【物理】2019届二轮复习对核反应的四种类型的考查学案（全国通用）

【物理】2019届二轮复习对核反应的四种类型的考查学案（全国通用）

知识回顾 衰变及核反应方程的书写和核能的计算 ‎(1)原子核的衰变 ‎①衰变实质：α衰变是原子核中的2个质子和2个中子结合成一个氦核并射出；β衰变是原子核中的中子转化为一个质子和一个电子，再将电子射出；γ衰变伴随着α衰变或β衰变同时发生，不改变原子核的质量数与电荷数，以光子形式释放出衰变过程中产生的能量．‎ ‎②衰变的快慢由原子核内部因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关；半衰期是统计规律，对个别、少数原子无意义．‎ ‎(2)核反应方程的书写 ‎①核反应过程一般不可逆，所以核反应方程中用“→”表示方向而不能用等号代替．‎ ‎②核反应方程遵循质量数、电荷数守恒，但核反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能．‎ ‎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出生成物来写核反应方程．‎ ‎(3)核能的计算方法 ‎①根据爱因斯坦质能方程，用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方，即ΔE＝Δmc2(J)．‎ ‎②‎ 根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5(MeV).‎ ‎③如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能.‎ 规律方法 核能的计算方法 ‎(1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方，即ΔE＝Δmc2(J)；‎ ‎(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5(MeV)；‎ ‎(3)如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能．‎ 例题分析 ‎【例1】　(2016年高考·课标全国卷Ⅱ)在下列描述核反应过程的方程中，属于α衰变的是 ，属于β衰变的是 ，属于裂变的是 ，属于聚变的是 ．(填正确答案标号)‎ A.C→N＋e B.P→S＋e C.U→Th＋He D.N＋He→O＋H E.U＋n→Xe＋Sr＋2n F.H＋H→He＋n ‎【答案】　C　AB　E　F ‎【例2】　(多选)关于核反应方程Th→Pa＋X＋ΔE(ΔE为释放出的核能，X为新生成粒子)，已知Th的半衰期为T，则下列说法正确的是(　　)‎ A.Pa没有放射性 B.Pa比Th少1个中子，X粒子是从原子核中射出的，此核反应为β衰变 C．N0个Th经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为N0ΔE(N0数值很大)‎ D.Th的比结合能为 E.Th的化合物的半衰期等于T ‎【答案】　BCE ‎【解析】　电荷数大于83的都有放射性，A错误；X粒子是β 粒子，它是由中子衰变成一个质子和电子，所以此核反应为β衰变，B正确；有半数原子核发生衰变的时间为半衰期，N0个Th经2T时间有N0个Th发生了衰变，故放出的核能为N0ΔE，C正确；根据比结合能的定义可知D错误；半衰期只与原子核有关，与元素所处状态无关，E正确．学 ‎ 专题练习 ‎1.“两弹一星”可以说长了中国人的志气，助了中国人的威风．下列核反应方程中，属于研究“两弹”的基本核反应方程的是(　　)‎ ‎①N＋He→O＋H　②U＋n→Sr＋Xe＋10n　③U→Th＋He　④H＋H→He＋n A．①② B．②③‎ C．②④ D．③④‎ ‎【答案】C ‎2.‎2017年9月3日，朝鲜不顾国际社会强列反对进行第六次核试验．下列核反应方程中，属于α衰变的是(　　)‎ A.N＋He→O＋H B.U→Th＋He C.H＋H→He＋n D.Th→Pa＋e ‎【答案】B　‎ ‎【解析】A选项为卢瑟福发现质子的核反应，为人工转变，B选项为α衰变，C选项为轻核聚变；D选项为β衰变．‎ ‎3.放射性原子核U经3次α衰变和2次β衰变后，新原子核中含有的中子数是(　　)‎ A．226 B．138‎ C．92 D．88‎ ‎【答案】B ‎【解析】由衰变方程U→3 He＋2 e＋Ra知，原子核Ra中含有226－88＝138(个)中子，B项正确．‎ ‎4.轨道电子俘获(EC)是指原子核俘获了其核外内层轨道电子所发生的衰变，如钒(V)俘获其K轨道电子后变为钛(Ti)，同时释放一个中微子νe，方程为V＋e→Ti＋νe.‎ 关于上述轨道电子俘获，下列说法中正确的是(　　)‎ A．原子核内一个质子俘获电子转变为中子 B．原子核内一个中子俘获电子转变为质子 C．原子核俘获电子后核子数增加 D．原子核俘获电子后电荷数增加 ‎【答案】A ‎【解析】由已知核反应方程，“轨道电子俘获”后，电荷数减少，质量数不变，故B、C、D错，A正确．‎ ‎5.现有三个核反应：‎ ‎①Na→Mg＋e ‎②U＋n→Ba＋Kr＋3n ‎③H＋H→He＋n 下列说法正确的是(　　)‎ A．①是裂变，②是β衰变，③是聚变 B．①是聚变，②是裂变，③是β衰变 C．①是β衰变，②是裂变，③是聚变 D．①是β衰变，②是聚变，③是裂变 ‎【答案】C ‎6.2006年美国和俄罗斯的 学家利用回旋加速器，通过Ca 轰击Cf(锎249)发生核反应，成功合成第118号元素，这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序数最大的元素．实验表明，该元素的原子核先放出3个相同的粒子X，再连续经过3次α衰变后，变成质量数为282的第112号元素的原子核，则上述过程中粒子X是(　　)‎ A．中子 B．质子 C．电子 D．α粒子 ‎【答案】A ‎【解析】由于最终经3次α衰变变成原子核Y，由此可知原来的核应为 ‎ ‎，而该核是由某原子核放出了3个粒子X形成的．而Ca和Cf的总质子数为118，质量数为297，由此可知Ca＋Cf→ ， → ＋3n，故A正确．‎ ‎7.北京奥委会接受专家的建议，大量采用对环境有益的新技术．如奥运会场馆周围的90 的路灯将采用太阳能光伏发电技术，奥运会90 的洗浴热水将采用全玻真空太阳能集热技术．太阳能的产生是由于太阳内部高温高压条件下的核聚变反应产生的，其核反应方程是(　　)‎ A．4 H→He＋2 e B．N＋He→O＋H C．U＋n→Sr＋Xe＋3 n D．U→Th＋He ‎【答案】A ‎8.原子核反应有广泛的应用，如用于核电站等．在下列核反应中，属于核裂变反应的是(　　)‎ A．B＋n→Li＋He B．U→Th＋He C．N＋He→O＋H D．U＋n→Ba＋Kr＋3n ‎【答案】D ‎【解析】裂变是重核俘获中子后变成中等质量的原子核，同时还要放出几个中子，故选项D正确．‎ ‎9.关于核反应方程H＋H→He＋X，以下说法中正确的是(　　)‎ A．X是n，该核反应属于聚变 B．X是H，该核反应属于裂变 C．X是n，该反应中的核燃料是当前核电站采用的核燃料 D．X是H，该反应中的核燃料是当前核电站采用的核燃料 ‎【答案】A ‎【解析】由质量数和电荷数守恒知X是中子，轻核发生聚变，当前核电站采用的核燃料是铀235，故A正确 ‎10.一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应的裂变方程为U＋n→X＋Sr＋2 n，则下列叙述正确的是(　　)‎ A．X原子核中含有86个中子 B．X原子核中含有141个核子 C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加 D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少 ‎【答案】A ‎【解析】X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B错误；中子数为140－(92－38)＝86个，A正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，C、D错误．‎ ‎11.在下列四个核反应中，X表示中子的是 ，属于原子核的人工转变的是 ．‎ A．N＋He→O＋X B．Al＋He→P＋X C．H＋H→He＋X D．U＋X→Sr＋Xe＋10X ‎【答案】BCD　AB ‎12.(多选)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程中，表述正确的是(　　)‎ A．H＋H→He＋n是核聚变反应 B．H＋H→He＋n是β衰变 C．U＋n→Ba＋Kr＋3 n是核裂变反应 D．U＋n→Xe＋Sr＋2 n是α衰变 ‎【答案】AC ‎【解析】A项为轻核聚变，β衰变的实质为一个中子转化为一个质子后释放出一个电子，选项B错误；α衰变的实质是释放氦核(α粒子)，而D项是重核裂变，并未释放α粒子，选项D错误，正确选项为A、C.‎ ‎13.(多选)下列说法中正确的有(　　)‎ A．Th核的比结合能比U核的大 B．天然放射现象的发现，揭示了原子的核式结构 C．氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子 D．1.0×1024个U核经过两个半衰期后还剩1.0×106个 ‎【答案】AC ‎14.(多选)“两弹一星”可以说长了中国人的志气，助了中国人的威风，下列关于原子弹和氢弹说法正确的是(　　)‎ A．原子弹是根据轻核聚变原理，基本核反应方程式H＋H→He＋n B．原子弹是根据重核的裂变原理，基本核反应方程式U＋n→Sr＋Xe＋10n C．氢弹是根据轻核聚变原理，基本核反应方程式H＋H→He＋n D．氢弹是根据重核的裂变原理，基本核反应方程式U＋n→Sr＋Xe＋10n ‎【答案】BC ‎【解析】原子弹是根据重核的裂变原理，基本核反应方程式U＋n→Sr＋Xe＋10n，A错误，B正确；氢弹是根据轻核聚变原理，基本核反应方程式H＋H→He＋n，C正确，D错误．学 ‎ ‎15.(多选)关于核聚变，以下说法正确的是(　　)‎ A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁 B．世界上已经有利用核聚变来发电的核电站 C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15 m以内，核力才能起作用 D．地球聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核 ‎【答案】ACD ‎【解析】与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料储量多；(3)核废料易处理．但核聚变发电还没有投入实际运行．所以B项是不正确的 ‎16.两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量mD＝2.013 6 u，氦核质量mHe＝3.015 0 u，中子质量mn＝1.008 7 u.‎ ‎(1)计算释放出的结合能；‎ ‎(2)若反应前两氘核的动能均为Ek0＝0.35 MeV，它们正撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？‎ ‎【答案】(1)3.26 MeV　(2) 0.99 MeV　2.97 MeV ‎17.一个中子轰击铀核(U)可裂变生成钡(Ba)和氪(Kr)，已知U、Ba、Kr和中子的质量分别是235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u和1.008 7 u，写出铀裂变反应方程，并计算235 g的235U裂变时放出的能量．(NA＝6.02×1023 mol－1)‎ ‎【答案】见解析 ‎【解析】据质量数和电荷数守恒可得该核反应方程为：U＋n→Ba＋Kr＋3n；‎ 反应前后质量亏损为：‎ Δm＝(235.0439＋1.0087－140.9139－91.8973－3×1.0087) u＝0.2153 u 根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可以求出释放能量为：‎ ΔE＝Δmc2＝0.2153×931.5 MeV≈2×102 MeV ‎235 g铀235的摩尔数为n＝＝1；‎ ‎235 g铀235个数为N＝1×6.02×1023＝6.02×1023个；‎ 因此235 g铀235完全裂变时释放的能量E＝NΔE＝6.02×1023×2×102 MeV＝1.204×‎ ‎1026 MeV.‎ ‎ 18.现有的核电站常用的核反应之一是：‎ U＋n→Nd＋ r＋3 n＋8 e＋‎ ‎(1)核反应方程中的是反中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆( r)的电荷数与质量数．‎ ‎(2)已知铀核的质量为235.043 9 u，中子的质量为1.008 7 u，钕(Nd)核的质量为142.909 8 u，锆核的质量为89.904 7 u，试计算1 kg铀235裂变释放的能量为多少？(已知1 u质量相当于931.5 MeV的能量，且1 u＝1.660 6×10－27 kg，不计电子的质量)‎ ‎【答案】(1)40　90　(2)8.1×1013 J ‎19.用中子轰击铀核(U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(Ba)和氪(Kr)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：‎ mU＝390.313 9×10－27 kg，mn＝1.674 9×10－27 kg；‎ mBa＝234.001 6×10－27 kg，mKr＝152.604 7×10－27 kg.‎ 试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．‎ ‎【答案】U＋n→Ba＋Kr＋3 n　3.220 2×10－11 J ‎【解析】反应前后质量数守恒、电荷数守恒，则铀核裂变方程为U＋n→Ba＋Kr＋3 n，则核反应前后的质量亏损为Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝0.357 8×10－27 kg.由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.357 8×10－27×(3×108)2J＝3.220 2×10－11 J.‎ ‎20.(1)2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站严重的核泄漏事故．在泄漏的污染物中含有131I和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射．在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs的衰变过程，它们分别是 和 (填入正确选项前的字母).131I和137Cs原子核中的中子数分别是 和 ．‎ A．X1→Ba＋n B．X2→Xe＋e C．X3→Ba＋e D．X4→Xe＋P ‎【答案】B　C　78　82‎