2018_2019学年高考物理主题三原子与原子核3.3原子核3.3.2放射性元素的衰变学案新人教版.docx

3.3.2放射性元素的衰变学习目标核心提炼1.知道原子核的衰变。2.会用半衰期描述衰变的速度，知道半衰期的统计意义。3.知道两种衰变的规律，能够熟练写出衰变方程。2个概念原子核的衰变半衰期1个规律电荷数和质量数守恒一、原子核的衰变1.定义：原子核放出粒子或粒子，变成另一种原子核的过程。2.衰变类型(1)衰变：放射性元素放出粒子的衰变过程。放出一个粒子后，核的质量数减少4，电荷数减少2，成为新核。(2)衰变：放射性元素放出粒子的衰变过程。放出一个粒子后，核的质量数不变，电荷数增加1。3.衰变规律：原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。4.衰变的实质(1)衰变的实质：2个中子和2个质子结合在一起形成粒子。(2)衰变的实质：核内的中子转化为了一个质子和一个电子。(3)射线经常伴随衰变和衰变产生的。思考判断(1)原子核在衰变时，它在元素周期表中的位置不变。()(2)发生衰变是原子核中的电子发射到核外。()(3)射线经常是伴随射线和射线产生的。()答案(1)(2)(3)二、半衰期1.定义；放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。2.特点(1)不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大。(2)放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。3.适用条件：半衰期描述的是统计规律，不适用于单个原子核的衰变。4.半衰期的应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以通过测量其衰变程度来推断时间。思考判断(1)半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间，经过两个半衰期原子核就全部发生衰变。()(2)根据半衰期的计算，我们可以知道一个特定的原子核何时发生衰变。()(3)半衰期与原子所处的化学状态和外部条件都无关。()答案(1)(2)(3)原子核的衰变规律和衰变方程要点归纳1.衰变种类、实质与方程(1)衰变：XYHe实质：原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中被释放出来，这就是放射性元素发生的衰变现象。如：UThHe。(2)衰变：XYe。实质：原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即粒子，使电荷数增加1，衰变不改变原子核的质量数，其转化方程为：nHe。如：ThPae。2.确定原子核衰变次数的方法与技巧(1)方法：设放射性元素X经过n次衰变和m次衰变后，变成稳定的新元素Y，则衰变方程为：XYnHeme根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：AA4n，ZZ2nm。以上两式联立解得：n，mZZ。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衰变的次数(这是因为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衰变的次数。精典示例例1 U核经一系列的衰变后变为Pb核，问：(1)一共经过几次衰变和几次衰变？(2)Pb与U相比，质子数和中子数各少多少？(3)综合写出这一衰变过程的方程。审题指导(1)衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒。(2)根据每发生一次衰变原子核的质子数和中子数均减少2，每发生一次衰变原子核的中子数减少1，质子数增加1。解析(1)设U衰变为Pb经过x次衰变和y次衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可得2382064x92822xy联立解得x8，y6，即一共经过8次衰变和6次衰变。(2)由于每发生一次衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次衰变中子数减少1，而质子数增加1，故Pb较U质子数少10，中子数少22。(3)核反应方程为UPb8He6e。答案(1)8次6次(2)10个22个(3)见解析针对训练1 原子核92U经放射性衰变变为原子核Th，继而经放射性衰变变为原子核91Pa，再经放射性衰变变为原子核92U，放射性衰变、和依次为()A.衰变、衰变和衰变B.衰变、衰变和衰变C.衰变、衰变和衰变D.衰变、衰变和衰变解析根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点，92U核与Th核比较可知，衰变的另一产物为He，所以衰变为衰变，选项B、C错误；Pa核与U核比较可知，衰变的另一产物为e，所以衰变为衰变，选项A正确，D错误。答案A半衰期要点归纳1.意义：表示放射性元素衰变的快慢。2.半衰期公式：N余N原，m余m0式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量，N余、m余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量，t表示衰变时间，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，无法确定其何时发生衰变，半衰期只适用于大量的原子核。4.应用：利用半衰期非常稳定的特点，可以测算其衰变过程，推算时间等。精典示例例2 (多选)地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现最古老的岩石中铀和铅含量来推算。测得该岩石中现含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半，铀238衰变后形成铅206，铀238的相对含量随时间变化规律如图1所示，图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的总原子数。由此可以判断出()图1A.铀238的半衰期为90亿年B.地球的年龄大致为45亿年C.被测定的岩石样品在90亿年时铀、铅原子数之比约为14D.被测定的岩石样品在90亿年时铀、铅原子数之比约为13审题指导解答本题时应注意以下三点：(1)根据图象和半衰期的定义确定半衰期。(2)根据半衰期确定90亿年衰变的铀核。(3)根据衰变规律确定铀核和铅核的个数比。解析半衰期是有半数原子核发生衰变所需要的时间，根据图象可知半数衰变的时间是45亿年，选项A错误，B正确；90亿年是铀核的两个半衰期，有的铀原子核发生衰变，还有的铀原子核没有发生衰变，根据衰变方程可知一个铀核衰变时产生一个铅核，故衰变后的铀、铅原子数之比约为13，选项C错误，D正确。答案BD针对训练2 下列有关半衰期的说法正确的是()A.放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越快B.放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素半衰期也变长C.把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速度D.降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度解析放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需的时间，它反映了放射性元素衰变速度的快慢，半衰期越短，则衰变越快，故选项A正确；某种元素的半衰期长短由其本身因素决定，与它所处的物理、化学状态无关，选项B、C、D错误。答案A1.下列说法正确的是()A.衰变放出的电子来自组成原子核的电子B.衰变放出的电子来自原子核外的电子C.衰变说明原子核中含有粒子D.射线总是伴随其他衰变发生，它的本质是电磁波解析原子核发生衰变中放出的电子是原子核内的中子转化为质子而释放的电子，选项A、B错误；射线是具有放射性元素的原子核在发生衰变时，两个中子和两个质子结合在一起从原子核中释放出来，选项C错误；射线总是伴随其他衰变发生，它的本质是电磁波，故选项D正确。答案D2.(多选)U是一种放射性元素，能够自发地进行一系列放射性衰变，如图2所示，可以判断下列说法正确的是()A.图中a是84，b是206B.Y是衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的C.Y和Z是同一种衰变D.从X衰变中放出的射线电离能力最强解析Bi衰变成Po，质量数不变，可知发生的是衰变，则电荷数多1，可知a84，Bi衰变成Tl，知电荷数少2，发生的是衰变，质量数少4，则b206，故选项A正确，B错误；Z衰变，质量数少4，发生的是衰变，Y和Z是同一种衰变，故选项C正确；从X衰变中放出的射线是射线，电离能力不是最强，故选项D错误。答案AC3.放射性同位素钍232经、衰变会生成氡，其衰变方程为90Th86Rnxy，则()A.x1，y3 B.x2，y3C.x3，y1 D.x3，y2解析由衰变规律可知，衰变不影响质量数，所以质量数的变化由衰变的次数决定，由Th变为Rn，质量数减少了23222012，每一次衰变质量数减少4，因此衰变次数为3次；3次衰变电荷数减少了326个，而现在只减少了90864个，所以有2次衰变(每次衰变增加了一个电荷数)，故x3，y2，故选项D正确。答案D4.碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有()A. B. C. D.解析根据半衰期公式m余m原，将题目中的数据代入可得选项C正确，A、B、D错误。答案C1.关于原子核的衰变和半衰期，下列说法正确的是()A.半衰期是指原子核的质量减少一半所需要的时间B.半衰期是指原子核有半数发生衰变所需要的时间C.发生衰变时产生的新原子核在周期表中的位置向后移动2位D.发生衰变时产生的新原子核在周期表中的位置向前移动1位解析原子核的半衰期是指原子核有半数发生衰变所需时间，故选项B正确，A错误；发生衰变时电荷数减少了了2个，新核在周期表中位置从前移动2位，故选项C错误；衰变时新核电荷数增加1个，它在周期表中的位置向后移动1位，故选项D错误。答案B2.人们在海水中发现了放射性元素钚(Pu)。Pu可由铀239(U)经过n次衰变而产生，则n为()A.2 B.239 C.145 D.92解析衰变规律是质量数不变，质子数增加1，Pu比U质子数增加2，所以发生了2次衰变，选项A正确。答案A3.由原子核的衰变可知()A.放射性元素一次衰变就同时产生射线和射线B.放射性元素发生衰变，产生的新核的化学性质不变C.衰变说明原子核内部存在氦核D.放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出射线解析原子核发生衰变时，一次衰变只能是衰变或衰变，而不能同时发生衰变和衰变，发生衰变后产生的新核往往处于高能级，要向外以射线的形式辐射能量，故一次衰变只可能同时产生射线和射线，或射线和射线，选项A错误，D正确；原子核发生衰变后，核电荷数发生了变化，变成了新核，故化学性质发生了变化，选项B错误；原子核内的2个中子和2个质子能十分紧密地结合在一起，因此在一定条件下它们会作为一个整体从较大的原子核中被抛射出来，于是放射性元素发生了衰变，选项C错误。答案D4.科学家们在观察某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现所生成的超重元素的核X经过6次衰变后成为Fm，由此可以判定该超重元素的原子序数和质量数依次是()A.124，259 B.124，265 C.112，265 D.112，277解析每次衰变质量数减少4，电荷数减少2，因此该超重元素的质量数应是277，电荷数应是112，因此选项A、B、C错误，D正确。答案D5.新发现的一种放射性元素X，它的氧化物X2O的半衰期为8天，X2O与F2发生化学反应2X2O2F2=4XFO2之后，XF的半衰期为()A.2天 B.4天C.8天 D.16天解析放射性元素的衰变快慢由原子核内部的自身因素决定，与原子核的化学状态无关，故半衰期不变仍为8天，选项A、B、D错误，C正确。答案C6. (多选)在匀强磁场中，一个原来静止的原子核发生了衰变，得到两条如图1所示的径迹，图中箭头表示衰变后粒子的运动方向。不计放出的光子的能量，则下列说法正确的是()图1A.发生的是衰变，b为粒子的径迹B.发生的是衰变，b为粒子的径迹C.磁场方向垂直于纸面向外D.磁场方向垂直于纸面向内答案AD7.一块氡222放在天平的左盘时，需要天平的右盘加444 g砝码，天平才能处于平衡，氡222发生衰变，经过一个半衰期以后，欲使天平再次平衡，应从右盘中取出的砝码为()A.222 g B.8 g C.2 g D.4 g解析原有氡222共444 g，经过一个半衰期后有222 g氡发生衰变，其衰变方程为RnPoHe，但是衰变后生成的钋218还在左盘，也就是说，经过一个半衰期只有4 g 的粒子从左盘放射出去，因此欲使天平再次平衡，右盘中只需取出4 g砝码。故选项A、B、C错误，D正确。答案D8.(多选)某原子核的衰变过程ABC，下列说法正确的是()A.核C比核A的质子数少1B.核C比核A的质量数少5C.原子核为A的中性原子的电子数比原子核为B的中性原子的电子数多2D.核C比核B的中子数少2解析由衰变方程可写出关系式A B C可得选项A、D正确。答案AD9.(多选)天然放射性元素90Th(钍)经过一系列衰变和衰变之后，变成82Pa(铅)。下列说法正确的是()A.衰变的过程共有6次衰变和4次衰变B.铅核比钍核少8个质子C.衰变所放出的电子来自原子核核外轨道D.钍核比铅核多24个中子解析由于衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定衰变的次数为：x6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定衰变的次数应满足：2xy90828，y2x84。钍232核中的中子数为23290142，铅208核中的中子数为20882126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子。由于物质的衰变与元素的化学状态无关，所以衰变所放出的电子来自原子核内，所以选项A、B正确。答案AB10.(多选)放射性元素钋(Po)发生衰变，其半衰期是138天，衰变方程为PoXHe，则下列说法正确的是()A.X原子核含有124个中子B.X原子核含有206个核子C.射线是由处于激发态的钋核从较高能级向较低能级跃迁时发出的D.100 g的Po经276天，已衰变的质量为75 g解析根据电荷数守恒和质量数守恒得，X的电荷数为82，质量数为206，则中子数为20682124。故选项A、B正确；衰变发出的射线是伴随着衰变产生的。故选项C错误；根据mm0知100 g的Po经276天，已衰变的质量为75 g，故选项D正确。答案ABD11.若核反应堆发生泄漏，铯137(Cs)对环境的影响最大，其半衰期约为30年。(1)请写出铯137(Cs)发生衰变的核反应方程_已知53号元素是碘(I)，56号元素是钡(Ba)；(2)泄漏出的铯137约要到公元_年才会有87.5%的原子核发生衰变。解析(1)发生衰变的核反应方程为CsBae。(2)由半衰期公式N余N0知，经历了3个半衰期，即90年，剩余的原子核没衰变，所