5.2 放射性元素的衰变-学案

5.2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，并掌握原子核的衰变规律。3．理解半衰期的概念。4．了解放射性同位素及其应用。5．了解核辐射与防护方法。【学习重点】原子核的衰变规律及半衰期。【学习难点】半衰期描述的对象。【学习过程】一、原子核的衰变1．什么是衰变？什么叫α衰变？衰变时质量数和电荷数有什么特点？写出92238什么叫β衰变？写出钍234核的衰变方程式：2．α衰变β衰变核反应方程的书写3．衰变规律：原子核发生衰变时，衰变前后的_______________________都守恒。β衰变核电荷数要增加，为什么会增加？哪来的电子？原子核内虽然没有电子，但核内的质子和中子是可以相互转化的。当核内的中子转化为质子时同时要产生一个电子：______________________________________这个电子从核内释放出来，就形成了β衰变。可以看出新核少了一个中子，却增加了一个质子，并放出一个电子。γ射线是由于原子核在发生α衰变和β衰变时原子核受激发而产生的光（能量）辐射，通常是伴随α射线和β射线而产生。γ射线的本质是能量。书写方程式时说明：中间用________________，不用等号；是____________守恒，不是质量守恒；方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。4．本质：α衰变：原子核内少两个质子和两个中子。β衰变：原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子。二、半衰期1．___________________________________________的时间，叫做这种元素的半衰期。（1）半衰期的长短是由________________________的因素决定的，与原子所处的物理、化学状态无关。（2）半衰期是一个______________，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的。三、核反应1．核反应：___________________________________________________叫核反应。说明：（1）核反应中________________________。（2）核反应是_______________的变化，化学反应是__________________的变化。四、放射性同位素及其应用1．_______________________________________________叫做放射性同位素。2．人工放射性同位素和天然放射性同位素相比的优点：（1）_________________________________________。（2）_________________________________________。（3）_________________________________________。3．放射性同位素的应用：A．利用射线的____________本领与物质厚度密度的关系，来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等，从而实现自动控制。B．由于γ射线____________本领强，可以用来γ射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫γ射线探伤仪。C．利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消除化纤、纺织品上的静电。D．利用射线照射植物，引起植物变异而培育良种，也可以利用它杀菌、治病等。E．示踪原子：棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥，利用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花叶面上，被植物吸收，然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，就可知道什么时候磷的吸收率最高、磷在作物体内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等。人体甲状腺的工作需要碘，碘被吸收后聚集在甲状腺内。给人注射碘的放射性同位素碘131，在颈部底部的甲状腺被放射性示踪剂碘131高亮着色。定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺的疾病。五、辐射与安全1．放射性的危害过量的射线对人体组织有__________作用，这些破坏往往是对______________的破坏，有时不会马上察觉。因此，在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。存在射线危险的地方，常能看到如图所示的标志。____________________、_________________会产生严重的污染。在利用放射性同位素给病人做“放疗”时，如果放射性的剂量过大，皮肤和肉就会溃烂不愈，导致病人因放射性损害而死去。有些矿石中含有过量的放射性物质，如果不注意也会对人体造成巨大的危害。过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用。2．放射性的防护（1）在核电站的核反应堆外层用_____________________来防止放射线的外泄。（2）用过的核废料要放在很厚的____________________内，并埋在深海里。（3）在生活中要有防范意识，尽可能远离__________________。【练习巩固】1．关于三种射线，下列说法中正确的是（）A．射线是原子核自发射出的氦核，它的电离作用最弱B．射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的贯穿能力C．射线一般伴随着或射线产生，它的贯穿能力最强D．射线是电磁波，它的电离作用最强答案：C2．如图所示，P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是（）A．a为射线，b为射线B．a为射线，b为射线C．b为射线，c为射线D．b为射线，c为射线答案：BC3．由原子核的衰变规律可知（）A．放射性元素一次衰变可同时产生射线和射线B．放射性元素发生衰变时，新核的化学性质不变C．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制D．放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数增加1答案：C4．一块氡222放在天平的左盘时，需在天平的右盘加444g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．222g B．8gC．2g D．4g答案：D5．关于放射性同位素的应用下列说法中正确的有（）A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了消除有害静电的目的B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害答案：BD6．下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子（）A．射线探伤仪B．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况C．利用钴60治疗肿瘤等疾病D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律答案：BD7．关于放射性的应用，下列说法正确的是（）A．利用射线使空气电离，把静电荷导走B．利用射线照射植物的种子，使产量显著增加C．利用射线来治疗肺癌、食道癌等疾病D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作为示踪原子答案：ACD8．用高能3686Kr（氪）离子轰击A．其质子数为118 B．其质量数为293C．其原子序数为118 D．其中子数为90答案：ABC9．在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹如图所示。由图可以判定（）A．该核发生的是衰变B．该核发生的是衰变C．磁场方向一定垂直于纸面向里D．不能判定磁场方向向里还是向外答案：BD第五章2A组·基础达标1．放射性元素发生衰变时，可放出γ光子，这种光子是()A．原子的外层电子受到激发后产生的B．原子的内层电子受到激发后产生的C．产生衰变的这个原子核产生的D．衰变后的新核产生的【答案】C【解析】γ射线是处于激发状态的原子核放射的，并不是原子内层电子受到激发时产生的；红外线、可见光、紫外线是原子外层电子受到激发后产生的，对于X射线则是原子内层电子受到激发后产生的，故选C．2．下列表示放射性元素碘131(eq\o\al(131,53)I)发生β衰变的方程是()A．eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(127,51)Sb＋eq\o\al(4,2)HeB．eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)Xe＋eq\o\al(0,－1)eC．eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(130,53)I＋eq\o\al(1,0)nD．eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(130,52)Te＋eq\o\al(1,1)H【答案】B【解析】本题考查了核反应方程的两个守恒特点．A选项不是β衰变过程，故A错误；β衰变的特点是放出电子，而B选项既满足质量数守恒又满足电荷数守恒，B正确；C、D中放出的是中子和质子，不符合β衰变的特点．3．某放射性元素经过11.4天有eq\f(7,8)的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为()A．11.4天 B．7.6天C．5.7天 D．3.8天【答案】D【解析】由于经过了11.4天，还有eq\f(1,8)没有衰变，由半衰期计算公式m＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up4(\f(t,T半))m0可说明该放射性元素经过了3个半衰期，即可算出半衰期是3.8天，D正确．4．铀239(eq\o\al(239,92)U)经过衰变可产生钚239(eq\o\al(239,94)Pu)．关于铀239的衰变，下列说法正确的是()A．eq\o\al(239,94)Pu与eq\o\al(239,92)U的核内具有相同的中子数和不同的核子数B．放射性物质eq\o\al(239,92)U发生β衰变时所释放的电子来源于核外电子C．eq\o\al(239,92)U经过2次β衰变产生eq\o\al(239,94)PuD．温度升高，eq\o\al(239,92)U的半衰期减小【答案】C【解析】eq\o\al(239,92)U的质量数A′＝239，核电荷数Z′＝92，则中子数n′＝239－92＝147，eq\o\al(239,94)Pu的质量数A＝239，核电荷数Z＝94，则中子数n＝A－Z＝239－94＝145，故核子数相同，但中子数不同，故A错误．β衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子同时释放出来的，故B错误.eq\o\al(239,92)U→2eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(239,94)Pu，显然反应物的质量数为239，而生成物的质量数为239，故质量数守恒；而反应物的核电荷数为92，故核电荷数守恒，反应能够发生，故C正确．半衰期与物体的温度、状态均无关，而是由核内部自身因素决定的，故D错误．5．(多选)目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性知识的说法中正确的是()A．氡的半衰期为3.8天，若有4kg氡原子核，经过7.6天后就只剩下1kg氡原子核B．氡的半衰期为3.8天，若有4个氡原子核，经过7.6天后就只剩下1个氡原子核C．放射性元素发生β衰变时释放的电子是原子核外电子电离产生的高速电子D．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性【答案】AD【解析】氡的半衰期是3.8天，若有4kg氡原子核，则经过7.6天，即两个半衰期，氡只剩下1kg，故A正确；放射性元素的半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，故B错误；放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转变为质子和电子，电子释放出来，故C错误；放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性，故D正确．6．(多选)天然放射性元素eq\o\al(232,90)Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成eq\o\al(208,82)Pb(铅)．下列论断中正确的是()A．衰变的过程共有6次α衰变和4次β衰变B．铅核比钍核少8个质子C．β衰变所放出的电子来自原子核外轨道D．钍核比铅核多24个中子【答案】AB【解析】由于β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α衰变的次数为x＝eq\f(232－208,4)＝6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数应满足2x－y＝90－82＝8，y＝2x－8＝4.钍232核中的中子数为232－90＝142，铅208核中的中子数为208－82＝126，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β衰变所放出的电子来自原子核内eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e，所以A、B正确．7．在匀强磁场中有一个静止的氡原子核(eq\o\al(222,86)Rn)，由于衰变它放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆，大圆与小圆的直径之比为4∶21，如图所示，那么氡核的衰变方程应是()A．eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(222,87)Fr＋eq\o\al(0,－1)eB．eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)HeC．eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(222,85)At＋eq\o\al(0,1)eD．eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(222,85)At＋eq\o\al(2,1)H【答案】B【解析】原子核衰变过程中动量守恒，所以粒子与反冲核的动量等大反向，由径迹是两外切圆知，放出的是正粒子，是α衰变，由于粒子和反冲核均做匀速圆周运动，由r＝eq\f(mv,qB)知，eq\f(q1,q2)＝eq\f(r2,r1)＝eq\f(1,42)＝eq\f(2,84)，所以反冲核的电荷数是84，由电荷数守恒和质量数守恒知，正确答案为B．8．(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5700年．已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减小．现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是()A．该古木的年代距今约5700年B．12C、13C、14C具有相同的中子数C．14C衰变为14N的过程中放出β射线D．增大样品测量环境的压强将加速14C的衰变【答案】AC【解析】古木样品中14C的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约5700年，A正确．同位素具有相同的质子数，不同的中子数，B错误.14C的衰变方程为eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e，所以此衰变过程放出β射线，C正确．放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，D错误．9．(多选)关于天然放射性，下列说法正确的是()A．所有元素都有可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线【答案】BC【解析】自然界中绝大部分元素没有放射现象，A错误；放射性元素的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素无关，B、C正确；原子核发生衰变时，不能同时发生α和β衰变，γ射线伴随着两种衰变产生，D错误．10．完成衰变方程．(1)β衰变：eq\o\al(244,83)Bi→________＋eq\o\al(0,－1)e，eq\o\al(210,84)Po→eq\o\al(210,85)At＋________，eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋________.(2)α衰变：eq\o\al(234,90)Th→________＋eq\o\al(4,2)He，eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋________，eq\o\al(66,29)Cu→eq\o\al(62,27)Co＋________.(3)其中eq\o\al(234,90)Th衰变成eq\o\al(234,91)Pa的半衰期为1.2min，则64geq\o\al(234,90)Th经过6min还有________g未衰变．【答案】(1)、(2)见解析(3)2【解析】(1)eq\o\al(244,83)Bi→eq\o\al(244,84)Po＋eq\o\al(0,－1)e，eq\o\al(210,84)Po→eq\o\al(210,85)At＋eq\o\al(0,－1)e，eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e.(2)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(230,88)Ra＋eq\o\al(4,2)He，eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，eq\o\al(66,29)Cu→eq\o\al(62,27)Co＋eq\o\al(4,2)He.(3)由半衰期公式得m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up4(\f(t,T半))，得m＝64×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up4(\f(6,1.2))g＝2g.B组·能力提升11．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2.下列说法正确的是()A．原子核可能发生的是α衰变，也可能发生的是β衰变B．径迹2可能是衰变后新核的径迹C．若是α衰变，则1和2的径迹均是逆时针方向D．若衰变方程是eq\o\al(238,92)U→eq