1、2 2 放射性元素的衰变放射性元素的衰变 学科素养与目标要求 物理观念： 1.了解衰变的概念， 知道放射现象的实质就是原子核的衰变.2.了解半衰期的概念， 知道半衰期的统计意义 科学思维：1.能利用半衰期进行简单的计算.2.知道两种衰变的实质，会利用衰变规律写出衰 变方程 一、原子核的衰变 1定义：原子核放出 粒子或 粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了， 变成另一种原子核，我们把这种变化称为原子核的衰变原子核衰变时电荷数和质量数都守 恒 2衰变类型 (1) 衰变： 原子核放出 粒子的衰变进行 衰变时，质量数减少 4，电荷数减少 2，238 92U 的 衰变方 程：238 92U
2、234 90Th 4 2He. (2) 衰变： 原子核放出 粒子的衰变进行 衰变时，质量数不变，电 荷数增加 1，234 90Th 的 衰变方程： 234 90Th 234 91Pa 0 1e. 3衰变规律：电荷数守恒，质量数守恒 二、半衰期 1定义：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半衰期公式：N余 1 2 t N 原 ，m 余 1 2 t m 原 ，其中 为半衰期
3、 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) 衰变是原子核外电子的电离( ) (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_ 答案 m 16 解析
4、根据半衰期公式 m余 1 2 t m 原 ，将题目中的数据代入可知 m余 32 8 1 2 m m 16. 一、原子核的衰变规律与衰变方程 如图为 衰变、 衰变示意图 (1)当原子核发生 衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？ (2)当发生 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？ 答案 (1) 衰变时，质子数减少 2，中子数减少 2. (2) 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 1衰变类型、实质与方程 (1) 衰变：A ZX A4 Z2Y 4 2He 实质：原子核中，2 个中子和 2 个质子结合得比较牢固，有时
5、会作为一个整体从较大的原子 核中被释放出来，这就是放射性元素发生的 衰变现象 如：238 92U 234 90Th 4 2He. (2) 衰变：A ZX A Z+1Y 0 -1e. 实质：原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即 粒子，使电荷数增加 1， 衰变 不改变原子核的质量数，其转化方程为：10n11H 0 -1e. 如：234 90Th 234 91Pa 0 1e. (3) 射线经常是伴随 衰变和 衰变产生的 实质：发生 衰变或 衰变后的原子核处于激发态，在向低能级跃迁时以 光子的形式向外 辐射能量 2衰变规律 衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒 例1 原子核238 92U经放射性
6、衰变变为原子核 234 90Th， 继而经放射性衰变变为原子核 234 91Pa， 再经放射性衰变变为原子核234 92U.放射性衰变、和依次为( ) A 衰变、 衰变和 衰变 B 衰变、 衰变和 衰变 C 衰变、 衰变和 衰变 D 衰变、 衰变和 衰变 答案 A 解析 根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点，238 92U 核与 234 90Th 核比较可知，衰 变的另一产物为42He， 所以衰变为 衰变， 选项 B、 C 错误； 234 91Pa 核与 234 92U 核比较可知， 衰变的另一产物为 0 1e，所以衰变为 衰变，选项 A 正确，D 错误 例 2 238 92U 核经一
7、系列的衰变后变为 206 82Pb 核，问： (1)一共经过几次 衰变和几次 衰变？ (2)206 82Pb 与 238 92U 相比，质子数和中子数各少了多少？ (3)综合写出这一衰变过程的方程 答案 (1)8 6 (2)10 22 (3)238 92U 206 82Pb8 4 2He6 0 1e 解析 (1)设238 92U 衰变为 206 82Pb 经过 x 次 衰变和 y 次 衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可 得 2382064x 92822xy 联立解得 x8，y6. 即一共经过 8 次 衰变和 6 次 衰变 (2)由于每发生一次 衰变质子数和中子数均减少 2，每发生一次 衰变，而质
8、子数增加 1， 故206 82Pb 较 238 92U 质子数少 10，中子数少 22. (3)衰变方程为238 92U 206 82Pb8 4 2He6 0 1e. 1衰变方程的书写：衰变方程用“”，而不用“”表示，因为衰变方程表示的是原子核 的变化，而不是原子的变化 2衰变次数的判断技巧 (1)方法：设放射性元素A ZX 经过 n 次 衰变和 m 次 衰变后，变成稳定的新元素 A ZY，则衰变 方程为： A ZX A ZYn 4 2Hem 0 1e 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程： AA4n，ZZ2nm. (2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定 衰变的次数(这是因为 衰
9、变的 次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定 衰变的次数 针对训练 在横线上填上粒子符号和衰变类型 (1)238 92U 234 90Th_，属于_衰变 (2)234 90Th 234 91Pa_，属于_衰变 (3)210 84Po 210 85At_，属于_衰变 (4)66 29Cu 62 27Co_，属于_衰变 答案 (1)42He (2) 0 1e (3) 0 1e (4)42He 解析 根据质量数和电荷数守恒可以判断：(1)中生成的粒子为42He，属于 衰变(2)中生成 的粒子为 0 1e，属于 衰变(3)中生成的粒子为 0 1e，属于 衰变(4)中生成的粒子为42He，属
10、于 衰变 二、半衰期的理解和有关计算 1 什么是半衰期？对于某个或选定的几个原子核能根据该种元素的半衰期预测它的衰变时间 吗？ 答案 半衰期是某种放射性元素的大量原子核有半数发生衰变所用的时间半衰期是统计规 律，故无法预测单个原子核或几个特定原子核的衰变时间 2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？ 答案 半衰期是大量放射性元素的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，所以这种 说法不对 1对半衰期的理解：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的
11、物理量不同的放射性元素，半衰 期不同，有的差别很大 2半衰期公式 N余 1 2 t N 原 ，m余 1 2 t m 原 式中 N原、m原分别表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N余、m余分别表示衰变后尚 未发生衰变的放射性元素的原子核数和质量，t 表示衰变时间， 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 确定何时发生衰变，因此，半衰期只适用于大量的原子核的衰变 4影响因素 半衰期是放射性元素的一种性质，只与原子核本身的性质有关，其衰变的快慢是由原子核内 部因素决定的，与其所处的化学状态和外部条件无关，即一种放射性元素，不管它以
12、单质存 在还是以化合物的形式存在，或者对它加压，或者提高它的温度，都不能改变其半衰期 5应用：利用半衰期非常稳定的特点，可以测算其衰变过程，推算时间等 例 3 (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该元素原子核的总质量减半所需要的时间 答案 BD 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做这种元素的半衰期，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
13、元素的原子核的总质 量也减半，故选项 B、D 正确 例 4 (多选)14C 发生放射性衰变成为 14N，半衰期约 5 700 年已知植物存活期间，其体内 14C 与12C 的比例不变；生命活动结束后，14C 的比例持续减小现通过测量得知，某古木样 品中 14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一下列说法正确的是( ) A该古木的年代距今约 5 700 年 B12C、13C、14C 具有相同的中子数 C14C 衰变为 14N 的过程中放出 射线 D增加样品测量环境的压强将加速 14C 的衰变 答案 AC 解析 因古木样品中 14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为
14、一个半衰期，即该古木的年代距今约为 5 700 年，选项 A 正确；12C、13C、14C 具有相同的质 子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项 B 错误；根据核反应方程可知，14C 衰变为 14N 的过程中放出电子，即放出 射线，选项 C 正确；外界环境不影响放射性元素的半衰期，选 项 D 错误. 1(衰变方程)下列表示放射性元素碘 131(131 53I) 衰变的方程是( ) A.131 53I127 51Sb42He B.131 53I 131 54Xe 0 1e C.131 53I 130 53I10n D.131 53I 130 52Te 1 1H 答案 B 解析 衰变是原子核自发
15、地释放一个 粒子(即电子)产生新核的过程， 原子核衰变时质量数 与电荷数都守恒，结合选项分析可知，选项 B 正确 2 (衰变次数的计算)重水堆核电站在发电的同时还可以产生可供研制核武器的钚 239(239 94Pu)， 钚 239 可由铀 239(239 92U)经过 n 次 衰变而产生，则 n 为( ) A2 B239 C145 D92 答案 A 解析 衰变规律是质量数不变，质子数增加 1.239 94Pu 比 239 92U 质子数多 2，所以发生 2 次 衰变，A 对 3(半衰期的理解)下列有关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的时间越短，
16、衰变速度越快 B放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素半衰期也变长 C把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速度 D降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度 答案 A 解析 放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，它反映了 放射性元素衰变速度的快慢，半衰期越短，则衰变越快；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、化学状态无关，故 A 正确，B、C、D 错误 4(半衰期的相关计算)一个氡核222 86Rn 衰变成钋核 218 84Po，并放出一个 粒子，其半衰期 T 3.8 天 (1)写出该核反应方程； (2)求 32 g 氡经过多少天衰变还剩余 1 g 氡 答案 (1)222 86Rn 218 84Po 4 2He (2)19 解析 (1)根据衰变过程中质量数和电荷数守恒可知： 该核反应的方程是222 86Rn 218 84Po 4 2He. (2)根据半衰期公式可知，m余 1 2 t T m ，解得 t3.8 天519 天