資源簡介

5.2放射性元素的衰變
知識梳理
一、原子核的衰變
1．定義：原子核自發地放出 或 ，而變成另一種原子核的變化。
2．衰變類型
(1)α衰變：
原子核放出α粒子的衰變。進行α衰變時，新核相對原來的核：質量數 ，電荷數 ，
U的α衰變方程：U→Th＋ 。
(2)β衰變：
原子核放出β粒子的衰變．進行β衰變時，新核相對原來的核：質量數 ，電荷數 ，
Th的β衰變方程：Th→Pa＋ 。
衰變規律： 守恒， 守恒。
4.衰變的實質
(1)α衰變的實質：2個 和2個 結合在一起形成α粒子，并被釋放出來。
(2)β衰變的實質：核內的 轉化為了一個 和一個 。
(3)γ射線：放射性的原子核在發生α衰變、β衰變時產生的 處于高能級，這時它要向低能級躍遷，并放出γ光子。
二、半衰期
1．定義：放射性元素的原子核有 發生衰變所需的時間。
2．特點
(1)不同的放射性元素，半衰期 ，甚至差別非常大。
(2)半衰期描述的是 ，不適用于少數原子核的衰變。
(3)放射性元素衰變的快慢是由 決定的，跟原子所處的化學狀態和外部條件 。
三、核反應
1．定義：原子核在其他粒子的轟擊下產生 或者發生狀態變化的過程。
2．原子核的人工轉變：盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，核反應方程N＋He→ ＋ 。
3．遵循規律： 守恒， 守恒。
四、放射性同位素及其應用
1．放射性同位素：具有 的同位素。
2．應用：(1)射線測厚儀：工業部門使用放射性同位素發出的射線來測厚度。
(2)放射治療 (3)培優、保鮮。
(4)示蹤原子：一種元素的各種同位素具有 化學性質，用放射性同位素代替非放射性的同位素后可以探測出原子到達的位置。
知識點一　原子核的衰變
例1． (多選)放射性元素U衰變有多種可能途徑，其中一種途徑是先變成Bi，而Bi可以經一次衰變變成(X代表某種元素)，也可以經一次衰變變成Tl，和Tl最后都變成Pb，衰變路徑如圖所示。則(　　)
A．a＝82，b＝211
B．Bi→是α衰變，Bi→Tl是β衰變
C．→Pb是α衰變，Tl→Pb是β衰變
D．Tl經過一次β衰變變成Pb
例2． U核經一系列的衰變后變為Pb核，問：
(1)一共經過幾次α衰變和幾次β衰變？
(2)Pb與U相比，質子數和中子數各少了多少？
(3)綜合寫出這一衰變過程的方程。
知識點二　半衰期
例3. 下列有關半衰期的說法中正確的是(　　)
A．16個某放射性元素的原子核經過兩個半衰期后，會有12個原子核發生衰變
B．半衰期是放射性元素有半數核子發生衰變所需要的時間
C．一塊純凈的放射性元素礦石，經過一個半衰期后，礦石總質量僅剩下一半
D．放射性元素在高溫和高壓下，半衰期變短，在與其他物質組成化合物時半衰期要變長
例4. 已知釷234的半衰期24 d，1g釷234經過120 d后還剩多少？若已知鉍210的半衰期是5 d，經過多少天后，20 g鉍210還剩1.25 g
知識點三　核反應
例5. 完成下列核反應方程，并在相應方程后面標注出發現質子的核反應方程。
(1)N＋n→C＋________； (2)N＋He→O＋________；
(3)B＋n→________＋He； (4) Be＋He→________＋n； (5)Fe＋H→Co＋________。
知識點四　原子核衰變中的動量守恒定律
例6． (多選)如圖甲所示，國際原子能機構2007年2月15日公布了核輻射警示新標志，新標志為黑框紅底三角，內有一個輻射波標記：一個骷髏頭標記和一個逃跑的人形。現有甲、乙兩個原子核，原來都靜止在同一勻強磁場中，其中一個核放出一個α粒子，另一個核放出一個β粒子，得出圖乙所示的4條徑跡，則(　　)
A．磁場的方向一定垂直于紙面向里
B．甲核放出的是α粒子，乙核放出的是β粒子
C．a為α粒子的徑跡，d為β粒子的徑跡
D．b為α粒子的徑跡，c為β粒子的徑跡
課后鞏固
1．一個放射性原子核發生一次β衰變，則它的(　　)
A．質子數減少1，中子數不變 B．質子數增加1，中子數不變
C．質子數增加1，中子數減少1 D．質子數減少1，中子數增加1
2．下列表示放射性元素碘131(I)β衰變的方程是(　　)
A．I→Sb＋He B．I→Xe＋e
C．I→I＋n D．I→Te＋H
3. 放射性同位素釷232經多次α、β衰變，其衰變方程為Th→Rn＋xα＋yβ，其中(　　)
A．x＝1，y＝3 B．x＝2，y＝3 C．x＝3，y＝1 D．x＝3，y＝2
4．(多選)釷Th具有放射性，它能放出一個新的粒子而變為鏷Pa，同時伴隨有γ射線產生，其方程為Th→Pa＋X，釷的半衰期為24天，則下列說法中正確的是(　　)
A．X為電子
B．X為質子
C．X是釷核中的一個中子轉化成一個質子時產生的
D．1g釷Th經過120天后有0.96875gTh發生衰變
5．2019年是世界上首次實現元素人工轉變100周年。1919年，盧瑟福用氦核轟擊氮原子核，發現產生了另一種元素，該核反應方程可寫為：He＋N→X＋Y，以下判斷正確的是(　　)
A．m＝16，n＝1 B．m＝17，n＝1 C．m＝16，n＝0 D．m＝17，n＝0
6．(多選)關于人工放射性同位素，下列說法正確的是(　　)
A．人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物質的半衰期長很多
B．人工放射性同位素的放射強度容易控制
C．人工放射性同位素的γ射線能進行金屬探傷
D．使用人工放射性同位素也要遵守操作規程，防止放射性同位素對空氣、水源、用具等的污染
7．(多選)在放射性同位素的應用中，下列做法正確的是(　　)
A．應該用α射線探測物體的厚度
B．細胞分裂越快的組織對射線的耐受能力就越弱，所以可以用射線治療癌癥
C．放射育種利用γ射線照射種子使遺傳基因發生變異
D．在研究農作物合理施肥中可以用放射性同位素作為示蹤原子
8. 寫出下列原子核人工轉變的核反應方程。幾種元素的原子序數(N：7 ； Mg：12 ； P：15 )
(1)Na(鈉核)俘獲1個α粒子后放出1個質子：
(2)Al(鋁核)俘獲1個α粒子后放出1個中子：
(3)O(氧核)俘獲1個中子后放出1個質子：
(4)Si(硅核)俘獲1個質子后放出1個中子：
9. 放射性同位素C被考古學家稱為“碳鐘”，它可以用來判定古生物的年代。宇宙射線中高能量中子碰撞空氣中的氮原子后，就會形成很不穩定的C，它很容易發生β衰變，變成一個新核，其半衰期為5730年。該衰變的核反應方程式為 。C的生成和衰變通常是平衡的，即生物活體中C的含量是不變的。當生物體死亡后，機體內C的含量會不斷減少。若測得一具古生物遺骸中C含量只有活體中的12.5%，則這具遺骸距今約有________年。
10．天然放射性鈾(U)發生衰變后產生釷(Th)和另一個粒子。
(1)請寫出衰變方程；
(2)若衰變前一鈾(U)核的速度為v，衰變產生的釷(Th)核的速度為，且與鈾核速度方向相同，試估算產生的另一個粒子的速度的大小及方向。
5.2　放射性元素的衰變 答案
知識梳理
一、1．α粒子 β粒子
2．(1)減少4 減少2 He
(2)不變 加1 e
3．電荷數 質量數
4.(1)中子 質子
(2)中子 質子 電子
(3)新核
二、1．半數
2．(1)不同
(2)統計規律
(3)核內部自身的因素 沒有關系
三、1．新原子核 2． O＋H 3．質量數
四、1．放射性
(4)相同的
知識點一　原子核的衰變
例1. 答案　CD解析　Bi經過一次衰變變成X，質量數沒有發生變化，為β衰變，即Bi→X＋e，解得a＝84；Bi經過
一次衰變變成Ti，核電荷數少2，為α衰變，即Bi→Tl→He，解得b＝206，故A、B錯誤．結合A、B可知X→Pb＋He，是α衰變；Tl→Pb＋e，是β衰變，故C、D正確。
例2．答案　(1)8　6　(2)10　22
(3)U―→Pb＋8He＋6e
解析　(1)設U衰變為Pb經過x次α衰變和y次β衰變，由質量數守恒和電荷數守恒可得238＝206＋4x① 92＝82＋2x－y②
聯立①②解得x＝8，y＝6
即一共經過8次α衰變和6次β衰變
(2)由于每發生一次α衰變質子數和中子數均減少2，每發生一次β衰變質子數增加1，中子數減1，故Pb較U質子數少10，中子數少22
(3)衰變方程為U―→Pb＋8He＋6e
知識點二　半衰期
答案　B解析　半衰期為統計規律，無法確定少數原子核的衰變情況，故A錯誤；；半衰期是放射性元素有半數核子發生衰變所需要的時間，故B正確；一塊純凈的放射性元素礦石，經過一個半衰期后，其中該放射性元素的原子的個數中剩下一半，但衰變后的產物仍然存在于礦石中，所以它的總質量要大于原來的一半，故C錯誤；放射性元素的半衰期由原子核內部因素決定，與所處的化學狀態和外部條件無關，故D錯誤
例4. 答案　 g　20 d
解析　設釷234衰變前的質量為M，半衰期為τ，衰變時間t后剩余的質量為m，則有m＝M()，代入數據解得m＝ g；設鉍210的質量為M′，半衰期為τ′，衰變時間t′后剩余的質量為m′，則有m′＝M′()，代入數據解得t′＝20 d。
知識點三　核反應
例5. 答案　(1) H (2)H，發現質子的核反應方程
(3) Li (4)C，發現中子的核反應方程 (5)n
例6. 答案　BD 解析　根據左手定則分析，磁場的方向無論是垂直紙面向里還是垂直紙面向外，在勻強磁場中的軌跡形狀一樣，A錯誤；衰變過程滿足動量守恒，粒子與新核的動量大小相等，方向相反，根據帶電粒子在磁場中運動不難分析，若軌跡為外切圓，則為α衰變，所以甲核放出的是α粒子，乙核放出的是β粒子，B正確；由于衰變過程動量守恒，初狀態總動量為零，所以末狀態兩粒子動量大小相等，又由R＝知半徑與電荷量成反比，所以b為α粒子的徑跡，c為β粒子的徑跡，C錯誤，D正確。
課后鞏固
1. 答案　C 解析　β衰變的實質是一個中子轉化成一個質子和一個電子，故中子數減少1，而質子數增加1，A、B、D錯誤，C正確。
2. 答案　B 解析　β衰變是原子核自發地釋放一個β粒子(即電子)產生新核的過程，原子核衰變時質量數與電荷數都守恒，結合選項分析可知，選項B正確。
3. 答案　D 解析　由質量數和電荷數守恒可得：
4x＋220＝232,2x－y＋86＝90，解得x＝3，y＝2，選D。
4. 答案　ACD 解析　根據電荷數和質量數守恒知，釷核衰變過程中放出了一個電子，即X為電子，故A正確，B錯誤；發生β衰變時釋放的電子是由釷核內一個中子轉化成一個質子時產生的，故C正確；釷的半衰期為24天，經過120天即經過5個半衰期，故1 g釷Th經過120天后還剩0.03125 g，有0.96875 g Th發生衰變，故D正確。
5. 答案　B
解析　根據核反應的質量數和電荷數守恒可得：4＋14＝m＋1,2＋7＝8＋n，解得m＝17，n＝1，故B正確。
6. 答案　BCD 解析　人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物質的短，故選項A錯誤；人工放射性同位素的放射強度容易控制，故選項B正確；人工放射性同位素的γ射線能進行金屬探傷，故選項C正確；使用人工放射性同位素也要遵守操作規程，防止對空氣、水源、用具等的污染，故選項D正確。
7. 答案　BCD 解析　γ光子的貫穿能力最強，應該用γ射線探測物體的厚度，故A錯誤；細胞分裂越快的組織對射線的耐受能力就越弱，所以可以用射線治療癌癥，故B正確；γ光子的貫穿能力最強，從而使DNA發生變異，所以放射育種利用γ射線照射種子使遺傳基因發生變異，故C正確；在研究農作物合理施肥中是以放射性同位素作為示蹤原子，故D正確。
8. 解析　根據核反應前后質量數守恒和電荷數守恒，有
(1)Na＋He→Mg＋H；(2)Al＋He→P＋n；
(3)O＋n→N＋H；(4)Si＋H→P＋n。
9. 答案　C→N＋e　17190
解析　發生β衰變，釋放電子，根據質量數守恒，電荷數守恒可知C→N＋e.
測得一具古生物遺骸中C含量只有活體中的12.5%，即，經過了3個半衰期，故這具遺骸距今約有5 730×3＝17 190年。
10. 答案　(1)U→Th＋He　(2)v，方向與鈾核速度方向相同
解析　(1)由原子核衰變時電荷數和質量數都守恒可得其衰變方程為：
U→Th＋He.
(2)由(1)知新核為氦核，設氦核的速度為v′，一個核子的質量為m，則氦核的質量為4m、鈾核的質量為238m、釷核的質量為234m，
由動量守恒定律，得238mv＝234m·＋4mv′，
解得v′＝v，方向與鈾核速度方向相同。

展開更多......

收起↑