4.2 核裂变 同步练习 (含答案解析) (1)

4.2
核裂变
同步练习
1．关于我国已建成的秦山和大亚湾两座核电站，下面说法中正确的是(　　)
A．它们都是利用核裂变释放原子能的
B．它们都是利用核聚变释放原子能的
C．一座是利用核裂变释放原子能，一座是利用核聚变释放原子能
D．两者的核燃料都是纯铀235
【解析】　现在所有的核电站都是用核裂变释放原子能的．
【答案】　A
2．关于原子核反应堆，下面哪种说法是正确的(　　)
A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能
B．镉棒的作用是控制反应堆的功率
C．石墨的作用是吸收中子
D．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热量
【解析】　核燃料即为用浓缩铀制成的铀棒，铀棒裂变时释放核能；镉棒具有很强的吸收慢中子的能力，通过控制镉棒插入的深度来控制链式反应的速度，即可控制反应堆的功率；石墨的作用是使裂变产生的快中子减速成为慢中子；冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热量．则A、B、D正确，C错误．
【答案】　ABD
3．(2013·三亚检测)核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它的组成部分有(　　)
A．原子燃料，减速剂，冷却系统和控制调节系统
B．原子燃料，减速剂，发热系统和传热系统
C．原子燃料，减速剂，碰撞系统和传热系统
D．原子燃料，中子源，原子能存聚系统和输送系统
【答案】　A
4．铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是(　　)
A．反应堆中铀的质量是重要因素与体积无关
B．为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子
C．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生
D．能否发生链式反应与铀块的质量无关
【解析】　要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须等于或大于临界体积，如果组成铀块的体积小于临界体积，则不会产生链式反应．裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确．
【答案】　C
5．一个92U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：92U＋n―→X＋Sr＋2n，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
【解析】　X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B错；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，由静质量变为动质量，但是其总质量数是不变的，C、D均错．
【答案】　A
6．(2013·漳州检测)一个铀235吸收一个中子后发生反应的方程式是：92U＋n―→54Xe＋Sr＋10n，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
【解析】　铀235裂变时的质量亏损：Δm＝M＋m－m1－m2－10m＝M－m1－m2－9m，由质能方程可得ΔE＝Δmc2＝(M－9m－m1－m2)c2.
【答案】　C
7．铀核裂变反应中的一个核反应方程为U＋n→Xe＋Sr＋10n，已知铀235的质量为235.043
9
u，中子的质量为1.008
7
u，锶90的质量为89.907
7
u，氙136的质量为135.907
2
u，则此核反应中(　　)
A．质量亏损为Δm＝(235.043
9＋1.008
7－89.907
7－135.907
2)
u
B．质量亏损为Δm＝(235.043
9＋1.008
7－89.907
7－135.907
2－10×1.008
7)
u
C．释放的总能量为ΔE＝(235.043
9＋1.008
7－89.907
7－135.907
2－10×1.008
7)×(3×108)2
J
D．释放的总能量为ΔE＝(235.043
9＋1.008
7－89.907
7－135.907
2－10×1.008
7)×931.5
MeV
【解析】　质量亏损是反应物与生成物质量之差，差值可用“u”或“kg”作单位，前者直接用1
u的质量亏损放出931.5
MeV的能量计算，后者核能的单位是J，故B、D正确．
【答案】　BD
8．1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196
MeV的能量，则1
g纯铀235完全发生核反应放出的能量为(NA为阿伏伽德罗常数)(　　)
A．NA×196
MeV
B．235
NA×196
MeV
C．235×196
MeV
D.×196
MeV
【解析】　由于1
mol的铀核质量为235
g,1
g铀235的摩尔数为，因此1
g铀235释放的能量E＝×196
MeV，故D正确．
【答案】　D
9．(2013·三明检测)U吸收一个慢中子后，分裂成Xe和Sr，还放出(　　)
A．1个α粒子　　　　　
B．3个中子
C．10个中子
D．10个质子
【解析】　由n＋U→Xe＋Sr＋X，根据反应规律知Z＝0，A＝10，由于Z＝0，放出的是中子，故N＝10.
【答案】　C
10．用中子轰击铀核(U)，其中一个可能的反应是分裂成钡(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，算出反应中释放的核能．
【解析】　此铀核裂变方程为
n＋U→Ba＋Kr＋3n，
则核反应前后的质量亏损为
Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝0.357
8×10－27
kg，
由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为
ΔE＝Δmc2＝0.357
8×10－27×(2.997
9×108)2
J＝3.215
7×10－11
J.
【答案】　n＋U→Ba＋Kr＋3n　3.215
7×10－11
J
11．1945年7月，为了加速日本军国主义的灭亡，促使日本早日无条件投降，美国在日本的广岛、长崎投下了两枚原子弹．落在日本广岛的原子弹，其爆炸释放的能量相当于2×104
t
TNT爆炸的能量(约8.4×1013
J)，由此可知该原子弹中铀235的质量是多少千克？(已知裂变的核反应方程U＋n→Ba＋Kr＋3n＋201
MeV，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023)
【解析】　由核反应方程知，一个铀核裂变能放出201
MeV的能量，1
mol铀核裂变放出的能量为
ΔE1＝6.02×1023×201
MeV＝1.936×1013
J
1
mol铀核的质量为0.235
kg，则原子弹中铀核的质量为m＝×0.235
kg＝×0.235
kg＝1.02
kg.
【答案】　1.02
kg
12．(2012·宁德检测)在所有能源中，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92U＋n―→56Ba＋Kr＋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＝________.以mU、mBa、mKr分别表示92U、56Ba、Kr核的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光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是多少？
(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放出的核能ΔE＝2.78×10－11
J，核的质量mU＝390×10－27
kg，求每年(1年＝3.15×107
s)消耗的92U的质量．
【解析】　(1)由反应方程可知：X为n，a为3，释放的能量为
ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2.
(2)因电站发电效率为40%，故电站消耗235U的功率为P′＝＝＝2.5×106
kW，
电站每年消耗235U的能量为W＝Pt＝2.5×109×3.15×107
J＝7.875×1016
J.
每年消耗235U的质量为
M＝mU＝
kg＝1
105
kg.
【答案】　(1)n　3　(mU－mBa－mKr－2mn)c2
(2)1
105
kg