资源简介

5.2放射性元素的衰变
【学习目标】(2min)
1.知道放射现象的实质是原子核的衰变．
2．知道α衰变、β衰变的规律、实质，会写衰变方程．
3．理解半衰期的概念，会利用半衰期解决相关问题．
4．知道人工放射性同位素及其应用．
5．知道核反应及其遵循的规律，会正确书写核反应方程.
【任务1】 课前预习（10min）
一、原子核的衰变
1．定义：原子核自发地放出 或 ，而变成另一种原子核的变化。
2．衰变类型
(1)α衰变：
原子核放出α粒子的衰变。进行α衰变时，新核相对原来的核：质量数 ，电荷数 ，
U的α衰变方程：U→Th＋ 。
(2)β衰变：
原子核放出β粒子的衰变．进行β衰变时，新核相对原来的核：质量数 ，电荷数 ，
Th的β衰变方程：Th→Pa＋ 。
衰变规律： 守恒， 守恒。
4.衰变的实质
(1)α衰变的实质：2个 和2个 结合在一起形成α粒子，并被释放出来。
(2)β衰变的实质：核内的 转化为了一个 和一个 。
(3)γ射线：放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的 处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子。
二、半衰期
1．定义：放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间。
2．特点
(1)不同的放射性元素，半衰期 ，甚至差别非常大。
(2)半衰期描述的是 ，不适用于少数原子核的衰变。
(3)放射性元素衰变的快慢是由 决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件 。
三、核反应
1．定义：原子核在其他粒子的轰击下产生 或者发生状态变化的过程。
2．原子核的人工转变：卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，核反应方程N＋He→ ＋ 。
3．遵循规律： 守恒， 守恒。
四、放射性同位素及其应用
1．放射性同位素：具有 的同位素。
2．应用：(1)射线测厚仪：工业部门使用放射性同位素发出的射线来测厚度。
(2)放射治疗 (3)培优、保鲜。
(4)示踪原子：一种元素的各种同位素具有 化学性质，用放射性同位素代替非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置。
【任务2】 探究一、原子核的衰变规律与衰变方程(10min)
原子核α衰变实质是放出一个氦原子核，β衰变实质是放出一个电子．如图所示为α衰变、β衰变示意图．试探究：
(1)放射性元素能不能一次衰变同时产生α射线和β射线？
(2)γ射线又是怎样产生的？
[例1]U核经一系列的衰变后变为Pb核，问：
(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？
(2)Pb与U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．
【任务3】 探究二、放射性元素的半衰期及其应用(10min)
如图所示为始祖鸟的化石，美国科学家维拉·黎比运用了半衰期的原理发明“碳 14计年法”，并因此荣获了1960 年的诺贝尔化学奖．利用“碳 14计年法”可以估算出始祖鸟的年龄．为什么能够运用半衰期来计算始祖鸟的年龄？
[例2]　放射性同位素14C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖．
(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成不稳定的C，它很容易发生衰变，放出β射线变成一个新核，其半衰期为5 730年，试写出14C的衰变方程．
(2)若测得一古生物遗骸中的C含量只有活体中的25%，则此遗骸距今约有多少年？
【任务3】 探究三、原子核的人工转变及核反应方程的书写(5min)
如图所示是某著名物理实验装置图，科学家利用该装置第一次实现了原子核的人工转变．
(1)请写出该核反应方程；
(2)请写出这位科学家的名字及他发现了什么？
[例3]中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素Pt.制取过程如下：
(1)用质子轰击铍靶Be产生快中子；
(2)用快中子轰击汞Hg，反应过程可能有两种：
①生成Pt，放出氦原子核；
②生成Pt，放出质子、中子；
(3)生成的Pt发生两次β衰变，变成稳定的原子核汞Hg.
写出上述核反应方程式．
【任务4】 探究四、放射性同位素的应用(2min)
在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其监测装置由放射源、探测器等构成，如图所示．请思考：
(1)该装置中探测器接收到的是哪种射线？
(2)如果钢板变厚了，会有什么变化？
达标检测(15min)
1．一个放射性原子核发生一次β衰变，则它的(　　)
A．质子数减少1，中子数不变 B．质子数增加1，中子数不变
C．质子数增加1，中子数减少1 D．质子数减少1，中子数增加1
2．下列表示放射性元素碘131(I)β衰变的方程是(　　)
A．I→Sb＋He B．I→Xe＋e
C．I→I＋n D．I→Te＋H
3. 放射性同位素钍232经多次α、β衰变，其衰变方程为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．(多选)钍Th具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤Pa，同时伴随有γ射线产生，其方程为Th→Pa＋X，钍的半衰期为24天，则下列说法中正确的是(　　)
A．X为电子
B．X为质子
C．X是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的
D．1g钍Th经过120天后有0.96875gTh发生衰变
5．2019年是世界上首次实现元素人工转变100周年。1919年，卢瑟福用氦核轰击氮原子核，发现产生了另一种元素，该核反应方程可写为：He＋N→X＋Y，以下判断正确的是(　　)
A．m＝16，n＝1 B．m＝17，n＝1 C．m＝16，n＝0 D．m＝17，n＝0
6．(多选)关于人工放射性同位素，下列说法正确的是(　　)
A．人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物质的半衰期长很多
B．人工放射性同位素的放射强度容易控制
C．人工放射性同位素的γ射线能进行金属探伤
D．使用人工放射性同位素也要遵守操作规程，防止放射性同位素对空气、水源、用具等的污染
7．(多选)在放射性同位素的应用中，下列做法正确的是(　　)
A．应该用α射线探测物体的厚度
B．细胞分裂越快的组织对射线的耐受能力就越弱，所以可以用射线治疗癌症
C．放射育种利用γ射线照射种子使遗传基因发生变异
D．在研究农作物合理施肥中可以用放射性同位素作为示踪原子
8. 写出下列原子核人工转变的核反应方程。几种元素的原子序数(N：7 ； Mg：12 ； P：15 )
(1)Na(钠核)俘获1个α粒子后放出1个质子：
(2)Al(铝核)俘获1个α粒子后放出1个中子：
(3)O(氧核)俘获1个中子后放出1个质子：
(4)Si(硅核)俘获1个质子后放出1个中子：
9. 放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物的年代。宇宙射线中高能量中子碰撞空气中的氮原子后，就会形成很不稳定的C，它很容易发生β衰变，变成一个新核，其半衰期为5730年。该衰变的核反应方程式为 。C的生成和衰变通常是平衡的，即生物活体中C的含量是不变的。当生物体死亡后，机体内C的含量会不断减少。若测得一具古生物遗骸中C含量只有活体中的12.5%，则这具遗骸距今约有________年。
答案
课前预习
一、1．α粒子 β粒子
2．(1)减少4 减少2 He
(2)不变 加1 e
3．电荷数 质量数
4.(1)中子 质子
(2)中子 质子 电子
(3)新核
二、1．半数
2．(1)不同
(2)统计规律
(3)核内部自身的因素 没有关系
三、1．新原子核 2． O＋H 3．质量数
四、1．放射性
(4)相同的
探究一提示：(1)不能，一次衰变只能是α衰变或β衰变，而不能同时发生α衰变和β衰变．
(2)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，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子．
[例1]　解析：(1)设U衰变为Pb经过x次α衰变和y次β衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可得
238＝206＋4x①
92＝82＋2x－y②
联立①②解得x＝8，y＝6
即一共经过8次α衰变和6次β衰变．
(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数减少1，而质子数增加1，故Pb较U质子数少10，中子数少22.
(3)衰变方程为U→Pb＋8He＋6e.
答案：(1)8次　6次
(2)10　22
(3)U→Pb＋8He＋6e
探究二．提示：半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．能够运用它来计算始祖鸟的年龄是因为半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关．
[例2](1)根据衰变规律书写衰变方程；
(2) C含量只有活体中的25%说明经过2个半衰期，再应用半衰期公式计算时间．
[解析](1)C的β衰变方程为：C→e＋N.
(2)C的半衰期T＝5 730年，
生物死亡后，遗骸中的C按其半衰期变化，设活体中C的含量为N0，遗骸中的C含量为N，
则N＝N0，
即0.25N0＝ N0，即＝2，t＝11 460年．
[答案] (1)C→e＋N
(2)11 460年
探究三提示：(1)核反应方程是：He＋N→O＋H.
(2)卢瑟福第一次完成了原子核的人工转变并发现了质子．
[例3]解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，算出新核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程．
(1)Be＋H→B＋n.
(2)①Hg＋n→Pt＋He；
②Hg＋n→Pt＋2H＋n.
(3)Pt→Au＋e；
Au→Hg＋e.
探究四提示：(1)三种射线中，α射线用一张纸就能将其挡住，β射线能穿透几毫米厚的铅板，γ射线能穿透几厘米厚的铅板，这里是钢板，只能用γ射线．
(2)钢板变厚，穿过的γ粒子数会减少．
达标检测
1. 答案　C 解析　β衰变的实质是一个中子转化成一个质子和一个电子，故中子数减少1，而质子数增加1，A、B、D错误，C正确。
2. 答案　B 解析　β衰变是原子核自发地释放一个β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。
3. 答案　D 解析　由质量数和电荷数守恒可得：
4x＋220＝232,2x－y＋86＝90，解得x＝3，y＝2，选D。
4. 答案　ACD 解析　根据电荷数和质量数守恒知，钍核衰变过程中放出了一个电子，即X为电子，故A正确，B错误；发生β衰变时释放的电子是由钍核内一个中子转化成一个质子时产生的，故C正确；钍的半衰期为24天，经过120天即经过5个半衰期，故1 g钍Th经过120天后还剩0.03125 g，有0.96875 g Th发生衰变，故D正确。
5. 答案　B
解析　根据核反应的质量数和电荷数守恒可得：4＋14＝m＋1,2＋7＝8＋n，解得m＝17，n＝1，故B正确。
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质的短，故选项A错误；人工放射性同位素的放射强度容易控制，故选项B正确；人工放射性同位素的γ射线能进行金属探伤，故选项C正确；使用人工放射性同位素也要遵守操作规程，防止对空气、水源、用具等的污染，故选项D正确。
7. 答案　BCD 解析　γ光子的贯穿能力最强，应该用γ射线探测物体的厚度，故A错误；细胞分裂越快的组织对射线的耐受能力就越弱，所以可以用射线治疗癌症，故B正确；γ光子的贯穿能力最强，从而使DNA发生变异，所以放射育种利用γ射线照射种子使遗传基因发生变异，故C正确；在研究农作物合理施肥中是以放射性同位素作为示踪原子，故D正确。
8. 解析　根据核反应前后质量数守恒和电荷数守恒，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　发生β衰变，释放电子，根据质量数守恒，电荷数守恒可知C→N＋e.
测得一具古生物遗骸中C含量只有活体中的12.5%，即，经过了3个半衰期，故这具遗骸距今约有5 730×3＝17 190年。

展开更多......

收起↑