人教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子核2 放射性元素的衰变精品测试题

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【学习目标】
物理观念：知道衰变、半衰期及原子核衰变的规律，了解核反应及放射性同位素应用的基本观念和相关实验证据。
科学思维：理解原子核的衰变规律及半衰期的计算方法，掌握核反应方程的写法与放射性同位素的应用，培养分析、推理能力。
科学探究：通过学习科学家对放射性元素衰变的探究，学会观察和思考，提升科学探究的能力。
科学态度与责任：学会坚持实事求是的科学态度，体验科学家探索科学规律的艰辛和科学研究的价值，激发学习兴趣。
【自主预习】
一 原子核的衰变
1．定义：原子核自发地放出α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在元素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。
2．规律：原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
3．α衰变
(1)规律：在α衰变过程中，质量数减少4，电荷数减少2。U的α衰变方程为EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(238),92)U→EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(234),90)Th＋EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(4),2)He
(2)实质：原子核中的两个中子和两个质子结合起来形成α粒子，并被释放出来。
4．β衰变
(1)规律：在β衰变过程中，质量数不变，电荷数增加1。Th的β衰变方程为EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(234),90)Th→EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(234),91)Pa＋EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9( 0),－1)e。
(2)实质：核内的中子转化成一个质子和一个电子，电子发射到核外，就是β粒子。
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，叫作这种元素的半衰期。
2．特点
(1)不同的放射性元素，半衰期不同。
(2)放射性元素的半衰期，描述的是大量原子核行为的统计规律。
(3)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。
三 核反应
1．定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者发生状态变化的过程。
2、条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。
3、规律：质量数和电荷数都守恒
4、原子核人工转变的三大发现
(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应方程:
EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(14),7)N＋EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(4),2)He→EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(17),8)O＋EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(1),1)H
(2)1932年查德威克发现中子的核反应方程:
(3)1934年约里奥-居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程:
四 放射性同位素及其应用
1．放射性同位素：很多元素都存在的一些具有放射性的同位素。
2．放射性同位素的应用：射线测厚仪，放射治疗，培优、保鲜，示踪原子。
五 辐射与安全
人类一直生活在放射性的环境中。过量的射线对人体组织有破坏作用。在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。
【课堂探究】
【新课导入】
在古代，不论是东方还是西方，都有一批人追求“点石成金”之术，他们试图利用化学方法将一些普通的矿石变成黄金。当然，这些炼金术士的希望都破灭了。那么，真的存在能让一种元素变成另一种元素的过程吗？
提示：猜测是伴随着天然放射现象发生的原子核“衰变”过程。
【新课教学】
原子核的衰变

仔细观察上面图片，参与“师生互动”，请回答：
问题1：一种元素变成另一种元素的根本在于什么发生变化？
提示：原子核电荷数发生变化，即原子核内的质子数发生变化。
问题2：甲、乙两图所示的原子核的这种变化称为衰变。观察两图并查阅原子序数，在衰变过程中什么物理量守恒？
提示：铀238核的质量数为238，查表知其电荷数为92，α粒子的质量数为4，电荷数为2，产生的钍234核的质量数为234，查表知其电荷数为90；比较衰变前后的情况可知，α衰变前后电荷数和质量数守恒。对图乙的衰变做类似分析，注意到电子的质量远小于核子的质量，质量数可以看成0，也可得到相同结论。
问题3：用符号表示对应的原子核或粒子，用“→”表示原子核变化的方向，甲、乙两图所示的衰变应该如何用方程表示？
提示：根据活动2可得：EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(238),92)U→EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(234),90)Th＋EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(4),2)He，EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(234),90)Th→EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(234),91)Pa＋EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(0),－1)e。
小试牛刀
【例题】(多选)天然放射性元素EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(232),90)Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(208),82)Pb(铅)。下列论断中正确的是( AB)
A．衰变过程共有6次α衰变和4次β衰变
B．铅核比钍核少8个质子
C．β衰变所放出的电子来自原子核外轨道
D．钍核比铅核多24个中子
【例题】关于天然放射现象，下列说法正确的是（ D ）
A.天然放射现象表明原子内部有一定结构
B.升高温度可以改变原子核衰变的半衰期
C.β射线是原子核外的电子形成的电子流
D.三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离作用最小
二、核反应 放射性的应用与防护
仔细观察下面图片，认真参与“师生互动”，请回答：

问题1：如图甲是卢瑟福1919年做的一个实验，放射性物质A不断放出高速α粒子，被铝箔F挡住，当容器中通入氮气时，荧光屏上出现闪光，说明了什么？
提示：氮原子核在α粒子的撞击下产生了一种粒子，这种粒子能穿过铝箔。
问题2：图甲就是发现质子的实验，这是人类实现的第一次原子核的人工转变，类似的过程称为核反应。在产生质子的同时，容器中还出现氧17，试写出核反应方程。
提示：EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(14),7)N＋EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(4),2)He―→EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(17),8)O＋EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(1),1)H。
问题3：通过核反应生成的人工放射性同位素已达3000多种，应用极其广泛。如图乙所示利用的是放射性同位素的什么特性？
提示：利用的是放射性同位素发出的射线能够贯穿一定厚度的物质，根据透过射线的强度测物质的厚度。
问题4：如图丙是生物体中很常见的一种生物化学反应。如果用半衰期为14天的放射性P代替化合物中稳定的P，该化学反应还能进行吗？类似这样的替代有什么用途？
提示：EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(32),15)P与EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(31),15)P的核电荷数和核外电子数相同，所以两者化学性质相同，故用EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(32),15)P代替EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(31),15)P，该化学反应仍能进行。
EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(32),15)P能发出放射线，如果用磷的放射性同位素EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(32),15)P替代EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(31),15)P制成肥料，经植物吸收后，每隔一定时间用探测器测量植株各部位的放射性强度，就能研究植物在什么时候对磷的吸收率最高，磷在作物内能存留多长时间，磷在作物体内的分布情况等。
小试牛刀
【例题】下表给出了四种放射性同位素的放射线和半衰期。在医疗技术中，常用放射线治疗肿瘤，其放射线必须满足：①具有较强的穿透能力，以辐射到体内的肿瘤处；②在较长时间内具有相对稳定的辐射强度。为此所选择的放射源应为( C )

A.钋210 B．锝99
C．钴60 D．锶90
【例题】(多选)对放射性的应用，下列说法中正确的是( BCD )
A.射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，对人体正常细胞不会有伤害作用
B.对有放射性的废料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理
C.γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制容器里，而不能随意放置
D.对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的
三、分子间的作用力
【自我测评】
1．判断下列说法的正误．
(1)γ射线经常是伴随α衰变和β衰变产生的，放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时，产生的新核处于高能级，它向低能级跃迁时，能量以γ光子的形式辐射出来。( √ )
(2)原子核放出一个γ光子不会改变它的质量数和电荷数。( √ )
(3)半衰期就是放射性元素全部衰变所用时间的一半。( × )
(4)对放射性元素加热时，其半衰期缩短。(×)
(5)书写核反应方程时不能用等号，是因为核反应通常是不可逆的，且箭头“→”表示反应进行的方向。(√ )
(6)原子核的人工转变是自发进行的，反应前后质量数和电荷数都守恒。(×)
(7)人工放射性同位素比天然放射性元素半衰期长。( × )
(8)用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期。( √ )
(9)任何放射性物质都可以作为示踪原子使用。( × )
(10)过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，生活环境中的辐射强度应控制在安全剂量之内。( √ )
2.想一想：β衰变过程原子核释放出电子，那么原子核内是否含有电子？
答案：原子核内不存在电子。β衰变过程核内的一个中子转变成一个质子和一个电子，电子被释放出来即为β粒子。
3．某原子研究实验室发生放射性同位素泄漏事故。已知该元素的半衰期为3天，总放射量为人体最大允许量的8倍，则研究人员至少需等待几天后才能进入该实验室( )
A．3天 B．6天
C．9天 D．24天
【答案】 C
【解析】 设放射性同位素的总量为N，则人体最大允许量为EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(N),8)，半衰期为T＝3天，由半衰期公式可知N余＝NEQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(1),2)EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(t),T)，故当N余＝EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(N),8)时，可得EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(t),T)＝3，故有t＝3T＝9天，即研究人员至少需等待9天后才能进入该实验室，C正确。
4. (2023·江苏省宿迁市高二统考期末)磷32是磷的一种放射性同位素，在农业研究中常用作示踪原子。将含磷31的材料置于反应堆中辐射，反应产生的磷32会混于稳定的磷31中。如果将该材料取出，研究发现磷31和磷32的含量相等，28天后磷32的含量占磷元素总量的20%，则磷32的半衰期为( )
A．28天 B．14天
C．7天 D．3.5天
【答案】 B
【解析】 根据题意，设开始磷31和磷32的质量均为m，衰变后磷32的质量为m′，根据题意有EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(m′),m′＋m)＝20%，解得m′＝EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(1),4)m，根据半衰期定义有m′＝m·EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(1),2)EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(t),τ)，其中t＝28天，联立可得τ＝14天，即磷32的半衰期为14天，故B正确。
5. 碘131(EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(131),53)I)治疗是临床上常用的一种治疗甲亢的方法，它是通过含有β射线的碘被甲状腺吸收，来破坏甲状腺组织，使甲状腺合成和分泌甲状腺激素水平减少来达到治愈甲亢的目的。已知碘131发生β衰变的半衰期为8天，则以下说法正确的是( )
A．碘131的衰变方程为EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(131),53)I→EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(131),54)Xe＋EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(0),-1)e
B．EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(131),54)Xe核比EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(131),53)I核多一个中子
C. 32 g碘131样品，经16天后大约有8 g样品发生了β衰变
D．升高温度可能会缩短碘131的半衰期
【答案】 A
【解析】原子核β衰变过程中放出电子，根据质量数守恒和电荷数守恒可知，碘131的衰变方程为EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(131),53)I→EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(131),54)Xe＋EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(0),-1)e，故A正确；EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(131),54)Xe核比EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(131),53)I核少一个中子，故B错误；32 g碘131样品，经16天，即经过2个半衰期，由半衰期公式可知m余＝mEQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(1),2)EQ \* jc0 \* hps10 \(\s\up 9(t),T)＝8 g，即大约有8 g样品未发生衰变，衰变的质量为24 g，故C错误；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，因此升高温度不会影响原子核的半衰期，故D错误。
【学后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？同位素
钋210
锝99
钴60
锶90
放射线
α
γ
γ
β
半衰期
138天
6小时
5年
28年