2.放射性元素的衰变
课后训练 巩固提升
基础巩固
1.下列说法正确的是( )
A.α射线与γ射线都是电磁波
B.β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流
C.用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期
D.原子核经过衰变生成新核,则新核的质量总等于原核的质量
答案：C
解析：α射线不是电磁波,A错误。β射线是原子核的衰变产生的,B错误。半衰期不随其物理、化学状态而改变,C正确。由α衰变的衰变方程可知,D错误。
2.(多选)关于天然放射性,下列说法正确的是( )
A.所有元素都可能发生衰变
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.α、β和γ三种射线中,γ射线的穿透能力最强
答案：BCD
解析：原子序数小于83的元素有的可以发生衰变,有的不可以发生衰变,A错误。放射性元素的半衰期与元素所处的物理、化学状态无关,B、C正确。α、β、γ三种射线的穿透能力依次增强,D正确。
3.在下列核反应方程中:xLi2y;yNx+O;yBezC
x、y和z是3种不同的粒子,其中z是( )
A.α粒子
B.质子
C.中子
D.电子
答案：C
解析：把前两个方程化简,消去x,可知y是He,结合第三个方程,根据电荷数守恒、质量数守恒可知z是中子n。因此选项C正确。
4.Po的半衰期为138天,经过α衰变生成稳定的铅Pb),经过276天,100 g Po已衰变的质量为( )
A.25 g
B.50 g
C.75 g
D.100 g
答案：C
解析：100 g Po经1个半衰期衰变的质量为50 g,再经过1个半衰期衰变的质量为25 g,所以经过2个半衰期衰变的质量为75 g,C正确。
5.(多选)下列说法正确的是( )
A.Ra衰变为Rn要经过1次α衰变和1次β衰变
BU衰变为Pa要经过1次α衰变和1次β衰变
CTh衰变为Pb要经过6次α衰变和4次β衰变
DU衰变为Rn要经过4次α衰变和4次β衰变
答案：BC
解析：α衰变放出的粒子是He,β衰变放出的粒子是e,由电荷数守恒和质量数守恒,可知A、D错误,B、C正确。
6.氡222是一种天然放射性气体,被吸入后,会对人的呼吸系统造成辐射损伤。它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一。其衰变方程是RnPo+ 。已知Rn的半衰期约为3.8天,则约经过 天,
16 g的Rn衰变后还剩1 g。
答案：He 15.2
解析：根据核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒可得该反应的另一种生成物为He。
根据m余=m原=4 解得t=3.8×4天=15.2天。
能力提升
1.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.
答案：C
解析：根据半衰期公式m0,将题目中的数据代入可得C正确。
2.下面列出的是一些核反应方程PSi+X,Be+B+YHeHeLi+Z。其中( )
A.X是质子,Y是中子,Z是正电子
B.X是正电子,Y是质子,Z是中子
C.X是中子,Y是正电子,Z是质子
D.X是正电子,Y是中子,Z是质子
答案：D
解析：依据核反应方程中质量数守恒和电荷数守恒,可得出选项D正确。
3.A、B两种放射性元素原来都静止在同一匀强磁场中,磁场方向如图所示,其中一个放出α粒子,另一个放出β粒子,α与β粒子的运动方向跟磁场方向垂直,图中a、b、c、d分别表示α粒子、β粒子以及两个剩余核的运动轨迹,则( )
A.a为α粒子轨迹,c为β粒子轨迹
B.b为α粒子轨迹,d为β粒子轨迹
C.b为α粒子轨迹,c为β粒子轨迹
D.a为α粒子轨迹,d为β粒子轨迹
答案：C
解析：两个相切的圆表示在相切点处时静止的原子核发生了衰变。由于无外力作用,动量守恒,所以原子核发生衰变后,新核与放出的粒子速度方向相反。若它们带相同性质的电荷,则它们所受的洛伦兹力方向相反,则轨道应是外切圆,故左图应该是原子核发生了α衰变。又因为r=,半径大的应该是电荷量小的α粒子的运动轨迹,故A、D错误。若它们所带电荷的性质不同,则它们的轨道应是内切圆。右图所示的轨迹是放出了与原子核电性相反的电荷,故应该是发生了β衰变。半径大的应该是电荷量小的电子的运动轨迹,故B错误,C正确。
4.14C是一种半衰期为5 730年的放射性同位素。若考古工作者探测到某古木中14C的含量为原来的,则该古树死亡时间距今大约( )
A.22 920年
B.11 460年
C.5 730年
D.2 865年
答案：B
解析：由m=m0,结合题目所给条件得=2,所以该古树死亡时间应该为2个14C的半衰期,即t=5 730年×2=11 460年,故正确答案为B。
5.(多选)钍Th具有放射性,它能放出一个新的粒子而变为镤Pa,同时伴随有γ射线产生,其方程为ThPa+X,钍的半衰期为24天。则下列说法正确的是( )
A.X为质子
B.X是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的
C.γ射线是镤原子核放出的
D.1 g钍Th经过120天后还剩0.312 5 g
答案：BC
解析：根据电荷数和质量数守恒知,钍核衰变过程中放出了一个电子,即X为电子,故A错误。发生β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子时产生的,故B正确。γ射线是镤原子核放出的,故C正确。钍的半衰期为24天,1 g钍Th经过120天即经过5个半衰期后还剩0.031 25 g,故D错误。
6.天然放射性铀U)发生衰变后产生钍Th)和另一个原子核。
(1)请写出衰变方程。
(2)若衰变前铀U)核的速度为v,衰变产生的钍Th)核的速度为,且与铀核速度方向相同,求产生的另一种新核的速度。
答案：(1UThHe
(2)v,方向与铀核速度方向相同
解析：(1)原子核衰变时电荷数和质量数都守恒,有UThHe。
(2)由(1)知新核为氦核,设一个核子的质量为m,则氦核的质量为4m、铀核的质量为238m、钍核的质量为234m,设氦核的速度为v'。
由动量守恒定律,得238mv=234m·+4mv'
解得v'=v,方向与铀核速度方向相同。(共37张PPT)
2.放射性元素的衰变
第五章
2022
内容索引
01
02
03
自主预习 新知导学
合作探究 释疑解惑
课堂小结
04
随堂练习
课标定位
素养阐释
1.知道放射现象的实质是原子核的衰变。
2.了解半衰期的概念,能利用半衰期进行简单的计算。能运用衰变规律写出衰变方程。
3.了解核反应及放射性同位素的应用,知道人类生活在放射性的环境中,使用放射性同位素时,要注意自身安全。
1.通过原子核的衰变的学习,形成物理观念。
2.通过衰变方程的书写和半衰期的计算培养科学思维。
自主预习 新知导学
3.原子核自发地发生变化,有几种方式 遵循什么规律 原子核发生衰变的实质是什么
答案：有α衰变和β衰变两种方式,衰变前后遵循电荷数和质量数守恒。α衰变的实质是原子核内的2个质子和2个中子结合成一个α粒子放射出来,β衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子,其中电子放射出来。可见,放射出的α粒子和β粒子是原子核内的质子或中子转化而成的。
二、半衰期
1.概念: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 ,不适用于少数原子核的衰变。
4.某种放射性元素的半衰期对少数原子核发生衰变有意义吗
答案：没有。只对大量原子核有意义,对少数原子核没有意义,某一个原子核何时发生衰变是未知的。
三、核反应 放射性同位素及其应用 辐射与安全
1.原子核在其他粒子的轰击下产生 新原子核 或者发生状态变化的过程,称为核反应。人类第一次实现的原子核的人工转变的核反应方程为
2.在核反应中, 质量数 守恒、电荷数 守恒。
3.放射性同位素的应用:射线测厚仪、放射治疗、培优、保鲜、示踪原子。
4.辐射与安全:人类一直生活在放射性的环境中。过量的射线对人体组织有破坏作用。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)原子核在衰变时,它在元素周期表中的位置不变。( )
(2)发生β衰变是原子核中的电子发射到核外。( )
(3)同种放射性元素,在化合物中的半衰期比在单质中长。( )
(4)把放射性元素放在低温处,可以减缓放射性元素的衰变。( )
(5)放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关,它是一个统计规律,只对大量的原子核才适用。( )
(6)氡的半衰期是3.8天,若有4个氡原子核,则经过7.6天后只剩下一个氡原子核。( )
√
×
×
×
×
×
2.(1)如何根据新、旧原子核的电荷数和质量数判断发生的衰变是否为α衰变
(2)发生β衰变时,电荷数和质量数如何变化
答案：(1)新原子核的电荷数比原来减少2,质量数比原来减少4,发生的衰变是α衰变。
(2)发生β衰变时,电荷数增加1,质量数不变。
合作探究 释疑解惑
知识点一
原子核的衰变规律与衰变方程
【问题引领】
1.当原子核发生α衰变时,原子核的质子数和中子数如何变化
2.当发生β衰变时,新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少 新核在元素周期表中的位置怎样变化
提示：1.发生α衰变时,质子数减少2,中子数减少2。
2.发生β衰变时,新核的核电荷数增加1,新核在元素周期表中的位置向后移动一位。
【归纳提升】
画龙点睛 衰变方程通式
【典型例题】
【例题1】 核经一系列的衰变后变为 核,问:
(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变
(2) 核和 核相比,质子数和中子数各少多少
(3)写出这一衰变过程的方程。
答案：(1)8次 6次
(2)10 22
(3)见解析
解析：(1)设 衰变为 经过x次α衰变和y次β衰变,
由质量数守恒和电荷数守恒可得238=206+4x 92=82+2x-y
联立解得x=8,y=6,即一共经过8次α衰变和6次β衰变。
(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2,每发生一次β衰变中子数减少1,而质子数增加1,故 核较 核质子数少10,中子数少22。
(3)核反应方程为
科学思维 (1)衰变方程的书写:衰变方程用“ ”,而不用“ ”表示,是因为衰变方程中核的变化是不可逆的。
(2)衰变次数的判断技巧
①衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒。
②每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2。
③每发生一次β衰变中子数减少1,质子数增加1。
【变式训练1】 (多选)对天然放射现象,下列说法正确的是( )
A.α粒子带正电,所以α射线一定是从原子核中射出的
B.β粒子带负电,所以β射线有可能是核外电子
C.γ粒子是光子,所以γ射线有可能是由原子发光产生的
D.α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的
解析：α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合成一个氦核放出;β衰变的实质是原子核中的一个中子变成一个质子和一个电子,然后释放出电子;γ射线伴随α衰变或β衰变的产生而产生。所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的。
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【问题引领】
知识点二
半衰期
某放射性元素的半衰期为4天,若有10个这样的原子核,经过4天后还剩5个,这种说法对吗
提示：这种说法不对。半衰期是放射性元素的大量原子核衰变时所遵循的统计规律,不能用于少量的原子核发生衰变的情况,因此,经过4天后,10个原子核有多少发生衰变是不能确定的。
【归纳提升】
1.半衰期:表示放射性元素衰变的快慢的规律。
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,τ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。
画龙点睛 半衰期属于大量原子核发生衰变过程中的统计规律,对于少数原子核不成立。
【典型例题】
【例题2】 (多选)关于放射性元素的半衰期,下列说法正确的是( )
A.原子核全部衰变所需要的时间的一半
B.原子核有半数发生衰变所需要的时间
C.相对原子质量减少一半所需要的时间
D.元素质量减半所需要的时间
解析：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间叫作这种元素的半衰期,它与原子核全部衰变所需要的时间的一半不同,放射性元素发生衰变后成为一种新的原子核,原来的放射性元素原子核的个数不断减少,当原子核的个数减半时,该放射性元素的原子核的总质量也减半,故选项B、D正确。
BD
科学思维 (1)半衰期由原子核内部自身的因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件无关。
(2)半衰期是一个统计规律,适用于对大量原子核衰变的计算,对于少数原子核不适用。
【变式训练2】 下列关于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要的时间越短,衰变速度越快
B.放射性元素的样品不断衰变,随着剩下的未衰变的原子核的减少,元素的半衰期也变短
C.把放射性元素放在密封的容器中,可以减慢放射性元素衰变的速度
D.降低温度或增大压强,让放射性元素与其他物质形成化合物,均可以减小该元素的衰变速度
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要的时间,它反映了放射性元素衰变的快慢,衰变越快,半衰期越短;某种元素的半衰期长短由其本身因素决定,与它所处的物理状态或化学状态无关,故选项A正确。
A
【问题引领】
知识点三
核反应及核反应方程
1.核反应的实质是什么 它符合哪些规律
2.如何实现原子核的人工转变
提示：1.核反应的实质是将一种原子核在其他粒子的轰击下转变成一种新的原子核,并产生新的粒子。在转变过程中符合质量数和电荷数守恒规律。
2.人为地用α粒子、质子、中子或光子去轰击一些原子核,可以实现原子核的转变。
【归纳提升】
1.核反应的条件
用α粒子、质子、中子,甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。
2.核反应的规律
质量数守恒,电荷数守恒。
3.原子核人工转变
卢瑟福发现质子的核反应方程
4.人工转变与衰变的比较
(1)不同点:人工转变是其他粒子与原子核相碰撞的结果,需要一定的装置和条件才能发生;而衰变是原子核的自发变化,它不受物理、化学条件的影响。
(2)相同点:人工转变与衰变过程一样,在发生过程中质量数与电荷数都守恒。
画龙点睛 原子核人工转变不属于化学变化。
【典型例题】
答案：见解析
科学思维 书写核反应方程时要注意:
(1)质量数守恒和电荷数守恒;
(2)中间用箭头,不能写成等号;
(3)核反应方程遵守质量数守恒而不是质量守恒,核反应过程中,一般会发生质量的变化。
【变式训练3】 用中子轰击氧原子核的核反应方程为
对式中X、a、b的判断正确的是( )
A.X代表中子,a=17,b=1
B.X代表电子,a=17,b=-1
C.X代表正电子,a=17,b=1
D.X代表质子,a=17,b=1
解析：根据质量数、电荷数守恒可知a=17,b=8+0-7=1,因此X可表示为
为正电子,故C正确,A、B、D错误。
C
课堂小结
随堂练习
1.(α衰变、β衰变的实质)(多选)关于天然放射现象,下列说法正确的是( )
A.α射线由氦原子核衰变产生
B.β射线由原子核外电子电离产生
C.β射线是从原子核中放射出来的
D.通过化学反应不能改变物质的放射性
解析：α射线是由原子核同时放出两个质子和两个中子产生的,选项A错误。β射线是由原子核内中子转化为质子和电子而放出的,选项B错误,选项C正确。放射性是原子核的固有属性,不受外界影响,选项D正确。
CD
D
解析：新核的质量数为M'=M-12,故A、B错误。电荷数Z'=Z-6+2=Z-4,故C错误,D正确。
本 课 结 束
