第十九章 第6节 核裂变
练能力、课后提升
一、选择题
1．(多选)目前我国已经建成秦山和大亚湾核电站并投入使用，请根据所学物理知识，判断下列说法中正确的是( )
A．核能发电对环境的污染比火力发电要小
B．核能发电对环境的污染比火力发电要大
C．都只利用核裂变释放大量的原子能
D．既有核裂变，又有核聚变释放大量的原子能
解析：选AC 目前核电站都用核裂变，其原料是铀，且污染程度小，核燃料是一种比较清洁的能源，故A、C正确，B、D错误．
2．(多选)(2019·正定中学期中)2017年11月17日，“中国核潜艇之父”——黄旭华获评全国道德模范，颁奖典礼上，习总书记为他“让座”的场景感人肺腑，下列有关核反应的说法错误的是( )
A．目前核潜艇是利用重核裂变提供动力
B．重核裂变反应前后一定有质量亏损
C.U＋n→U＋Sr＋dn式中d＝1
D．铀核裂变后的新核比铀核的比结合能小
解析：选CD 目前核潜艇是利用重核裂变提供动力，选项A正确；重核裂变要释放核能，则反应前后一定有质量亏损，选项B正确；根据质量数和电荷数守恒可知，该核反应中的d＝2，选项C错误；铀核不如裂变后生成的新核稳定，可知铀核的比结合能比裂变后生成的新核的比结合能小，选项D错误．
3．快中子增殖反应堆是一种新型的核反应堆，运行时一方面消耗裂变燃料Pu，一方面又生成Pu，真正消耗的是在热中子反应堆中不能利用的且在天然铀中占99.2%以上的U.在反应堆中，U吸收Pu裂变反应释放的快中子后变成U，U很不稳定，经过β衰变后变成Pu，则下列说法正确的是( )
A.U与U的中子数相同
B.U比Pu少一个中子
C．该核反应堆输出能量的反应是聚变反应
D.U衰变成Pu时经过2次β衰变
解析：选D 同位素是具有相同的质子数和不同的中子数，故A错误；U有146个中子，Pu有145个中子，故B错误；该核反应堆输出能量的反应为裂变反应，故C错误；根据质量数和电荷数守恒可知，U经过2次β衰变生成Pu，故D正确．
4．(多选)以色列对加沙地带的哈马斯组织发动了代号为“铸铅”的军事打击行动，轰炸了加沙的大型工程设施，据报道，以色列在为期20多天的以巴军事战争中使用了白磷弹和贫铀弹．其中贫铀弹是从金属铀中提炼铀235以后的副产品，其主要成分是铀238.贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大而且残留物可长期危害环境，下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是( )
A．爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害
B．爆炸后的弹片不会对人体产生危害，对环境产生长期危害
C．铀238的衰变速度很快
D．铀的半衰期很长
解析：选AD 天然放射现象周期很长，会对环境和生物造成长期的影响，故选项A、D正确，B、C错误．
5．(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应为U＋n→Ba＋Kr＋3n，下列说法正确的有( )
A．上述裂变反应中伴随着中子放出
B．铀块体积小于临界体积时链式反应才能发生
C．铀核的链式反应可人工控制
D．铀核的放射性对人体无害
解析：选AC 上述裂变反应产生了3个中子，A选项正确；铀块体积达到临界体积才能发生链式反应，B选项错误；铀核的链式反应可以通过控制棒进行人工控制，C选项正确；放射性物质有辐射，对人体有伤害，D选项错误．
6．(2018·雅安市高三检测)铀原子核既可发生衰变，也可发生裂变．其衰变方程为U→Th＋X，裂变方程为U＋n→Y＋Kr＋3n，其中U、n、Y、Kr的质量分别为m1、m2、m3、m4，光在真空中的传播速度为c.下列叙述正确的是( )
A.U发生的是β衰变
B．Y原子核中含有56个中子
C．若提高温度，U的半衰期将会变小
D．裂变时释放的能量为(m1－2m2－m3－m4)c2
解析：选D 根据衰变规律可知，U发生的是α衰变，A选项错误；根据电荷数守恒，质量数守恒可知，Y原子核中的电荷数为56，质量数为144，中子数为88，B选项错误；根据半衰期的规律可知，半衰期的大小与温度无关，C选项错误；根据爱因斯坦质能方程可知，释放的能量ΔE＝(m1－2m2－m3－m4)c2，D选项正确．
7．如图是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法中正确的是( )
A．铀235容易吸收快中子发生裂变反应
B．快中子跟慢化剂的原子核碰撞后的能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应
C．控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些
D．要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些
解析：选B 快中子容易与铀235“擦肩而过”，铀核不能“捉”住它，不能发生核裂变，快中子跟慢化剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应，选项B正确，A错误；控制棒由镉做成，镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，选项C、D错误．
8．(2018·启东中学期末)1个U吸收1个中子发生核反应时，大约放出200 MeV的能量，则1 g纯U完全发生核反应放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数)( )
A．NA×200 MeV B．235NA×200 MeV
C.×200 MeV D.×200 MeV
解析：选D U的摩尔质量M＝235 g/mol,1 g纯U含有的原子个数N＝，故放出的能量为×200 MeV，D正确．
9．(多选)用中子(n)轰击铀核(U)产生裂变反应，会产生钡核(Ba)和氪核(Kr)并释放中子(n)，当达到某些条件时可发生链式反应，一个铀核(U)裂变时，释放的能量约为200 MeV(1 eV＝1.6×10－19 J)，以下说法正确的是( )
A.U的裂变方程为U→Ba＋Kr＋n
B.U的裂变方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n
C.U发生链式反应的条件与铀块的体积有关
D．一个U裂变时，质量亏损约为3.6×10－28 kg
解析：选BCD U的裂变方程U＋n→Ba＋Kr＋3n，故A错误，B正确；当铀块体积大于临界体积时链式反应才发生，故C正确；1 u＝1.66×10－27 kg，又1 u相当于931.5 MeV，则200 MeV相当于0.214 7 u，故质量亏损Δm＝1.66×10－27×0.214 7 kg≈3.6×10－28 kg，故D正确．
10．(多选)一种典型的铀核裂变时生成钡和氪，同时放出3个中子，核反应方程是U＋X→Ba＋Kr＋3n，已知部分原子核的比结合能与核子数的关系如图所示，下列说法正确的是( )
A．核反应方程中，X粒子是中子
B．核反应方程中，X粒子是质子
C.U，Ba，Kr相比，Ba核的比结合能最大，它最稳定
D.U，Ba，Kr相比，U核的核子数最多，它的结合能最大
解析：选AD 根据铀核裂变的原理可知，铀核需要吸收一个中子后才会发生裂变，所以X一定是中子，A选项正确，B选项错误；分析比结合能随核子数变化的曲线可知，在铁原子核附近比结合能最大，然后随核子数的增大，比结合能减小，所以U，Ba，Kr相比，Kr核的比结合能最大，最稳定，C选项错误；原子核中核子数越多的结合能越大，故U，Ba，Kr相比，U核的核子数最多，它的结合能最大，D选项正确．
二、非选择题
11．每昼夜消耗220 g铀235的核电站，如果效率为25%，它能产生的电功率为多大？(每个铀核裂变时放出的能量是200 MeV，NA＝6.02×1023 mol－1)
解析：一昼夜消耗的铀所能产生的核能为
ΔE＝×6.02×1023×200×106×1.6×10－19 J
≈1.8×1013 J
电功率P＝η＝25%× W≈5.2×107 W.
答案：5.2×107 W
12．假设有一种放射线是由铀核U衰变成Th，并释放一种粒子产生的．
(1)写出U衰变为Th的方程式；
(2)已知铀核质量为3.853 131×10－25 kg，钍核的质量为3.786 567×10－25 kg，α粒子的质量为6.646 72×10－27 kg，求衰变释放的能量．
解析：(1)反应方程为U→Th＋He.
(2)ΔE＝Δmc2＝(mU－mTh－mα)c2，代入数据得
ΔE＝8.7×10－13 J.
答案：(1)U→Th＋He
(2)8.7×10－13 J
13．铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是U＋n→Ba＋Kr＋3n.
(1)试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量(U、Ba、Kr、n的质量分别为235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 u、1.008 7 u)；
(2)1 kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能？这相当于完全燃烧多少煤释放的能量？(煤的热值为2.94×107 J/kg)
解析：(1)裂变反应的质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－140.913 9－91.897 3－3×1.008 7)u＝0.215 3 u．一个铀235原子核裂变后释放的能量为ΔE＝Δmc2＝0.215 3×931.5 MeV≈200.6 MeV.
(2)1 kg铀235中含原子核的个数约为N＝×6.02×1023个≈2.56×1024个，1 kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量ΔEN＝N·ΔE＝2.56×1024×200.6 MeV≈5.14×1026 MeV.设煤的热值为q，煤的质量为m，有ΔEN＝qm，
所以m＝＝ kg
≈2 797.3 t.
答案：(1)200.6 MeV (2)5.14×1026 MeV 2 797.3 t
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