PAGE9-第2節(jié)核反應(yīng)和核能學(xué)問(wèn)點(diǎn)一|原子核的組成放射性同位素1．原子核的組成(1)原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱(chēng)為核子。質(zhì)子帶正電，中子不帶電。(2)基本關(guān)系①核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＝元素的原子序數(shù)＝核外電子數(shù)。②質(zhì)量數(shù)(A)＝核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)。(3)X元素的原子核的符號(hào)為eq\o\al(A,Z)X，其中A表示質(zhì)量數(shù)，Z表示核電荷數(shù)。2．自然放射現(xiàn)象(1)自然放射現(xiàn)象：元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝可勒爾發(fā)覺(jué)。自然放射現(xiàn)象的發(fā)覺(jué)，說(shuō)明原子核具有困難的結(jié)構(gòu)。(2)放射性和放射性元素：物質(zhì)放射某種看不見(jiàn)的射線的性質(zhì)叫放射性。具有放射性的元素叫放射性元素。(3)三種射線：放射性元素放射出的射線共有三種，分別是α射線、β射線、γ射線。3．放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)(1)同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的原子核。(2)放射性同位素：有自然放射性同位素和人工放射性同位素兩類(lèi)，放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同。(3)應(yīng)用：消退靜電、工業(yè)探傷、作示蹤原子等。(4)防護(hù)：防止放射性對(duì)人體組織的損害。eq\o([推斷正誤])(1)原子核是由質(zhì)子、中子、電子組成的。 (×)(2)α射線、β射線、γ射線的組成是三種不同的粒子。 (×)(3)α、β、γ三種射線中，α射線的電離作用最強(qiáng)。 (√)1．(2024·上海檢測(cè))人類(lèi)相識(shí)到原子核的結(jié)構(gòu)是困難的，是從發(fā)覺(jué)下列哪一現(xiàn)象起先的()A．陰極射線 B．光電效應(yīng)C．自然放射性現(xiàn)象 D．發(fā)覺(jué)質(zhì)子C[自然放射性現(xiàn)象是原子核內(nèi)部改變產(chǎn)生的，人類(lèi)相識(shí)原子核的困難結(jié)構(gòu)并進(jìn)行探討是從發(fā)覺(jué)自然放射性現(xiàn)象起先的，C正確。]2．(多選)關(guān)于自然放射性，下列說(shuō)法正確的是()A．全部元素都可能發(fā)生衰變B．放射性元素的半衰期與外界的溫度無(wú)關(guān)C．放射性元素與別的元素形成化合物時(shí)仍具有放射性D．一個(gè)原子核在一次衰變中可同時(shí)放出α、β和γ三種射線BC[自然界中絕大部分元素沒(méi)有放射現(xiàn)象，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；放射性元素的半衰期只與原子核結(jié)構(gòu)有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)，選項(xiàng)B、C正確；原子核發(fā)生衰變時(shí)，不能同時(shí)發(fā)生α和β衰變，γ射線伴隨這兩種衰變產(chǎn)生，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]學(xué)問(wèn)點(diǎn)二|原子核的衰變和半衰期1．原子核的衰變(1)原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的改變稱(chēng)為原子核的衰變。(2)分類(lèi)：α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He；β衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e。2．半衰期(1)定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間。(2)衰變規(guī)律：N＝N0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(eq\f(t,τ))、m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(eq\f(t,τ))。(3)影響因素：由原子核內(nèi)部因素確定的，跟原子所處的物理化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)。eq\o([推斷正誤])(1)半衰期與溫度無(wú)關(guān)。 (√)(2)假如某放射性元素的原子核有100個(gè)，經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期后還剩50個(gè)。(×)(3)全部元素都可以發(fā)生衰變。 (×)eq考法1原子核的衰變1.(2024·常德模擬)某一放射性物質(zhì)發(fā)生衰變時(shí)放出α、β、γ三種射線，讓這三種射線進(jìn)入磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)狀況如圖所示，下列說(shuō)法正確的是()A．該放射性物質(zhì)的半衰期隨溫度的上升會(huì)增大B．C粒子是原子核的重要組成部分C．A粒子肯定帶正電D．B粒子的穿透性最弱C[半衰期由原子核本身確定，與外界因素?zé)o關(guān)，故A錯(cuò)誤；由題圖可知C粒子為電子，而原子核帶正電，故B錯(cuò)誤；由左手定則可知，A粒子肯定帶正電，故C正確；B粒子為γ射線，穿透性最強(qiáng)，故D錯(cuò)誤。]2.eq\o\al(232,90)Th(釷)經(jīng)過(guò)一系列α衰變和β衰變，變成eq\o\al(208,82)Pb(鉛)。以下說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()A．鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子B．鉛核比釷核少16個(gè)中子C．共經(jīng)過(guò)4次α衰變和6次β衰變D．共經(jīng)過(guò)6次α衰變和4次β衰變C[設(shè)α衰變次數(shù)為x，β衰變次數(shù)為y，由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得232＝208＋4x,90＝82＋2x－y，解得x＝6，y＝4，C錯(cuò)誤，D正確；鉛核、釷核的質(zhì)子數(shù)分別為82、90，故A正確；鉛核、釷核的中子數(shù)分別為126、142，故B正確。]3.試驗(yàn)視察到，靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中A點(diǎn)的原子核發(fā)生β衰變，衰變產(chǎn)生的新核與電子恰在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向和軌跡示意圖如圖所示，則()A．軌跡1是電子的，磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)外B．軌跡2是電子的，磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)外C．軌跡1是新核的，磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)里D．軌跡2是新核的，磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)里D[依據(jù)動(dòng)量守恒定律，原子核發(fā)生β衰變后產(chǎn)生的新核與電子的動(dòng)量大小相等，設(shè)為p。依據(jù)qvB＝eq\f(mv2,r)，得軌道半徑r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(p,qB)，故電子的軌跡半徑較大，即軌跡1是電子的，軌跡2是新核的。依據(jù)左手定則，可知磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)里。選項(xiàng)D正確。][考法指導(dǎo)](1)α衰變和β衰變的比較衰變類(lèi)型α衰變?chǔ)滤プ兯プ兎匠蘣q\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(A,Z)X→AZ＋1Y＋0－1e衰變實(shí)質(zhì)2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)整體射出中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋0－1e勻強(qiáng)磁場(chǎng)中軌跡形狀衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒(2)γ射線：γ射線常常是伴隨著α衰變或β衰變同時(shí)產(chǎn)生的。其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變的過(guò)程中，產(chǎn)生的新核由于具有過(guò)多的能量(原子核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子。eq考法2半衰期的理解與計(jì)算4．若元素A的半衰期為4天，元素B的半衰期為5天，則相同質(zhì)量的A和B，經(jīng)過(guò)20天后，剩下的質(zhì)量之比mA∶mB為()A．30∶31 B．31∶30C．1∶2 D．2∶1C[由m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(eq\f(t,τ))有mA＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(eq\f(20,4))m0，mB＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(eq\f(20,5))m0，得mA∶mB＝1∶2。C正確。]5．(多選)(2024·南通模擬)釷eq\o\al(234,90)Th具有放射性，它能放出一個(gè)新的粒子而變?yōu)殓heq\o\al(234,91)Pa，同時(shí)伴隨有γ射線產(chǎn)生，其方程為eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋X，釷的半衰期為24天。則下列說(shuō)法中正確的是()A．X為質(zhì)子B．X是釷核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的C．γ射線是鏷原子核放出的D．1g釷eq\o\al(234,90)Th經(jīng)過(guò)120天后還剩0.3125gBC[依據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知，釷核衰變過(guò)程中放出了一個(gè)電子，即X為電子，故A錯(cuò)誤；發(fā)生β衰變時(shí)釋放的電子是由核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的，故B正確；γ射線是鏷原子核放出的，故C正確；釷的半衰期為24天，1g釷eq\o\al(234,90)Th經(jīng)過(guò)120天即經(jīng)過(guò)5個(gè)半衰期，故經(jīng)過(guò)120天后還剩0.03125g，故D錯(cuò)誤。]eq考法3衰變中的動(dòng)量守恒6．(多選)靜止的鋁原子核eq\o\al(27,13)Al俘獲一速度為2.8×107m/s的質(zhì)子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核eq\o\al(28,14)Si。下列說(shuō)法正確的是()A．核反應(yīng)過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒B．俘獲前質(zhì)子的動(dòng)能等于俘獲后硅原子核的動(dòng)能C．硅原子核的速度為1.0×106D．硅原子核處于靜止?fàn)顟B(tài)AC[質(zhì)子與鋁原子核碰撞滿意動(dòng)量守恒，由動(dòng)量守恒有27m×0＋m×2.8×107＝28mv，得碰后硅原子核速度v＝1.0×107.試驗(yàn)視察到靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中A點(diǎn)的原子核eq\o\al(238,92)U發(fā)生α衰變，衰變方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，兩個(gè)新核的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示。則下列說(shuō)法正確的是()A．釷核與α粒子半徑之比是1∶45B．釷核與α粒子半徑之比是45∶1C．釷核與α粒子半徑之比是1∶46D．兩原子核的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)是兩圓內(nèi)切A[上述核反應(yīng)滿意動(dòng)量守恒，即p1＝p2＝p，由半徑公式：R＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(p,qB)知，釷核與α粒子半徑之比等于其電量的倒數(shù)比，即R1∶R2＝2∶90＝1∶45，同種電荷軌跡為外切，故A對(duì)，B、C、D錯(cuò)。]學(xué)問(wèn)點(diǎn)三|核反應(yīng)與核能1．核力(1)定義：原子核內(nèi)部核子間特有的相互作用力。(2)核力的特點(diǎn)①是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)；②是短程力，作用范圍在1.5×10－15m③每個(gè)核子只能與其相鄰的核子發(fā)生核力作用。2．結(jié)合能核子結(jié)合為原子核時(shí)釋放的能量或原子核分解為核子時(shí)汲取的能量，叫作原子核的結(jié)合能，也稱(chēng)核能。3．比結(jié)合能(1)定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱(chēng)作比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。(2)特點(diǎn)：不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越堅(jiān)固，原子核越穩(wěn)定。4．質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2，原子核的質(zhì)量必定比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm，這就是質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE＝Δmc2。5．核反應(yīng)在核物理學(xué)中，原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過(guò)程。在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。6．重核裂變(1)定義：質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個(gè)質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過(guò)程。(2)典型的裂變反應(yīng)方程：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(89,36)Kr＋eq\o\al(144,56)Ba＋3eq\o\al(1,0)n(3)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代接著下去的過(guò)程。(4)臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積及其相應(yīng)的質(zhì)量。(5)裂變的應(yīng)用：原子彈、核反應(yīng)堆。(6)反應(yīng)堆構(gòu)造：核燃料、慢化劑、鎘棒、防護(hù)層。7．輕核聚變(1)定義：兩輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過(guò)程。輕核聚變反應(yīng)必需在高溫下進(jìn)行，因此又叫熱核反應(yīng)。(2)典型的聚變反應(yīng)方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeVeq\o([推斷正誤])(1)重核裂變和輕核聚變都能釋放核能。 (√)(2)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒，故沒(méi)有質(zhì)量虧損。 (×)(3)質(zhì)能方程表明在肯定條件下，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量。 (×)eq考法1四類(lèi)核反應(yīng)1．(多選)關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類(lèi)型，下列表述正確的有()A．eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是α衰變B．eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是β衰變C.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是輕核聚變D.eq\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)Kr＋2eq\o\al(0,－1)e是重核裂變AC[α衰變是放射出氦核的自然放射現(xiàn)象，A正確；β衰變是放射出電子的自然放射現(xiàn)象，而B(niǎo)項(xiàng)是發(fā)覺(jué)質(zhì)子的原子核人工轉(zhuǎn)變，故B錯(cuò)誤；C項(xiàng)是輕核的聚變，D項(xiàng)是β衰變現(xiàn)象，故C正確，D錯(cuò)誤。]2.(2024·全國(guó)卷Ⅲ)1934年，約里奧·居里夫婦用α粒子轟擊鋁核eq\o\al(27,13)Al，產(chǎn)生了第一個(gè)人工放射性核素X：α＋eq\o\al(27,13)Al→n＋X。X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為()A．15和28 B．15和30C．16和30 D．17和31B[據(jù)α粒子和中子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)寫(xiě)出核反應(yīng)方程：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(A,Z)X，結(jié)合質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得，A＝4＋27－1＝30，Z＝2＋13－0＝15，原子序數(shù)等于核電荷數(shù)，故B正確。][考法指導(dǎo)]核反應(yīng)的四種類(lèi)型類(lèi)型可控性核反應(yīng)方程典例衰變?chǔ)了プ冏园l(fā)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變自發(fā)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯は拗芿q\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(盧瑟福發(fā)覺(jué)質(zhì)子)eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克發(fā)覺(jué)中子)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n(約里奧·居里夫婦發(fā)覺(jué)放射性同位素，同時(shí)發(fā)覺(jué)正電子)eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋0＋1e重核裂變比較簡(jiǎn)單進(jìn)行人工限制eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)neq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n輕核聚變很難限制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)neq考法2結(jié)合能與比結(jié)合能的理解3.(多選)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示。依據(jù)該曲線，下列推斷正確的有()A．eq\o\al(4,2)He核的結(jié)合能約為14MeVB．eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核更穩(wěn)定C．兩個(gè)eq\o\al(2,1)H核結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核時(shí)釋放能量D.eq\o\al(235,)92U核中核子的平均結(jié)合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的大BC[eq\o\al(4,2)He核有4個(gè)核子，由比結(jié)合能圖線可知，eq\o\al(4,2)He核的結(jié)合能約為28MeV，A錯(cuò)。比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，B對(duì)。兩個(gè)eq\o\al(2,1)H核結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核時(shí)，核子的比結(jié)合能變大，結(jié)合時(shí)要放出能量，C對(duì)。由比結(jié)合能圖線知，eq\o\al(235,92)U核中核子平均結(jié)合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的小，D錯(cuò)。]4．(2024·廣元模擬)一靜止原子核eq\o\al(m,n)A衰變?yōu)?個(gè)靜止原子核B和6個(gè)電子并釋放熱量E，其中A的核子比結(jié)合能為E1，B的比結(jié)合能為E2，釋放時(shí)一個(gè)電子的初動(dòng)能為E3，則下列說(shuō)法正確的是()A．放出的B粒子為BB．E2－E1＝E3＋EC．比結(jié)合能E1小于比結(jié)合能E2D．該反應(yīng)過(guò)程質(zhì)量肯定增加C[eq\o\al(m,n)A衰變?yōu)?個(gè)靜止原子核B和6個(gè)電子，則B的質(zhì)量數(shù)2m′＝m，所以m′＝eq\f(m,2)，B的電荷數(shù)2n′＝n＋6，所以n′＝eq\f(n,2)＋3，則B粒子為B，A錯(cuò)誤。A的結(jié)合能為m·E1，B的結(jié)合能為m·E2，依據(jù)能量守恒可得m·E2－m·E1＝E＋6E3，B錯(cuò)誤。核反應(yīng)的過(guò)程中釋放熱量，可知比結(jié)合能E1小于比結(jié)合能E2，C正確。該反應(yīng)的過(guò)程中釋放熱量，由質(zhì)能方程可知，肯定有質(zhì)量虧損，D錯(cuò)誤。]eq考法3質(zhì)量虧損核能的計(jì)算5.(2024·全國(guó)卷Ⅱ)一靜止的鈾核放出一個(gè)α粒子衰變成釷核，衰變方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He。下列說(shuō)法正確的是()A．衰變后釷核的動(dòng)能等于α粒子的動(dòng)能B．衰變后釷核的動(dòng)量大小等于α粒子的動(dòng)量大小C．鈾核的半衰期等于其放出一個(gè)α粒子所經(jīng)驗(yàn)的時(shí)間D．衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量B[衰變過(guò)程遵守動(dòng)量守恒定律，故選項(xiàng)A錯(cuò)，選項(xiàng)B對(duì)。依據(jù)半衰期的定義，可知選項(xiàng)C錯(cuò)。α衰變釋放核能，有質(zhì)量虧損，故選項(xiàng)D錯(cuò)。]6.(2024·全國(guó)卷Ⅰ)大科學(xué)工程“人造太陽(yáng)”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來(lái)發(fā)電。氘核聚變反應(yīng)方程是：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)H