第4、5节 核裂变核核聚变、核能的利用练习（Word含解析）

第5章　原子核与核能
第4节　核裂变和核聚变
第5节　核能的利用与环境保护
基础过关练
题组一　核裂变
1.下列关于重核裂变的说法中正确的是 (　　)
A.裂变过程中释放能量
B.裂变过程中吸收能量
C.反应过程中质量增加
D.反应过程中质量不变
2.一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应,其裂变方程为UnXSr+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,可知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
3.一个铀235吸收一个中子后发生的核反应方程是U+XeSr+1n,放出的能量为E,铀235核的质量为M,中子的质量为m,氙136核的质量为m1,锶90核的质量为m2,真空中光速为c,则释放的能量E等于 (　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.(M-m1-m2)c2 B.(M+m-m1-m2)c2
C.(M-m1-m2-9m)c2 D.(m1+m2+9m-M )c2
题组二　核聚变
4.科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3),它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料,其参与的一种核聚变反应的方程式为HeHe→HHe,关于He聚变,下列说法正确的是 (　　)
A.聚变反应不会释放能量
B.聚变反应产生了新的原子核
C.聚变反应没有质量亏损
D.目前核电站都采用He聚变反应发电
5.太阳能的产生是由于太阳内部在高温高压条件下发生的热核反应形成的,其核反应方程是 (　　)
A.HHe+e
B.NHeOH
C.UnXeSr+1n
DUThHe
6.当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时,放出28.30 MeV的能量,当三个α粒子结合成一个碳(C)核时,放出7.26 MeV的能量,则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时,释放的能量约为 (　　)
A.21.04 MeV B.35.56 MeV
C.77.64 MeV D.92.16 MeV
7.四个氢核聚变成一个氦核,同时放出两个正电子,释放出2.8×106 eV的能量,写出核反应方程,并计算1 g氢核完成这个反应后释放出多少的能量
题组三　核能的利用与环境保护
8.在核反应堆外修建很厚的水泥墙是为了防止 (　　)
A.核爆炸 B.放射线外泄
C.核燃料外泄 D.慢中子外泄
9.目前关于核电站获取核能的基本核反应方程可能是 (　　)
AUnSrXe+1n
BNaMge
CNHeOH
DUThHe
10.在其他能源中,核能具有能量密度大,地区适应性强的优势。在核电站中,核反应堆释放的核能被转化为电能。核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应,释放出大量核能。
(1)核反应方程式UnBaKr+aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种,n为中子,X为待求粒子,a为X的个数,则X为　　　　,a=　　　　,mU、mBa、mKr分别表示U核Ba核Kr核的质量,mn、mp分别表示中子、质子的质量,c为光子在真空中传播的速度,则在上述核反应过程中放出的核能ΔE=　　　　　　　　。
(2)有一座发电能力为P=1.00×106 kW的核电站,核能转化为电能的效率η=40%。假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应,已知每次核反应过程中放出的核能ΔE=2.78×10-11 JU核的质量mU=390×10-27 kg。求每年(1年=3.15×
107 s)消耗的U的质量。
能力提升练
题组一　核裂变的分析与计算
1.(2020北京门头沟高三一模,)下列核反应方程中,属于重核裂变的是 (　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
ANHe→OH
BU→ThHe
CHH→He
DUn→BaKr+n
2.(2020云南师大附中高三第五次月考,)铀核裂变的产物是多样的,一种典型的情形是生成钡和氪,同时放出3个中子,核反应方程是UnBaKr+n,以下说法正确的是 (　　)
A.该反应质量数守恒,没有质量亏损
B.U的中子数比Ba的多91个
C.U的比结合能比Ba的大
D.Ba的结合能比Kr的大
3.(2020山西长治第二中学高二月考,)2019年4月1日,在中国核能可持续发展论坛上,生态环境部介绍2019年会有核电项目陆续开工建设。某核电站获得核能的核反应方程为nKr+n,已知铀核U的质量为m1,钡核Ba的质量为m2,氪核Kr的质量为m3,中子n的质量为m4,下列说法中正确的是 (　　)
A.该核电站通过核聚变获得核能
B.铀核的质子数为235
C.在上述核反应方程中x=3
D.一个铀核发生上述核反应,释放的能量为(m1-m2-m3-m4)c2
4.(2021广东深圳蛇口育才中学高三模拟,)日本福岛核电站泄漏事故再升级,日本政府准备将大量受污染的核废水直接排入大海,遭到了来自日本国内乃至全世界人民的反对,核废水中含有大量无法中和的放射性氚,氚能通过β衰变放射出β射线,半衰期大约为12.5年,氚同时也是轻核聚变的重要原料,一个氘核与一个氚核结合成一个氦核时(同时放出一个粒子),辐射出一个γ光子。下列说法正确的是 (　　)
AHHHe+n+γ,此方程中 x=1,且此反应属于α衰变
B.聚变后核子平均质量会减小He的结合能大于H和H的结合能之和
C.20个氚核发生β衰变时,经过25年,大约还有5个氚核未发生衰变
D.氚发生β衰变时,β射线来自原子核外的电子电离
5.(2020三湘名校教育联盟高三第二次大联考,)中国核学会发布消息称,截至2019年6月底,中国大陆在运核电机组47台,装机容量4 873万千瓦,位居全球第三。铀核U)是获得核能的主要原料之一,其中一种核反应方程为Un→XSr+n,并释放核能,下列说法正确的是 (　　)
A.该核反应是重核裂变,产物的结合能之和大于铀核U)的结合能
B.该核反应在中子的轰击下发生,核反应为人工转变
C.X原子核中的核子数为140个,中子数为84个
D.因为裂变时释放能量,根据E=mc2,所以裂变后的总质量数减少
题组二　核聚变的分析与计算
6.(2021天津高三三模,)(多选)2020年12月,我国自主研制的新一代“人造太阳”——“中国环流器二号M”装置首次成功放电,标志着我国核物理发展取得重大突破。“人造太阳”中的核反应方程为HHHe+X。下列说法正确的是 (　　)
A.该核反应是核聚变反应,聚变反应能释放巨大的能量
B.该核反应是核裂变反应,核反应方程式中的X是中子
C.人造太阳释放的能量大小的计算公式是ΔE=Δmc2
D.核反应表明,原子核越重,比结合能越大
7.(2020北京西城高三下一模,)太阳释放的巨大能量来源于核聚变。一个氘核与一个氚核聚变成一个氦核的同时释放出一个中子,若氘核、氚核、氦核和中子的质量分别为m1、m2、m3和m4,真空中的光速为c,那么一个氘核和一个氚核发生核聚变时,释放的能量是 (　　)
A.(m1+m2-m3)c2 B.(m1+m2-m3-m4)c2
C.(m1+m2-m3)c D.(m1+m2-m3-m4)c
8.(2020江西靖安中学高二月考,)(多选)月球的表面长期受到宇宙射线的照射,使得“月壤”中的He含量十分丰富。科学家认为He是发生核聚变的极好原料,将来He也许是人类重要的能源,所以探测月球意义十分重大。关于He,下列说法正确的是 (　　)
AHe的原子核内有三个中子两个质子
BHe的原子核内有一个中子两个质子
CHe发生核聚变,放出能量,一定会发生质量亏损
DHe原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起
9.(2020江西靖安中学高二月考,)一个质子和两个中子聚变为一个氚核,已知质子质量mH=1.007 3 u,中子质量mn=1.008 7 u,氚核质量m=3.018 0 u(已知1 u=
931.5 MeV)。
(1)写出核聚变方程;
(2)释放出的核能多大
(3)平均每个核子释放的能量是多大
答案全解全析
第5章　原子核与核能
第4节　核裂变和核聚变
第5节　核能的利用与环境保护
基础过关练
1.A　重核裂变成两个或多个中等质量的原子核,质量减少,释放出能量,A正确,B、C、D错误。
2.A　由质量数守恒和核电荷数守恒知:235+1=a+94+2×1,92=b+38,解得:a=140,b=54,其中a为X的质量数,b为X的核电荷数,X核中的中子数为:a-b=140-54=86,由此可知A对,B错;裂变释放能量,由质能关系可知,其总质量减少,但质量数守恒,故C、D均错。
3.C　铀235裂变时的质量亏损为Δm=M+m-m1-m2-10m=M-m1-m2-9m,由质能方程可得ΔE=Δmc2=(M-m1-m2-9m)c2,C正确。
4.B　核聚变反应中产生新的原子核,同时由于发生了质量亏损,会有核能的释放,这是人类利用核能的途径之一。目前核电站大多采用重核裂变的方法来释放核能发电,故B正确,A、C、D错误。
5.A　热核反应是指轻核结合为质量较重的核的反应,故A正确;B项中为发现质子的核反应。C项中为裂变反应,D项中为α衰变,均不属聚变反应,故B、C、D不正确。
6.D　6个中子和6个质子可结合成3个α粒子,放出能量为3×28.30 MeV=
84.9 MeV,3个α粒子再结合成一个碳核,放出7.26 MeV能量,故6个中子和6个质子结合成一个碳核时,释放能量为84.9 MeV+7.26 MeV=92.16 MeV,故D对。
7.答案　见解析
解析　该反应的核反应方程为HHe+e。
由此可知,平均每个氢核反应释放出的能量为
E0= eV=7×105 eV
1 g氢核(即1 mol)所包含的氢核的个数为6.0×1023(个)
故1 g氢核完成此反应释放出的总能量为
E=7×105×6.0×1023 eV=4.2×1029 eV。
8.B　核反应堆的核燃料一般是铀235,它具有很强的放射性,其衰变时放出的射线能对人体造成极大的伤害,在其外修建很厚的水泥墙就是为了防止放射线外泄,B正确。
9.A　目前已建成的核电站的能量来源于重核的裂变,重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核,A是裂变反应,A正确;B为β衰变,C是发现质子的反应,D是α衰变。
10.答案　(1n　3　[mU-(mBa+mKr+2mn)]·c2　(2)1 105 kg
解析　(1)依据核电荷数守恒和质量数守恒可判断X为中子n,且a=3,根据爱因斯坦的质能方程ΔE=Δmc2,即ΔE=[mU-(mBa+mKr+2mn)]·c2。
(2)因核电站的核能转化效率为40%
故核电站消耗U的功率为P'== kW=2.5×106 kW
则核电站每年消耗U所释放的能量为E=P't=2.5×106×103×3.15×107 J=
7.875×1016 J
故每年消耗U的质量为m=·mU=×390×10-27 kg≈1 105 kg。
能力提升练
1.D　A是发现质子的反应,属于人工核转变;B属于α衰变;C属于聚变方程;D属于重核裂变方程。
2.D　核反应质量数守恒,但此反应释放核能有质量亏损,故A错误;U的中子数为143Ba的中子数为88,中子数相差55,故B错误;重核裂变生成物的原子核更稳定,比结合能更大,故C错误;核子数越多,结合能越大,故D正确。
3.C　核电站获得核能的途径是核裂变,故A错误;铀核U的质子数为92,故B错误;根据质量数守恒可知x=3,故C正确;一个铀核U发生上述核反应,由质能方程可得ΔE=Δmc2=(m1+m4-m2-m3-3m4)c2=(m1-m2-m3-2m4)c2,故D错误。
4.B　由核电荷数及质量数守恒知HHHe+n+γ中x=1,该反应属于轻核聚变,A错误;该反应释放能量,所以聚变后核子平均质量会减小He的结合能大于H和H的结合能之和,B正确;半衰期是个统计概念,对象是大量的原子核,对于个别原子核是无法确定其衰变的,C错误;氚发生β衰变时,β射线是一个中子变成质子时产生的,D错误。故选B。
5.A　结合质量数守恒与核电荷数守恒可知,铀核裂变的产物为氙核和锶核,并会释放能量,则裂变产物的结合能之和一定大于铀核的结合能,故A正确;该核反应为重核裂变,不是人工转变,故B错误;X原子核中的核子数为(235+1)-(94+2)=140个,中子数为140-(92-38)=86个,故C错误;裂变时释放能量,出现质量亏损,但是总质量数不变,故D错误。
6.AC　由质量数守恒和核电荷数守恒可得HHHen,即X为中子;该反应为核聚变反应,反应过程中会释放巨大的能量,故A正确、B错误。核聚变释放的能量可用质能方程ΔE=Δmc2进行计算,故C正确;核聚变中轻核聚变生成较重的核,要向外释放能量,生成的重核比结合能更大,原子核更稳定;但是当原子核达到一定大小时,比结合能开始变小,故D错误。故选C。
7.B　核反应方程为HHHen,故反应前后质量损失为Δm=m1+m2-m3-m4根据质能方程可得放出的能量为E=Δmc2=(m1+m2-m3-m4)c2,故B正确,A、C、D错误。
8.BCHe是氦元素的一种同位素,质量数是3,核电荷数是2,原子核内有两个质子和一个中子,故A错误,B正确;发生核聚变放出能量就会有质量亏损,故C正确;原子核内的核子是靠核力紧密结合在一起的,而不是靠万有引力紧密结合在一起的,故D错误。
9.答案　(1)H+2nH　(2)6.24 MeV　(3)2.08 MeV
解析　 (1)核聚变方程为H+nH
(2)质量亏损为Δm=mH+2mn-m=(1.007 3+2×1.008 7-3.018 0)u=0.006 7 u
释放的核能为ΔE=Δmc2=0.006 7×931.5 MeV≈6.24 MeV
(3)平均每个核子放出的能量为E== MeV=2.08 MeV