2023一轮复习课后速练60 13.3 原子核与核反应

2023一轮复习课后速练(六十)

一、选择题

1．(2021·河北模拟)(多选)下列说法中正确的是(　　)

A．α粒子带正电，α射线是从原子核中射出的

B．β粒子带负电，所以β粒子有可能是核外电子

C．γ射线是光子，所以γ射线有可能是原子核发光产生的

D．α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的

【答案】　AD

【思维分析】 α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合在一起形成一个氦核发射出来；β衰变的实质是原子核内的一个中子转化成一个质子和一个电子，然后释放出电子；γ射线是伴随α衰变和β衰变产生的，所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的．故选A、D两项．

2．(2021·山东模拟)如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是(　　)

A．②⑤表示γ射线，①④表示α射线

B．②⑤表示γ射线，③⑥表示α射线

C．③④表示α射线，①⑥表示β射线

D．①④表示β射线，③⑥表示α射线

【答案】　C

【思维分析】 因α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电，则由电场中的偏转情况可知，③表示α射线，①表示β射线，②表示γ射线；根据左手定则，结合在磁场中的偏转情况可知，④表示α射线，⑥表示β射线，⑤表示γ射线．故选C项．

3．(2021·河北模拟)(多选)关于核反应方程，下列说法正确的是(　　)

A．24He＋1327Al―→1530P＋01n是居里夫妇发现人工放射性元素的核反应方程

B. 92235U＋01n→ 56144Ba＋3689Kr＋301n是核裂变方程

C．13H＋12H―→24He＋01n是α衰变方程

D. 714N＋24He―→ 178O＋11H是β衰变方程

【答案】　AB

【思维分析】 24He＋1327Al―→1530P＋01n是居里夫妇发现人工放射性元素的核反应方程，故A项正确；

 92235U＋01n→ 56144Ba＋3689Kr＋301n是一个大核被中子轰击后裂变成两个中等大小的核并释放若干个中子的过程，所以是核裂变方程，故B项正确；

13H＋12H―→24He＋01n是核聚变方程，故C项错误；

 714N＋24He―→ 178O＋11H是卢瑟福发现质子的方程，故D项错误．故选A、B两项．

4．(2021·河南模拟)2021年5月中旬，国外某储存核废水的集装箱泄露的事件，导致部分放射性废水流入大海，核废水中含有放射性物质，其中最难被消除的是氚，氚会发生β衰变，其半衰期为12年，要想将大部分氚清除，至少需要60年．饮用水中的氚可以通过消化道等途径进入人体，进而对人类染色体产生消极影响.60年后核废水中的氚含量大约为现在的(　　)

A．3%　　　　　　　　　 B．6%

C．9%   D．12%

【答案】　A

【思维分析】 60年是5个半衰期，废水中的氚含量大约为现在的＝3.125%，A项正确．

5．(2021·宁夏模拟)一个 92238U核衰变为一个 82206Pb核的过程中，发生了m次α衰变和n次β衰变，则m、n的值分别为(　　)

A．8、6   B．6、8

C．4、8   D．8、4

【答案】　A

【思维分析】 在α衰变的过程中，电荷数少2，质量数少4，在β衰变的过程中，电荷数多1，有2m－n＝10，4m＝32，解得m＝8，n＝6，故A项正确，B、C、D三项错误．故选A项．

6．(2021·海南模拟)日本政府在2021年4月13日召开内阁会议正式决定将上百万吨福岛第一核电站的核废水排入海洋，此举引发国际广泛关注．核废水中包含有“氚”“铯”和“锶”等62种放射性物质，其中氚是氢的放射性同位素带有放射性，会发生衰变变成23He，半衰期为12.43年，该核反应方程为：13H―→23He＋nmX，则(　　)

A．m＝1，n＝0，X是中子

B．m＝1，n＝0，X是电子

C．m＝0，n＝1，X是中子

D．m＝0，n＝－1，X是电子

【答案】　D

【思维分析】 由质量数和电荷数守恒得3＝3＋m，1＝2＋n，解得m＝0，n＝－1，X是电子，故D项正确．故选D项．

7．(2022·河北模拟)中国社会科学院考古研究所研究员仇士华通过艰苦的努力，开创了碳十四考古年代学的探讨之路，使中国的新石器考古学有了确切的年代序列而进入了一个新时期．外来的宇宙射线与地球高空大气作用产生中子，中子和大气氮核发生核反应生成14C，14C发生某种衰变后变成氮元素，已知14C的半衰期为5 730年．下列说法中正确的是(　　)

A．生成14 C的核反应为： 714N＋01n―→ 614C＋11H

B．14C发生的衰变为α衰变

C．100个原子经过5 730年后还剩下50个没有衰变

D．当环境温度发生变化时，14C衰变的半衰期可能会发生变化

【答案】　A

【思维分析】 由题意结合核反应中电荷数守恒和质量数守恒可知生成14C的核反应为 714N＋01n―→ 614C＋11H，A项正确；由题意结合核反应中电荷数守恒和质量数守恒可知14C的衰变核反应为 614C―→ 714N＋－10e，所以14C发生的是β衰变，B项错误；半衰期是统计规律，只有样本数量足够大时才有意义，C项错误；半衰期由原子核内部结构决定，与化学状态和物理环境无关，D项错误．故选A项．

8．(2021·云南模拟)如图所示是原子核的核子平均质量(核子平均质量＝原子核质量÷核子数)与原子序数Z的关系图像，其中原子核A、B、C对应的原子序数、核子数、核子平均质量分别为ZA、ZB、ZC，nA、nB、nC和mA、mB、mC.若原子核A分裂成原子核B和原子核C，核反应方程为：A→B＋C，下列说法中正确的是(　　)

A．一定释放核能ΔE＝(mA－mB－mC)c2

B．一定吸收核能ΔE＝(ZAmA－ZBmB－ZCmC)c2

C．一定释放核能ΔE＝(nAmA－nBmB－nCmC)c2

D．不能确定是吸收核能，还是释放核能

【答案】　C

【思维分析】 由图看出，A核子平均质量大于B和C的核子平均质量，而在核反应中核子数守恒，则若A分裂成B和C，出现质量亏损，根据爱因斯坦质能方程一定释放核能，并且得到放出的核能为ΔE＝Δmc2＝(nA·mA－nB·mB－nC·mC)c2，故C项正确，A、B、D三项错误．故选C项．

9．(2021·河北模拟)(多选)钚的一种同位素 94239Pu衰变时能释放巨大能量，其衰变方程为 94239Pu―→ 92235U＋24He＋γ，则(　　)

A．核燃料总是利用比结合能小的核

B．核反应中γ光子的能量就是结合能

C. 92235U核比 94239Pu核更稳定，说明 92235U的结合能大

D．由于衰变时释放巨大能量，所以 94239Pu比 92235U的比结合能小

【答案】　AD

【思维分析】 核燃料在反应过程中要释放巨大能量，所以总是要利用比结合能小的核，才能更容易实现，故A、D两项正确；衰变中因质量亏损释放的核能，表现为新核的动能和γ光子的能量，而结合能等于把原子核拆分为核子需要的能量，两者是不同的，核反应中γ光子的能量是结合能中的一小部分，故B项错误；原子核的比结合能越大越稳定，故 94239Pu的比结合能大，故C项错误．故选A、D两项．

10．(2021·河北模拟)(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 92235U＋X―→ 56144Ba＋3689Kr＋301n，已知部分原子核的比结合能与质量数的关系如图所示，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. 92235U、 56144Ba、3689Kr相比， 56144Ba的比结合能最大，它最稳定

D. 92235U、 56144Ba、3689Kr相比， 92235U的核子数最多，它的结合能最大

【答案】　AD

【思维分析】 根据质量数和电荷数守恒可得，X粒子质量数为1，电荷数为0，为01n，是中子，A项正确，B项错误；从题图中可知3689Kr的比结合能最大，C项错误；原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，则原子核的核子数越多，它的结合能越大，D项正确．故选A、D两项．

11．(2021·浙江模拟)(多选)关于核反应方程式：① 92238U―→ 90234Th＋24He，② 90234Th―→ 91234Pa＋－10e，中，说法正确的是(　　)

A．①是α衰变，有能量放出

B．②是β衰变，没有能量放出

C．Pa、U、Th三者的比结合能由大到小是Pa、Th、U

D．Pa、Th、U的结合能由大到小是U、Th、Pa

【答案】　ACD

【思维分析】 ①是α衰变，有能量放出，A项正确；②是β衰变，有能量放出，B项错误；两个反应都放出能量，则Pa、U、Th三者的比结合能由大到小是Pa、Th、U，它们的结合能由大到小是U、Th、Pa，C、D两项正确．故选A、C、D三项．

12．一静止原子核nmA衰变为2个静止原子核B和6个电子并释放热量E，其中A的比结合能为E1，B的比结合能为E2，释放时一个电子的初动能为E3，则下列说法正确的是(　　)

A．放出的B原子核为B

B．E2－E1＝E3＋E

C．比结合能E1小于比结合能E2

D．该反应过程质量一定增加

【答案】　C

【思维分析】 nmA衰变为2个静止原子核B和6个电子，则B的质量数满足：2m′＝m，所以：m′＝，B的电荷数满足：2n′＝n＋6，所以：n′＝＋3，则B粒子为：　 ＋3B，故A项错误；A的结合能为m·E1，B的结合能为·E2，根据能量守恒可得：m·E2－m·E1＝E＋6E3.故B项错误；核反应的过程中释放热量，可知比结合能E1小于比结合能E2，故C项正确；该反应的过程中释放热量，由质能方程可知，一定有质量亏损，故D项错误．

13．(2021·辽宁模拟)鉴于核裂变产生的放射性废物的处理难度较大、危险性较高，核物理学家致力于核聚变发电以减少核污染．核聚变电站最有可能的燃料是两种同位素，也被称作重形式的氢：氘和氚，核聚变是靠温度和压力的共同作用完成的，在地球实验室中完成可控核聚变需要1亿度的超高温度，核聚变产生的24He则十分清洁、安全．下列关这个核聚变叙述正确的是(　　)

A．核聚变方程为12H＋13H―→24He＋11n

B．若已知12H的比结合能是1.09 MeV，13H的比结合能是2.78 MeV，24He的比结合能是7.03 MeV，则氘核与氚核聚变过程释放出的能量为17.6 MeV

C．若已知12H的质量为2.014 1 u，13H的质量为3.016 0 u，24He的质量为4.002 6 u，中子的质量为1.008 7 u，且1 u的质量对应931.5 MeV的能量，则氘核与氚核聚变过程释放出的能量约为21.7 MeV

D．通过高温高压，氘、氚两种原子核获得足够大的动能，用来克服强相互作用力，从而实现核聚变反应

【答案】　B

【思维分析】 核聚变方程应为12H＋13H―→24He＋01n，A项错误；由比结合能定义可知反应释放能量ΔE＝4×7.03 MeV－3×2.78 MeV－2×1.09 MeV＝17.6 MeV，B项正确；根据质能方程可知，反应放出的能量为ΔE＝(2.014 1 u＋3.016 0 u－4.002 6 u－1.008 7u)×931.5 MeV/u≈17.5 MeV，C项错误；氘、氚两种原子核获得足够大的动能，用来克服的是库仑斥力，才能实现核聚变，D项错误．故选B项．

14．(2021·河北模拟)(多选)原来静止的原子核ZAX质量为m1，处在区域足够大的匀强磁场中，经α衰变后变成质量为m2的原子核Y，α粒子的质量为m3，已测得α粒子的速度垂直于磁场B，且动能为E0，假定原子核X衰变时释放的核能全部转化为动能，则下列四个结论中，正确的是(　　)

A．核Y与α粒子在磁场中运动的周期之比为

B．核Y与α粒子在磁场中运动的半径之比为

C．此衰变过程中的质量亏损为m1－m2－m3

D．此衰变过程中释放的核能为

【答案】　BCD

【思维分析】 原子核发生α衰变时核子质量数减小4而核电荷数减小2，周期之比由T＝可知＝·＝，故A项错误；由题意知X核原先静止，则衰变后α粒子和核Y的动量大小相等，由R＝知＝＝，故B项正确；该衰变过程中的质量亏损，Δm＝m1－(m2＋m3)，故C项正确；α粒子的动能为E0＝，Y核的动能EkY＝，则Y核的动能EkY＝，则释放的核能ΔE＝E0＋EkY＝，故D项正确．

二、非选择题

15．(2022·福建模拟)花岗岩、砖砂、水泥等建筑材料是室内氡的最主要来源．人呼吸时，氡气会随气体进入肺脏，氡衰变放出的α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．一静止的氡核 22286Rn发生一次α衰变生成新核钋(Po)，此过程动量守恒且释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能．已知mRn＝222.086 6 u，mα＝4.002 6 u，mPo＝218.076 6 u，1 u相当于931 MeV的能量(结果保留2位小数)．

(1)写出上述核反应方程；

(2)求上述核反应放出的能量ΔE；

(3)求α粒子的动能Ekα.

【答案】　(1) 22286Rn→ 21884Po＋24He

(2)6.89 MeV　(3)6.77 MeV

【思维分析】 (1)根据质量数和电荷数守恒有 22286Rn→ 21884Po＋24He.

(2)质量亏损Δm＝222.086 6 u－4.002 6 u－218.076 6 u＝0.007 4 u，解得ΔE＝0.007 4×931 MeV≈6.89 MeV.

(3)设α粒子、钋核的动能分别为Ekα、EkPo，动量分别为pα、pPo，由能量守恒定律得ΔE＝Ekα＋EkPo，由动量守恒定律得0＝pα＋pPo，又Ek＝，故Ekα∶EkPo≈218∶4，解得Ekα≈6.77 MeV.