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第2节放射性元素的衰变学习目标1．知道放射现象的实质是原子核的衰变．2．知道两种衰变的基本性质，掌握原子核的衰变规律及实质．3．理解半衰期的概念及影响因素．4．会利用半衰期解决相关问题．填一填、做一做、记一记课前自主导学|基础知识·填一填|一、原子核的衰变1．定义原子核放出1______或2__________，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核．我们把这种变化称为原子核的衰变．β粒子α粒子2．衰变的类型一种是3__________，另一种是4__________，而γ射线是伴随α衰变或β衰变产生的．3．衰变方程α衰变：23892U→23490Th＋5__________.β衰变：23490Th→23491Pa＋6__________.4．衰变规律7__________守恒、8__________守恒．α衰变β衰变42He0－1e电荷数质量数二、半衰期1．定义：放射性元素的原子核有9__________发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期．2．决定因素放射性元素衰变的快慢是由10___________的因素决定的，跟原子所处的化学状态和物理状态11__________关系．不同的放射性元素，半衰期12__________．半数核内部自身没有不同3．应用利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间．|基础小题·做一做|1．正误判断(1)原子核发生衰变，变成了一种新的原子核．()(2)原子核衰变时质量是守恒的．()(3)β衰变时放出的电子就是核外电子．()(4)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律．()(5)对放射性元素加热时，其半衰期缩短．()√××√×2．放射性原子核发生一次α衰变后()A．核的电荷数少1，质量数少1B．核的电荷数多1，质量数多1C．核的电荷数少2，质量数少4D．核的电荷数少2，质量数少2解析：选Cα粒子为氦原子核，放射性原子核发生一次α衰变后，核的电荷数少2，质量数少4，故C正确．3．新发现的一种放射性元素X，它的氧化物X2O半衰期为8天，X2O与F2能发生如下反应：2X2O＋2F2===4XF＋O2，XF的半衰期为()A．2天B．4天C．8天D．16天解析：选C根据半衰期由原子核内部因素决定，而跟其所处的物理状态和化学状态无关，所以X2O、XF、X的半衰期相同，均为8天．选项C正确．4．如图为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？提示：(1)α衰变时，原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子抛射出来，则核内的中子数和质子数都减少2个．(2)β衰变时，核内的一个中子变成一个质子留在核内，同时放出一个电子．则核电荷数增加1，新核在元素周期表中的位置后移一位．|核心知识·记一记|1．原子核衰变时电荷数和质量数都守恒．2．α衰变：23892U→23490Th＋42He.3．β衰变：23490Th→23491Pa＋0－1e.4．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫做这种元素的半衰期.析要点、研典例、重应用课堂互动探究★要点一对原子核衰变的理解和应用|要点归纳|1．衰变种类(1)α衰变：放出α粒子的衰变，如23892U→23490Th＋42He.(2)β衰变：放出β粒子的衰变，如23490Th→23491Pa＋0－1e.2．衰变规律：原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒．3．衰变实质α衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子，并在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，产生α衰变.210n＋211H→42He.β衰变：原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内，同时放出一个电子，即β粒子放射出来．10n→11H＋0－1e.4．衰变方程通式(1)α衰变：AZX→A－4Z－2Y＋42He.(2)β衰变：AZX→AZ＋1Y＋0－1e.5．确定原子核衰变次数的方法与技巧(1)方法：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，则衰变方程为：AZX→A′Z′Y＋n42He＋m0－1e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．(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．|例题展示|【例1】(多选)对天然放射现象，下列说法中正确的是()A．α粒子带正电，所以α射线一定是从原子核中射出的B．β粒子带负电，所以β射线有可能是核外电子C．γ粒子是光子，所以γ射线有可能是由原子发光产生的D．α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的[解析]α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合成一个氦核放出的，β衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子，然后释放出电子，γ射线伴随α衰变或β衰变的产生而产生．所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的．[答案]AD【例2】23892U经一系列的衰变后变为20682Pb.(1)求一共经过几次α衰变和几次β衰变？(2)20682Pb与23892U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．[解析](1)设23892U衰变为20682Pb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．(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20682Pb较23892U质子数少10，中子数少22.(3)核反应方程为23892U→20682Pb＋842He＋60－1e.[答案](1)8次α衰变，6次β衰变(2)质子数少10个，中子数少22个(3)23892U→20682Pb＋842He＋60－1e[规律方法]衰变次数的判断技巧(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒．(2)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2.(3)每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1.|对点训练|1．下列表示放射性元素碘131(13153I)β衰变的方程是()A.13153I→12751Sb＋42HeB.13153I→13154Xe＋0－1eC.13153I→13053I＋10nD.13153I→13052Te＋11H解析：选Bβ衰变是原子核自发地释放β射线(即电子)产生新核的过程，原子核衰变时质量数与电荷数都守恒，结合选项分析可知，选项B正确．2．原子核23892U经放射性衰变①变为原子核23490Th，继而经放射性衰变②变为原子核23491Pa，再经放射性衰变③变为原子核23492U.放射性衰变①、②和③依次为()A．α衰变、β衰变和β衰变B．β衰变、α衰变和β衰变C．β衰变、β衰变和α衰变D．α衰变、β衰变和α衰变解析：选A根据核反应过程中的质量数守恒和电荷数守恒分析，23892U核与23490Th核比较可知，核反应的另一产物为42He，所以衰变①为α衰变，可排除B、C项；23491Pa核与23492U核比较可知，核反应的另一产物为0－1e，所以衰变③为β衰变，可排除D项，则A项正确．3．某原子核A先进行一次β衰变变成原子核B，再进行一次α衰变变成原子核C，则()A．核C的质子数比核A的质子数少2B．核A的质量数减核C的质量数等于3C．核A的中子数减核C的中子数等于3D．核A的中子数减核C的中子数等于5解析：选C原子核A进行一次β衰变后，一个中子转变为一个质子并释放一个电子，再进行一次α衰变，又释放两个中子和两个质子，所以核A比核C多3个中子1个质子，选项C正确，A、B、D错误．★要点二放射性元素的半衰期及其应用|要点归纳|1．半衰期的理解：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量．不同的放射性元素，半衰期不同，有的差别很大．2．半衰期公式N余＝N原12，m余＝m原12.式中N原、m原分别表示衰变前的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．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，无法确定何时发生衰变，因此，半衰期只适用于大量的原子核的衰变．4．影响因素半衰期是放射性元素的一种性质，只与原子核本身的性质有关，其衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，与其所处的化学状态和外部条件无关，即一种放射性元素，不管它以单质的形式存在还是以化合物的形式存在，或者对它加压，或者提高它的温度，都不能改变其半衰期．|例题展示|【例3】(多选)关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是()A．原子核全部衰变所需要的时间的一半B．原子核有半数发生衰变所需要的时间C．相对原子质量减少一半所需要的时间D．放射性元素原子核总质量减半所需要的时间[解析]放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间叫做这种元素的半衰期，它与原子核全部衰变所需要的时间的一半不同．放射性元素的原子核发生衰变后成了一种新的原子核，原来的放射性元素的原子核的个数不断减少；当原子核的个数减半时，该放射性元素的原子核的总质量也减半，故选项B、D正确．[答案]BD【例4】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．(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成很不稳定的146C，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，试写出此过程涉及的核反应方程；(2)若测得一古生物遗骸中的146C含量只有活体中的25%，则此遗骸距今约有多少年？[解析](1)核反应方程147N＋10n→146C＋11H146C→147N＋0－1e.(2)146C的半衰期τ＝5730年生物死亡后，遗骸中的146C发生衰变，设活体中146C的含量为N0，遗骸中的146C含量为N，则N＝12N0即0.25N0＝12N0故t5730＝2，得t＝11460(年)．[答案](1)147N＋10n→146C＋11H146C→147N＋0－1e(2)11460年[易错警示]半衰期的常见误区(1)错误地认为半衰期就是一个放射性元素的原子核衰变到稳定核所经历的时间．其实半衰期是大量的原子核发生衰变时的统计规律．(2)错误地认为放射性元素的半衰期就是元素质量减少为原来一半所需要的时间，该观点混淆了尚未发生衰变的放射性元素的质量与衰变后元素的质量的差别．其实衰变后的质量包括衰变后新元素的质量和尚未发生衰变的质量两部分．|对点训练|4.2411Na是人工产生的放射性元素，2411Na产生后会自发地衰变为2412Mg.关于2411Na衰变为2412Mg，下列描述正确的是()A．上述核反应属于α衰变B.2411Na的半衰期随温度升高、压强增大而变短C．上述核反应属于β衰变D.2411Na的半衰期随着数量的减少而变长解析：选C衰变后质量数不变，电荷数增加了1，所以是β衰变，A错误，C正确；半衰期与温度、压强、剩余数量等无关，B、D错误．5．一小瓶内含有放射性同位素的溶液，它每分钟衰变6000次．将它注射到一个病人的血液中，经过15小时，从病人身上取10cm3的血样，测得每分钟衰变2次，已知这种同位素的半衰期为5小时．试根据上述数据，计算人体血液的总体积．解析：设放射性同位素原有质量为m0,15小时后剩余质量为m，则m＝m012＝18m0设取出的V′＝10cm3的血液中放射性同位素的质量为m′，人体内血液的总量为V，如果认为血液中放射性的溶液是均匀分布的，则m′m＝V′V因单位时间内衰变的数量与放射性物质的含量成正比．则m′m＝218×6000联立以上几式解得V＝3.75×103cm3.答案：3.75×103cm3★要点三α衰