PAGE9-放射性元素的衰變核能(建議用時40分鐘)1．下列關于原子核的敘述中正確的是()A．居里夫人通過α粒子轟擊鋁原子核，首次發覺了中子B．核反應堆中的“慢化劑”是為了減慢反應速度，防止反應過于猛烈C．輕核聚變過程中，會有質量虧損，要釋放能量D．原子核的質量越大，比結合能就越小【解析】選C。查德威克通過α粒子轟擊鈹核的試驗發覺了中子，故A錯誤；核反應堆中的“慢化劑”是為了減慢中子速度，故B錯誤；輕核聚變過程中，會有質量虧損，要釋放核能，故C正確；原子核質量數越大，原子核結合能越大，但該原子的比結合能不肯定越小，故D錯誤?！炯庸逃柧殹吭谌祟悓ξ⒂^世界進行探究的過程中，科學試驗起到了特別重要的作用。下列說法正確的是()A.查德威克用α粒子轟擊鈹原子核，發覺了質子B.盧瑟福通過對α粒子散射試驗的探討，揭示了原子核有困難的結構C.湯姆孫通過對陰極射線的探討，發覺陰極射線是原子核中的中子變為質子時產生的β射線D.居里夫婦從瀝青鈾礦中分別出了釙(Po)和鐳(Ra)兩種新元素【解析】選D。查德威克用α粒子轟擊鈹原子核，發覺了中子。盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，發覺了質子，故A錯誤；貝可勒爾通過對自然放射性現象的探討，證明原子核有困難結構，故B錯誤；湯姆孫通過對陰極射線的探討發覺了電子，但陰極射線不是原子核中的中子變為質子時產生的β射線，故C錯誤；居里夫婦從瀝青鈾礦中分別出了釙(Po)和鐳(Ra)兩種新元素，故D正確，故選D。2．(2024·朝陽區模擬)位于廣東東莞的國家大科學工程——中國散裂中子源(CSNS)首次打靶勝利，獲得中子束流。這標記著CSNS主體工程順當完工，進入試運行階段。對于有關中子的探討，下面說法正確的是()A．中子和其他微觀粒子，都具有波粒二象性B．一個氘核和一個氚核經過核反應后生成氦核和中子是裂變反應C．盧瑟福通過分析α粒子散射試驗結果，發覺了質子和中子D．核反應方程Po→X＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He中的y＝206，X的中子個數為128【解析】選A。全部微觀粒子都具有波粒二象性，故A正確；裂變反應是較重的原子核分裂成較輕原子核的反應，而該反應是較輕的原子核的聚變反應，故B錯誤；盧瑟福通過分析α粒子散射試驗結果，提出了原子的核式結構模型，查德威克通過α粒子轟擊鈹核(eq\o\al(\s\up1(9),\s\do1(4))Be)獲得碳核(C)的試驗發覺了中子，故C錯誤；y＝210－4＝206，X的中子個數為206－82＝124，故D錯誤?！炯庸逃柧殹烤永锓蛉税l覺了元素釙(Po)，其α衰變的核反應方程式為Po→a+Pb+γ，下列按序對a、b、c、d、e、f賦值正確的是()A.84、211、2、4、1、0B.84、210、2、4、0、0C.84、207、1、1、0、1 D.83、207、1、1、0、0【解析】選B。由于該核反應方程式為α衰變的方程式，所以a為α粒子，則c=2，d=4，該核反應釋放的能量以γ射線的形式出現，所以f=0，e=0，依據質量數守恒和電荷數守恒可得：b=d+206=4+206=210，a=c+82=2+82=84，故B正確，A、C、D錯誤。故選B。3．下列說法正確的是()A．U→Th＋X中X為中子，核反應過程的類型為β衰變B．eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋Y中Y為中子，核反應過程的類型為人工核轉變C．U＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→Xe＋eq\o\al(\s\up1(90),\s\do1(38))Sr＋K，其中K為10個中子，核反應過程的類型為重核裂變D.N＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He→O＋Z，其中Z為氫核，核反應過程的類型為輕核聚變【解析】選C。依據衰變及核反應前后質量數守恒和電荷數守恒可知，A過程中的X質量數為4，電荷數為2，為α粒子，核反應過程的類型為α衰變，A錯誤；B反應中的Y質量數為1，電荷數為0，為中子，核反應過程的類型為輕核聚變，B錯誤；C反應中的K質量總數為10，電荷數為0，為10個中子，核反應過程的類型為重核裂變，C正確；D反應中的Z質量數為1，電荷數為1，為質子，核反應過程的類型為人工核轉變，D錯誤。【總結提升】衰變及核反應方程書寫及類型推斷的易錯點(1)熟記常見粒子及原子核的符號是正確書寫衰變及核反應方程的基礎，如質子(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正電子(e)、氘核(H)、氚核(H)等。(2)駕馭衰變及核反應方程遵守的規律是正確書寫衰變及核反應方程或推斷某個衰變或核反應方程是否正確的依據，所以要理解、應用好質量數守恒和電荷數守恒的規律。(3)生成物中有α粒子的不肯定是α衰變，生成物中有β粒子的不肯定是β衰變，需認清衰變、裂變、聚變、人工轉變的特點。4．(2024·哈密模擬)下列說法中錯誤的是()A．盧瑟福通過試驗發覺了質子的核反應方程為eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(7))N→eq\o\al(\s\up1(17),\s\do1(8))O＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))HB．鈾核裂變的核反應方程是eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U→eq\o\al(\s\up1(141),\s\do1(56))Ba＋eq\o\al(\s\up1(92),\s\do1(36))Kr＋2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))nC．質子、中子、α粒子的質量分別為m1、m2、m3，質子和中子結合成一個α粒子，釋放的能量是(2m1＋2m2－m3D．原子從a能級狀態躍遷到b能級狀態時放射波長為λ1的光子；原子從b能級狀態躍遷到c能級狀態時汲取波長為λ2的光子，已知λ1＞λ2，那么原子從a能級狀態躍遷到c能級狀態時將要汲取波長為eq\f(λ1λ2,λ1－λ2)的光子【解析】選B。盧瑟福通過試驗發覺質子的核反應方程為eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(7))N→eq\o\al(\s\up1(17),\s\do1(8))O＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H，選項A正確，不符合題意；鈾核裂變的核反應方程是eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(141),\s\do1(56))Ba＋eq\o\al(\s\up1(92),\s\do1(36))Kr＋3eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n，選項B錯誤，符合題意；質子、中子、α粒子的質量分別為m1、m2、m3，質子和中子結合成一個α粒子，反應方程為2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H＋2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He，依據質能方程可知，釋放的能量是E＝Δmc2＝(2m1＋2m2－m3)c2，選項C正確，不符合題意；原子從a能級狀態躍遷到b能級狀態時放射波長為λ1的光子，則Ea－Eb＝eq\f(hc,λ1)，原子從b能級狀態躍遷到c能級狀態時汲取波長為λ2的光子，則Ec－Eb＝eq\f(hc,λ2)，那么原子從a能級狀態躍遷到c能級狀態時將要汲取波長為λ3的光子，則Ec－Ea＝eq\f(hc,λ3)，聯立可得λ3＝eq\f(λ1λ2,λ1－λ2)，選項D正確，不符合題意。故選B。5．(2024·太原模擬)2020年4月1日，由于太陽光不能照耀到太陽能電池板上，“玉兔二號”月球車起先進入第十六個月夜休眠期。在之后的半個月內，月球車采納同位素Pu電池為其保暖供電，已知Pu238是人工放射性元素，可用中子輻照Np得到。Pu238衰變時只放出α射線，其半衰期為88年。則()A．用中子輻照Np237制造Pu238時將放出電子B．Pu238經一次衰變會有兩個質子轉變為兩個中子C．Pu238經一次衰變形成的新核含有144個中子D．當到達下個月晝太陽能電池板工作時，Pu238停止衰變不再對外供電【解析】選A。用中子輻照Np237時的核反應方程為eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n＋Np→Pu＋e，依據核反應方程可知，有電子放出，故A正確；Pu238經一次α衰變，衰變方程為Pu→U＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He，Pu238經一次α衰變會把2個質子和2個中子作為一個整體拋射出來，衰變后形成的新核中有中子數為234－92＝142(個)，故B、C錯誤；放射性元素的半衰期是由放射性元素本身確定的，與外界環境無關，故D錯誤。故選A。6．(2024·全國卷Ⅱ)太陽內部核反應的主要模式之一是質子－質子循環，循環的結果可表示為4eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋2eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e＋2ν，已知eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H和eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He的質量分別為mp＝1.0078u和mα＝4.0026u，1u＝931MeV/c2，c為光速。在4個eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H轉變成1個eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He的過程中，釋放的能量約為()A．8MeVB．16MeVC．26MeVD．52MeV【解析】選C。依據質能方程ΔE＝Δm·c2，得ΔE＝(4mp－mα－2me)·c2，因核反應前后質量虧損約為Δm＝(1.0078×4－4.0026)u＝0.0286u，故釋放的能量約為ΔE＝931MeV/c2×Δm＝26.6MeV，C正確，A、B、D錯誤。7．太陽中含有大量的氘核，氘核不斷發生核反應放出核能，以光和熱的形式向外輻射。已知兩個氘核發生核反應可以產生一個新核，并放出一個中子。該新核質量為3.0150u，氘核質量為2.0136u，中子質量為1.0087u，1u的質量相當于931.5MeV的能量。(1)寫出該核反應方程式；(2)求該核反應中釋放的核能；(結果保留三位有效數字)(3)若兩氘核以相等的動能0.35MeV進行對心碰撞，假設核能全部轉化為機械能，求反應后新核的動能。(結果保留兩位有效數字)【解析】(1)由質量數和核電荷數守恒，寫出核反應方程為eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n。(2)反應過程中質量削減了Δm＝2×2.0136u－1.0087u－3.0150u＝0.0035u，反應過程中釋放的核能ΔE＝0.0035×931.5MeV＝3.26MeV。(3)設eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n和eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(2))He核的動量分別為p1和p2，由動量守恒定律得0＝p1＋p2，由此得p1和p2大小相等，由動能和動量關系E＝eq\f(p2,2m)及eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(2))He核和eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n質量關系得，中子的動能E1是eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(2))He核的動能E2的3倍，即E1∶E2＝3∶1，由能量守恒定律得E1＋E2＝ΔE＋2×0.35MeV，由以上可以算出E2＝0.99MeV。答案：(1)eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H→eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n(2)3.26MeV(3)0.99MeV8．(2024·全國Ⅱ卷)氘核eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H可通過一系列聚變反應釋放能量，其總效果可用反應式6eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H→2eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H＋2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n＋43.15MeV表示。海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核約為1.0×1022個，若全都發生聚變反應，其釋放的能量與質量為M1kg標準煤燃燒釋放的熱量約為2.9×107J，1MeV＝1.6×10－13J，則M為()A．40kg B．100kgC．400kgD．1000kg【解析】選C。6個氘核聚變可釋放43.15MeV能量，故1kg海水中的氘核全部發生聚變釋放的能量為Q1＝43.15×1.6×10－13×eq\f(1.0×1022,6)J，質量為M的標準煤燃燒釋放的熱量為Q2＝M×2.9×107J，因Q1＝Q2，解得M≈400kg，C正確，A、B、D錯誤。【加固訓練】“超導托卡馬克”(英文名稱：EAST，俗稱“人造太陽”)是我國自行研制的可控熱核反應試驗裝置。設該試驗反應前氘核(H)的質量為m1，氚核(H)的質量為m2，反應后氦核(He)的質量為m3，中子(n)的質量為m4，光速為c。下列說法中不正確的是 ()A.這種裝置中發生的核反應方程式是H+H→He+nB.由核反應過程質量守恒可知m1+m2=m3+m4C.核反應放出的能量等于(m1+m2-m3-m4)c2D.這種裝置與我國大亞灣核電站所運用核裝置的核反應原理不相同【解析】選B?？煽責岷朔磻b置中發生的核反應方程式是H+H→He+n，故A正確；核反應過程中質量數守恒，但質量不守恒，核反應過程中存在質量虧損，因此m1+m2≠m3+m4，故B錯誤；核反應過程中的質量虧損Δm=m1+m2-m3-m4，釋放的核能ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3-m4)c2，故C正確；這種裝置的核反應是核聚變，我國大亞灣核電站所運用的核裝置的核反應是核裂變，它們的核反應原理不相同，故D正確。9．(多選)(創新題)2024年上映的美國科幻大片《星際探究》講解并描述的是：地球上接連出現神奇怪象，科學家發覺某種失控的反物質反應正在威逼整個太陽系，人類生存極度堪憂……據科學家論證，太陽向外輻射的能量來自其內部發生的各種熱核反應，當太陽內部達到肯定溫度時，會發生“核燃燒”，其中“核燃燒”的核反應方程為eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋X→eq\o\al(\s\up1(8),\s\do1(4))Be＋γ，方程中X表示某種粒子，eq\o\al(\s\up1(8),\s\do1(4))Be是不穩定的粒子，其半衰期為T，則下列說法正確的是()A．X粒子是eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))HeB．若使eq\o\al(\s\up1(8),\s\do1(4))Be的溫度降低，其半衰期會減小C．經過2T，肯定質量的eq\o\al(\s\up1(8),\s\do1(4))Be占起先時的eq\f(1,8)D．“核燃燒”的核反應是輕核聚變反應【解析】選A、D。依據核反應的質量數和電荷數守恒可知，X粒子的質量數為4，電荷數為2，為eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He，選項A正確；溫度變更不能變更放射性元素的半衰期，選項B錯誤；經過2T，肯定質量的eq\o\al(\s\up1(8),\s\do1(4))Be占起先時的eq\f(1,4)，選項C錯誤；“核燃燒”的核反應是輕核聚變反應，選項D正確。10．(2024·馬鞍山模擬)鈷60放射性的應用特別廣泛，幾乎遍及各行各業。在農業上，常用于輻射育種、刺激增產、輻射防治蟲害和食品輻射保藏與保鮮等；在醫學上，常用于癌和腫瘤的放射治療。一個鈷60原子核(eq\o\al(\s\up1(60),\s\do1(27))Co)放出一個β粒子后衰變成一個鎳核(eq\o\al(\s\up1(60),\s\do1(28))Ni)，并伴隨產生了γ射線。已知鈷60的半衰期為5.27年，該反應中鈷核、β粒子、鎳核的質量分別為m1、m2、m3。下列說法正確的()A．核反應中釋放的能量為(m1—m2－m3)c2B．核反應中釋放出的γ射線的穿透本事比β粒子弱C．若有16個鈷60原子核，經過5.27年后只剩下8個鈷60原子核D．β粒子是鈷原子核外的電子電離形成的【解析】選A。鈷60原子核發生β衰變的核反應方程式eq\o\al(\s\up1(60),\s\do1(27))Co→eq\o\al(\s\up1(60),\s\do1(28))Ni＋e＋γ，依據質能方程可知核反應中釋放的能量為(m1—m2－m3)c2，故A正確；依據三種射線的特點與穿透性，可知γ射線的穿透本事最強，β射線其次，α射線最弱，則γ射線的穿透本事比β粒子強，故B錯誤；半衰期是一個具有統計意義的概念，針對大量原子才有意義，對個別的原子沒有意義，故C錯誤；依據β衰變的本質可知，β粒子是原子核內的一個中子轉變為質子時產生的，故D錯誤。故選A。11．如圖所示是原子核的平均核子質量A與原子序數Z的關系圖象，下列說法正確的是()A.若D、E能結合成F，結合過程肯定要釋放能量B．若D、E能結合成F，結合過程肯定要汲取能量C．若C、B能結合成A，結合過程肯定要釋放能量D．若F、C能結合成B，結合過程肯定要釋放能量【解析】選A。核反應過程中，總的核子數保持不變，若反應朝平均核子質量削減的方向進行，則總質量削減，釋放能量。由平均核子質量A與原子序數Z的關系圖象可知，D與E的平均核子質量大于F的平均核子質量，所以D、E結合成F，平均核子質量減小，有質量虧損，依據愛因斯坦質能方程，有能量釋放，故A正確，B錯誤。B與C的平均核子質量小于A的平均核子質量，所以若C、B能結合成A，則質量增加，依據愛因斯坦質能方程，要汲取能量，故C錯誤。F與C的平均核子質量小于B的平均核子質量，所以若C、F能結合成B，則質量增加，依據愛因斯坦質能方程，要汲取能量，故D錯誤。12．用速度大小為v的中子轟擊靜止的鋰核eq\o\al(\s\up1(6),\s\do1(3))Li，發生核反應后生成氚核和α粒子，生成的氚核速度方向與中子的速度方向相反，氚核與α粒子的速度之比為7∶8，中子的質量為m，質子的質量可近似看作m，光速為c。(1)寫出核反應方程。(2)求氚核和α粒子的速度大小。(3)若核反應過程中放出的核能全部轉化為α粒子和氚核的動能，求出質量虧損?！窘馕觥?1)依據質量數守恒與電荷數守恒，則有核反應方程為：eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n＋eq\o\al(\s\up1(6),\s\do1(3))Li→eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He。(2)由動量守恒定律得：mnv＝－mHv1＋mHev2由題意得：v1∶v2＝7∶8解得：v1＝eq\f(7v,11)，v2＝eq\f(8v,11)。(3)氚核和α粒子的動能之和為：Ek＝eq\f(1,2)·3mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))＋eq\f(1,2)·4mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2))＝eq\f(403,242)mv2釋放的核能為：ΔE＝Ek－Ekn＝eq\f(403,242)mv2－eq\f(1,2)mv2＝eq\f(141,121)mv2由愛因斯坦質能方程得，質量虧損為Δm＝eq\f(ΔE