考点二考点三规律总结1.核反应的四种类型:衰变、人工转变、裂变和聚变。2.核反应过程一般是不可逆的,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。3.核反应的生成物一定要以实验为基础,不能只依据两个守恒规律凭空杜撰。4.核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒,核反应前后的总质量一般会发生变化。-23-考点一考点二考点三思维训练(2018·天津卷)国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,获得中子束流,可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台。下列核反应中放出的粒子为中子的是()A.714N俘获一个α粒子,产生817O并放出一个粒子B.1327Al俘获一个α粒子,产生1530P并放出一个粒子C.511B俘获一个质子,产生48Be并放出一个粒子D.36Li俘获一个质子,产生23He并放出一个粒子答案解析解析关闭本题考查核反应方程式的书写,根据质量数和核电荷数守恒可快速选出答案。根据质量数和核电荷数守恒可得:714N+24He→817O+11H,选项A错误;1327Al+24He→1530P+01n,选项B正确;511B+11H→48Be+24He,选项C错误;36Li+11H→23He+24He,选项D错误。答案解析关闭B-24-