1、第五章原子核第五章原子核 (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、单项选择题(本题 8 小题，每小题 3 分，共 24 分) 1下列关于原子或原子核的说法正确的是( ) A天然放射现象的发现揭示了原子具有核式结构 B温度升高，放射性元素的半衰期会减小 C原子核发生 衰变后，原子序数不变 D比结合能越大，原子核越稳定 答案 D 解析 天然放射现象的发现揭示了原子核具有复杂结构，选项 A 错误；外界环境对半衰期无影响，选项 B 错误；原子核发生 衰变后，原子序数增加 1，选项 C 错误；比结合能越大，原子核越稳定，选项 D 正确 2(2018 全国卷)1934 年，约里奥居里夫妇用 粒子轰击铝
2、核27 13Al，产生了第一个人工放射性核素 X： 27 13AlnX.X 的原子序数和质量数分别为( ) A15 和 28 B15 和 30 C16 和 30 D17 和 31 答案 B 解析 将核反应方程式改写成42He27 13Al 1 0nX，由电荷数守恒和质量数守恒知，X 应为 30 15X. 3(2020 广东高二月考)核电被视为人类解决能源问题的终极方案，我国在核电应用和研究方面目前都处于 国际一流水平，以下关于轻核聚变和重核裂变的说法正确的是( ) A经轻核聚变过程后核子的平均质量增大 B经重核裂变过程后原子核的比结合能减小 C经轻核聚变过程后原子核的比结合能增大 D目前我国核
3、电站还主要是利用轻核聚变释放的能量来发电 答案 C 解析 轻核聚变过程放出能量，有质量亏损，则经轻核聚变过程后核子的平均质量减小，原子核的比结合 能增大， 选项 A 错误， C 正确； 经重核裂变过程后， 由于放出核能， 则原子核的比结合能变大， 选项B 错误； 目前我国核电站利用重核裂变释放的能量来发电，选项 D 错误 4(2020 上海市高二月考)以下几个核反应中，X 代表 粒子的反应式是( ) A.94Be42He12 6CX B.234 90Th 234 91PaX C.21H31H10nX D.30 15P 30 14SiX 答案 C 解析 由核反应前后质量数和电荷数守恒知 A 中的
4、 X 的质量数是 1，电荷数是 0，X 是中子；B 中 X 的质 量数是 0，电荷数是1，X 是电子；C 中 X 的质量数是 4，电荷数是 2，X 是氦原子核，即 粒子；D 中 X 的质量数是 0，电荷数是 1，X 是正电子故选 C. 5(2020 长治市第二中学高二月考)某核电站获得核能的核反应方程为235 92U 1 0n 144 56Ba 89 36Krx 1 0n，已知铀 核235 92U 的质量为 m1，钡核 144 56Ba 的质量为 m2，氪核 89 36Kr 的质量为 m3，中子 1 0n 的质量为 m4，下列说法中正确 的是( ) A该核电站通过核聚变获得核能 B铀核的质子数
5、为 235 C在上述核反应方程中 x3 D一个铀核235 92U 发生上述核反应，释放的能量为(m1m2m3m4)c 2 答案 C 解析 该核电站获得核能的途径是核裂变，故 A 错误；铀核235 92U 的质子数为 92，故 B 错误；根据质量数守 恒可知 x3，故 C 正确；一个铀核235 92U 发生上述核反应，由质能方程可得：Emc 2(m 1m4m2m3 3m4)c2(m1m2m32m4)c2，故 D 错误 6 (2019 武汉市二月调研)据悉我国第四代先进核能系统之一的钍基熔盐堆核能系统(TMSR)研究已获重要突 破该反应堆以钍为核燃料，钍俘获一个中子后经过若干次 衰变转化成铀；铀的
6、一种典型裂变产物是钡 和氪，同时释放巨大能量下列说法正确的是( ) A钍核232 90Th 有 90 个中子，142 个质子 B铀核裂变的核反应方程为233 92U 1 0n 142 56Ba 89 36Kr3 1 0n C放射性元素衰变的快慢与核内部自身因素无关，由原子所处的化学状态和外部条件决定 D重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能减小 答案 B 解析 钍核232 90Th 有 90 个质子，142 个中子，故 A 错误；根据反应前后质量数守恒，电荷数守恒可知，故 B 正确；根据半衰期的特点可知，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，
7、故 C 错误；较重的核分裂成中等质量大小的核或较轻的核合并成中等质量大小 的核的过程中会释放一定的能量，所以核子的比结合能都会增大，故 D 错误 7(2020 六盘山高级中学高二期中)太阳能是一种清洁的能源，现在太阳能已广泛应用于科技和生活中太 阳能是由太阳内部激烈进行的多种核聚变反应而产生的，其中一种聚变反应是一个氘核(21H)和一个氚核(31H) 聚变产生一个氦核(42He)，下列关于太阳内部的这种核聚变反应的叙述正确的是( ) A该核聚变反应方程为21H31H42He01e B若氘核(21H)的结合能为 E1，氚核(31H)的结合能为 E2，氦核(42He)的结合能为 E3，则这个反应中
8、释放出的核 能为 EE3E1E2 C原子核聚变反应过程中释放出了核能，所以反应后原子核的质量数一定减少 D聚变反应是核子间距离很小时，这些核子在强大的库仑力和万有引力作用下紧密结合在一起的过程 答案 B 解析 核反应中的过程质量数守恒，电荷数守恒，21H 和31H 发生核反应，核反应方程为21H31H42He10n； 原子核聚变反应过程中释放出了核能，但反应前后原子核的质量数依然守恒，A、C 错误；释放的核能 E E3E2E1，B 正确；在核反应中，核子结合在一起靠的不是库仑力和万有引力，D 错误 8.(2020 会宁县第一中学高二月考)如图 1，匀强磁场中有一个静止的氡原子核(222 86R
9、n)，衰变过程中放出一个 粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个外切的圆，大圆与小圆的半径之比为 421，则氡核的衰变方程 是( ) 图 1 A.222 86Rn 222 87Fr 0 1e B.222 86Rn 218 84Po 4 2He C.222 86Rn 222 85At 0 1e D.222 86Rn 220 85At 2 1H 答案 B 解析 粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律，有：qvBmv 2 r ，故 rmv qB；粒子衰变过程中不 受外力，系统动量守恒，故生成的两个粒子的动量等大、反向，故：rmv qB 1 q；大圆与小圆的半径之比为 421， 故生成的两个粒子
10、的电荷量之比为 142； 根据电荷数守恒， 生成物是 粒子， 则衰变方程应该是222 86 Rn218 84Po 4 2He，B 正确 二、多项选择题(本题 4 小题，每小题 4 分，共 16 分) 9关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是( ) A做示踪原子是利用放射性同位素的贯穿能力很强的性质 B做示踪原子是利用放射性同位素放出射线可被仪器探测的特点 C 射线探伤利用了 射线贯穿能力很强的性质 D 射线探伤利用了 射线电离能力很强的性质 答案 BC 解析 做示踪原子是利用了放射性同位素的射线可以被仪器探测的特点； 射线探伤是利用了 射线贯穿能 力很强的性质，故 B、C 正确 10(20
11、20 赤峰二中高二月考)对于爱因斯坦提出的质能方程 Emc2，下列说法正确的是( ) A获得一定的能量，质量也相应的增加一定的值 B物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系 C根据 Em c2，可知质量减少能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量 D根据 Em c2可以计算核反应中释放的核能 答案 AD 解析 根据 Em c2知，物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值，故 A 正确；根据质能方 程知，一定量的质量和能量是相联系的，物体有一定的质量，就有一定量的能量，故 B 错误；爱因斯坦的 质能方程 Em c2，不是指质量和能量可以相互转化，故 C 错误
12、；公式 Emc2中，m 是亏损质量， E 是释放的核能，故 D 正确 11(2020 泊头市第一中学高二月考)关于核反应方程，下列说法正确的是( ) A.31H21H42He10n 是核聚变反应 B铀核裂变的核反应为：235 92U 141 56Ba 92 36Kr2 1 0n C在衰变方程239 94PuX 4 2He 中，X 原子核的质量数是 234 D卢瑟福发现质子的核反应方程为：42He14 7N17 8O11H 答案 AD 解析 根据核反应的特点可知31H21H42He10n 是核聚变反应，故 A 正确；铀核裂变的核反应是用一个中 子轰击铀核得到三个中子，但是方程式中子不能约去，故
13、B 错误；在衰变方程239 94PuX 4 2He 中，He 核 的质量数是 4，所以 X 原子核的质量数是 2394235，故 C 错误；卢瑟福通过 粒子轰击氮核得到质子， 根据电荷数守恒、质量数守恒知，方程式正确，故 D 正确 12(2020 浙江学业考试模拟)“氦3”是地球上很难得到的清洁、安全和高效的核聚变发电燃料，被科学 家们称为“完美能源” 普通水中含有质量约 0.015 0%的“重水”(普通水 H2O 的两个氢中的一个被氘核取 代)， 使两个氘核通过反应21H21H32He10n 发生聚变产生“氦3”， 已知氘核的质量是 3.343 610 27 kg， “氦3”的质量是 5.0
14、06 410 27 kg，中子的质量是 1.674 91027 kg,19 g“重水”含有的氘核数目为 6.021023个，若一天内“烧”掉 1 L 普通水中的所有氘核，则( ) A发生聚变反应后比结合能减小 B聚变反应前后质量守恒但能量不守恒 C两个氘核聚变后释放的能量约为 3.3 MeV D所有氘核聚变后可获得约 14.6 kW 的平均功率 答案 CD 解析 裂变或者聚变都放出能量，故产物的比结合能比原来的原子核比结合能大，故 A 错误；核反应前后 质量不守恒，亏损的质量以能量的形式放出， 自然界任何反应前后能量都是守恒的，故 B 错误； 由 Emc2 可得，反应前后放出的能量为 E0(2
15、3.343 610 275.006 410271.674 91027)(3108)2 J3.3 MeV，故 C 正确；“烧”掉 1 L 普通水中所有氘核放出的能量为 E1 000 19 0.015%6.0210233.3 2 MeV1.26109 J，故功率为 PE t 1.26109 243 600 W14.6 kW，故 D 正确 三、填空题(本题 2 小题，共 12 分) 13(6 分)约里奥居里夫妇因发现人工放射性而获得了 1935 年的诺贝尔化学奖他们发现的放射性元素30 15 P 衰变成30 14Si 的同时放出另一种粒子， 这种粒子是_. 32 15P 是 30 15P 的同位素，
16、 被广泛应用于生物示踪技术.1 mg 32 15P 随时间衰变的关系图像如图 2 所示，请估算 4 mg 的 32 15P 经过_天的衰变后还剩 0.25 mg. 图 2 答案 正电子(3 分) 56(3 分) 解析 核反应方程式为： 30 15P 30 14SiX， 由质量数守恒知 X 的质量数为 0， 由电荷数守恒知 X 的电荷数为 1， 所以 X 为正电子；由题图知半衰期大约为 14 天，由公式 0.25 mg4 mg 14 1 2 t ，知 t56 天 14(6 分)(2019 江苏卷)100 年前，卢瑟福用 粒子轰击氮核打出了质子后来，人们用 粒子轰击60 28Ni 核 也打出了质子
17、： 4 2He 60 28Ni 62 29Cu 1 1HX， 该反应中的 X 是_(选填“电子”“正电子”或“中子”) 此 后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能目前人类获得核能的主要方式是_(选填“核 衰变”“核裂变”或“核聚变”) 答案 中子(3 分) 核裂变(3 分) 解析 根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可得 X 的质量数为 1，核电荷数为零，所以 X 是中 子目前人类获得核能的主要方式是核裂变 四、计算题(本题共 4 小题，共 48 分) 15(8 分)60 27Co 发生一次 衰变后变为 Ni 核，在该衰变过程中还发出频率为 1和 2的两个光子普朗克常 量为 h，
18、真空中光速为 c. (1)试写出衰变方程； (2)若该反应产生的能量全部以光子的形式释放，求出该核反应过程中亏损的质量 答案 (1)60 27Co 0 1e60 28Ni (2)h 1h2 c2 解析 (1)根据电荷数守恒、质量数守恒可知，衰变方程为60 27Co 0 1e60 28Ni.(3 分) (2)释放的能量 Eh1h2.(2 分) 根据 Emc2(2 分) 得质量亏损为 mh1h2 c2 (1 分) 16(13 分)(2020 宜春九中高二开学考试)氘核和氚核的核反应为：21H31H42HebaX17.6 MeV，则： (1)核反应式中的 X 是什么粒子？ (2)这一过程的质量亏损是
19、多少(保留两位有效数字)? (3)1 g 氘核完全参与上述反应，共释放多少核能？(氘核的摩尔质量 M2 g/mol，阿伏加德罗常数 NA 6.01023 mol 1) 答案 (1)中子 (2)3.110 29 kg (3)8.4481011 J 解析 (1)由质量数守恒得：234b(1 分) 得 b1(1 分) 由电荷数守恒得：112a(1 分) 得 a0(1 分) 故 X 是中子(1 分) (2)根据爱因斯坦的质能方程 Emc2，(2 分) 得：mE c2 17.610 61.61019 31082 kg3.110 29 kg(2 分) (3)1 g 氘核完全与氚核发生反应释放的核能为 Em
20、 MNA17.6 MeV(2 分) 得 E5.281030 eV8.4481011 J(2 分) 17(13 分)(2020 修水县第五中学高二月考)核动力航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程 式是 235 92U 1 0n 141 56Ba 92 36Kr( ) 1 0n (1)在括号内填写10n 前的系数； (2)用 m1、m2、m3均分别表示235 92U、 141 56Ba、 92 36Kr 核的质量，m 表示中子的质量，则上述核反应过程中一个铀 235 核发生裂变产生的核能 E 是多少？ (3)假设核反应堆的功率 P6.0105 kW，若一个铀 235 核裂变产生的能量为
21、 2.810 11 J，则该航空母舰在 海上航行一个月需要消耗多少千克铀 235？(铀 235 的摩尔质量 0.235 kg/mol，一月约为 t2.6106 s)， 阿伏加德罗常数 NA6.01023 mol 1.(计算结果保留两位有效数字) 答案 (1)3 (2)(m1m2m32m)c2 (3)22 kg 解析 (1)由质量数与电荷数守恒可知，235114192x(2 分) 得 x3(1 分) (2)由题意知，质量亏损为 mm1m2m32m(2 分) 由质能方程可知，释放的核能为：Em c2(m1m2m32m)c2；(2 分) (3)一个月内核反应产生的总能量为 EPt(2 分) 同时：E
22、m NAE(2 分) 可得：m Pt NAE 6.01082.61060.235 6.010232.810 11 kg22 kg.(2 分) 18(14 分)(2020 通榆县第一中学高二期中)氡是一种放射性气体，主要来源于不合格的水泥、墙砖、石材 等建筑材料呼吸时氡气会随气体进入肺部，氡衰变时放出 射线，这种射线像小“炸弹”一样轰击肺细 胞，使肺细胞受损，从而引发肺癌、白血病等若有一静止的氡核222 86Rn 发生 衰变，放出一个速度为 v0、 质量为 m 的 粒子和一个质量为 M 的反冲核钋218 84Po，此过程动量守恒，若氡核发生衰变时，释放的能量全 部转化为 粒子和钋核的动能 (1)
23、写出衰变方程； (2)求出反冲核钋的速度；(计算结果用题中字母表示) (3)求出这一衰变过程中的质量亏损(计算结果用题中字母表示) 答案 (1)222 86Rn 218 84Po 4 2He (2)mv 0 M ，方向与 粒子速度方向相反 (3)Mmmv0 2 2Mc2 解析 (1)由质量数和电荷数守恒可知，衰变方程为 222 86Rn 218 84Po 4 2He(3 分) (2)核反应过程动量守恒，以 粒子的速度方向为正方向，由动量守恒定律得mv0Mv0(2 分) 解得 vmv0 M ，负号表示方向与 粒子速度方向相反(2 分) (3)衰变过程产生的能量 E1 2mv0 21 2Mv 2Mmmv0 2 2M (3 分) 由爱因斯坦质能方程得 Emc2(2 分) 解得 mMmmv0 2 2Mc2 .(2 分)
