專題5.2放射性元素的衰變（十一大題型）知識點1原子核的衰變和半衰期知識點2核反應(yīng)知識點3放射性同位素及其應(yīng)用和輻射與安全題型一：α衰變的特點、本質(zhì)及其方程的寫法題型二：β衰變的特點、本質(zhì)及其方程的寫法題型三：計算發(fā)生α衰變和β衰變的次數(shù)題型四：半衰期的概念題型五：半衰期相關(guān)的計算題型六：發(fā)現(xiàn)質(zhì)子和中子的核反應(yīng)題型七：根據(jù)條件寫出核反應(yīng)方程題型八：人工放射性同位素題型九：理解同位素題型十：放射性同位素的應(yīng)用題型十一：核輻射和安全作業(yè)鞏固訓練原子核的衰變和半衰期原子核的衰變和半衰期知識點1一、原子核的衰變1、定義原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子，而變成另一種原子核的變化。2、衰變類型α衰變：原子核放出α粒子的衰變．進行α衰變時，質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2，eq\o\al(238,92)U的α衰變方程：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He。β衰變：原子核放出β粒子的衰變．進行β衰變時，質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)加1，eq\o\al(234,90)Th的β衰變方程：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e。3、原子核衰變的理解衰變類型α衰變β衰變衰變方程eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(A,Z)X→AZ＋1Y＋eq\o\al(0,－1)e衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成氦核2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He1個中子轉(zhuǎn)化為1個質(zhì)子和1個電子eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e典型方程eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒4、確定原子核衰變次數(shù)的方法與技巧方法：設(shè)放射性元素eq\o\al(A,Z)X經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定的新元素eq\o\al(A′,Z′)Y，則衰變方程為：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋meq\o\al(0,－1)e。根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程，得A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m。聯(lián)立以上兩式，解得：n＝eq\f(A－A′,4)，m＝eq\f(A－A′,2)＋Z′－Z。技巧：為了確定衰變次數(shù)，一般先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)(這是因為β衰變的次數(shù)多少對質(zhì)量數(shù)沒有影響)，然后根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)。二、半衰期1、定義放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。2、意義描述放射性元素衰變的快慢。3、特點不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差別非常大。放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系。4、公式5、適用條件半衰期是一個統(tǒng)計概念，是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié)，對于一個特定的原子核，無法確定其何時發(fā)生衰變，半衰期只適用于大量的原子核。6、應(yīng)用利用半衰期非常穩(wěn)定的特點，可以測算其衰變過程，推算時間等?！疽谆煲族e警示】方程書寫注意事項：①核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化(質(zhì)量虧損)而釋放出核能；②當放射性物質(zhì)連續(xù)衰變時，原子核中有的發(fā)生α衰變，有的發(fā)生β衰變，同時伴有γ射線，這時可連續(xù)放出三種射線；③核反應(yīng)過程一般是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號連接。半衰期由放射性元素的原子核內(nèi)部本身的因素決定，跟原子所處的物理狀態(tài)(如壓強、溫度、環(huán)境)或化學狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān)。半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律，個別原子核經(jīng)多長時間衰變無法預(yù)測，對個別或極少數(shù)原子核，無半衰期可言。題型一：α衰變的特點、本質(zhì)及其方程的寫法【答案】B故選B。A．γ射線帶負電 B．y=206【答案】B【詳解】A．射線是電磁波，不帶電，A錯誤；B正確；C．半衰期與原子核物理、化學環(huán)境無關(guān)，C錯誤；D．該反應(yīng)放出能量，生成物相對更穩(wěn)定，比結(jié)合能增大，D錯誤。故選B。題型二：β衰變的特點、本質(zhì)及其方程的寫法A．X為電子，是在核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子的過程中產(chǎn)生的B．X為電子，是在核內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)化為中子的過程中產(chǎn)生的C．X為質(zhì)子，是由核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化而來的D．X為中子，是由核內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)化而來的【答案】A可知X為電子，電子是在核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子的過程中產(chǎn)生的。故選A。【答案】D故選D。題型三：計算發(fā)生α衰變和β衰變的次數(shù)【答案】B解得a=2，b=2故選B?！敬鸢浮緽故B正確。題型四：半衰期的概念【典例14】已知镅241單質(zhì)的半衰期為432天，而報警器的輻射源常常使用化合物二氧化镅，二氧化镅的半衰期（）A．大于432天 B．等于432天 C．小于432天 D．無法確定【答案】B【詳解】半衰期是放射性元素的固有屬性，由原子核內(nèi)部自身因素決定，與元素的化學狀態(tài)、物理狀態(tài)等外部因素無關(guān)，所以二氧化媚的半衰期等于媚單質(zhì)的半衰期432天，B正確。故選B?！咀兪?4】將一塊放射性物質(zhì)放入上端開孔的鉛盒中，再將鉛盒放在垂直紙面向外的勻強磁場中，發(fā)現(xiàn)放射性物質(zhì)發(fā)出的三種射線發(fā)生如圖所示偏轉(zhuǎn)，下列說法正確的是（）A．甲射線是高速電子流B．乙射線常用于常規(guī)人體透視C．三種射線中丙射線的貫穿本領(lǐng)最強D．一個半衰期后，鉛盒中物質(zhì)的質(zhì)量為剛放入時的一半【答案】A【詳解】A．根據(jù)左手定則，由圖可知，甲射線是高速電子流，丙射線為射線，乙射線為射線，故A正確；B．常規(guī)人體透視使用X射線，而乙射線為射線（穿透力最強），雖可用于醫(yī)療（如腫瘤治療），但并非透視的常規(guī)選擇，故B錯誤；C．乙射線不偏轉(zhuǎn)為射線，其穿透能力最強（能穿透幾厘米厚的鉛板），丙為射線，穿透能力最弱，故C錯誤；D．半衰期指放射性原子核數(shù)量減半，而非總質(zhì)量減半（因衰變產(chǎn)物仍留在鉛盒中）。實際質(zhì)量減少量取決于衰變類型，通常遠小于一半，故D錯誤。故選A。題型五：半衰期相關(guān)的計算A． B． C． D．【答案】B故選B。【變式15】考古學家在地下發(fā)現(xiàn)一塊距今約28650年的古榆木，測得其中碳14含量是現(xiàn)代榆木的。下列判斷正確的是（）A．碳14的半衰期約為7162年B．升高溫度可以減小碳14的半衰期C．增大壓強可以減小碳14的半衰期D．碳14酸鋇（BaC14）中的碳14與單質(zhì)碳14的半衰期相同【答案】D選項A錯誤；BC．升高溫度和增大壓強都不可以減小碳14的半衰期，選項BC錯誤；D．放射性元素的半衰期與所處的化學狀態(tài)無關(guān)，即碳14酸鋇（BaC14）中的碳14與單質(zhì)碳14的半衰期相同，選項D正確。故選D。核反應(yīng)核反應(yīng)知識點2一、核反應(yīng)1、定義原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核或者發(fā)生狀態(tài)變化的過程。2、原子核的人工轉(zhuǎn)變條件：用α粒子、質(zhì)子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變。實質(zhì)：用粒子轟擊原子核并不是粒子與原子核碰撞將原子核打開，而是粒子打入原子核內(nèi)部使原子核發(fā)生了轉(zhuǎn)變。規(guī)律：反應(yīng)前、后電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒。盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H。查德威克發(fā)現(xiàn)中子：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n?！疽谆煲族e警示】核反應(yīng)方程的書寫：熟記常見粒子的符號是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子(11H)、中子(01n)、α粒子(24He)、β粒子(-10e)、正電子(掌握核反應(yīng)方程遵循的規(guī)律是正確書寫核反應(yīng)方程或判斷某個核反應(yīng)方程是否正確的依據(jù)。由于核反應(yīng)不可逆，因此書寫核反應(yīng)方程式時只能用“→”表示反應(yīng)方向。核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。題型六：發(fā)現(xiàn)質(zhì)子和中子的核反應(yīng)A．質(zhì)子 B．電子 C．中子 D．粒子【答案】A故選。A．正電子 B．中子C．氘核 D．氦核【答案】D【詳解】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可知粒子X的質(zhì)量數(shù)為根據(jù)電荷守恒可知粒子X的電荷數(shù)為可知粒子X為氦核。故選D。題型七：根據(jù)條件寫出核反應(yīng)方程A．正電子 B．中子 C．氘核 D．氦核【答案】B可知X核為中子。故選B。A． B． C． D．【答案】C【詳解】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒可知X是。故選C。放射性同位素及其應(yīng)用和輻射與安全放射性同位素及其應(yīng)用和輻射與安全知識點3一、放射性同位素的應(yīng)用1、利用放射性同位素放出的射線探傷：射線穿透金屬部件時，如果遇到砂眼、裂痕等傷痕，接收到的射線將與正常處不同，因此可利用放射性同位素放出射線探傷。②測厚：射線穿透某些物質(zhì)的本領(lǐng)與物質(zhì)的厚度、密度有關(guān)，因此可用射線來檢查某些產(chǎn)品的厚度，技術(shù)上可用作自動控制。③利用射線電離能力，可以使空氣電離，除去紡織車間的靜電，或制成報警器。④利用射線照射，可以殺死癌細胞，用以治??；用射線照射植物，引起植物變異，用以育種等。2、做示蹤原子由于放射性同位素跟同種元素的非放射性同位素具有相同的化學性質(zhì)，如果在某種元素里摻進一些放射性同位素，那么元素無論走到哪里，它的放射性同位素也經(jīng)過同樣的過程．而放射性元素不斷地放出射線，再用儀器探測這些射線，即可知道元素的行蹤，這種用途的放射性同位素叫示蹤原子。二、輻射與安全1、放射性的危害射線具有一定的能量，對物體具有不同的穿透能力和電離能力，從而使物體或機體發(fā)生一些物理和化學變化．如果人體受到長時間大劑量的射線照射，就會使細胞器官組織受到損傷，破壞人體DNA分子結(jié)構(gòu)，有時甚至會引發(fā)癌癥，或者造成下一代遺傳上的缺陷，過度照射時，人常常會出現(xiàn)頭痛、四肢無力、貧血等多種癥狀，甚至死亡。2、放射線的防護為了防止有害的放射線對人類和自然的破壞，人們采取了有效的防范措施，例如在核電站的核反應(yīng)堆外層用厚厚的水泥來防止放射線的外泄；用過的核廢料要放在很厚的重金屬箱內(nèi)，并埋在深海里，在生活中對那些有可能有放射性的物質(zhì)要有防范的意識，盡可能遠離放射源?！疽谆煲族e警示】人工放射性同位素的優(yōu)點：資源豐富，天然放射性元素不過40多種，但人工放射性同位素已達1000多種，目前每種元素都有了自己的放射性同位素。和天然放射性物質(zhì)相比，人工放射性同位素的放射強度容易控制，還可以制成各種所需的不同形狀，特別是，它的半衰期比天然放射性物質(zhì)短得多，因此放射性廢料容易處理。由于這些優(yōu)點，所以在生產(chǎn)和科研中凡是用到射線時，用的都是人工放射性同位素，而不用天然放射性物質(zhì)。題型八：人工放射性同位素A．質(zhì)子數(shù) B．核電荷數(shù)C．鉺167的質(zhì)子數(shù) D．鉺167的中子數(shù)【答案】D所以短壽命缺中子核鉺153的中子數(shù)還是比質(zhì)子數(shù)多，只是比鉺167的中子數(shù)少。故選D?！咀兪?1】下列說法正確的是()A．給農(nóng)作物施肥時，在肥料里放一些放射性同位素，是因為農(nóng)作物吸收放射性同位素后生長更好B．輸油管道漏油時，可以在輸?shù)挠椭蟹乓恍┓派湫酝凰靥綔y其射線，確定漏油位置C．天然放射元素也可以作為示蹤原子加以利用，只是較少，經(jīng)濟上不劃算D．放射性元素被植物吸收，其放射性將發(fā)生改變【答案】B【詳解】A．放射性元素與它的同位素的化學性質(zhì)相同，但是利用放射性元素可以確定農(nóng)作物在各季節(jié)吸收含有哪種元素的肥料．無論植物吸收含放射性元素的肥料，還是無放射性肥料，植物生長是相同的，A錯誤；B．放射性同位素可作為示蹤原子，B正確；C．人工放射性同位素，含量易控制，衰變周期短，不會對環(huán)境造成永久污染，而天然放射性元素，劑量不易控制、衰變周期長、會污染環(huán)境，所以不用天然放射元素作示蹤原子，C錯誤；D．放射性是原子核的本身性質(zhì)，與元素的狀態(tài)、組成等無關(guān)，D錯誤。故選B。題型九：理解同位素【典例32】某元素可以表示為，則下列可能為該元素同位素的是（）【答案】C【詳解】根據(jù)原子核同位素的意義可知，同位素是位于元素周期表中同一位置的元素，原子序數(shù)相同，電荷數(shù)相同，質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同，即左下角的數(shù)字必須相同，而左上角的數(shù)字不同。故選C。【變式32】人類探測月球發(fā)現(xiàn)，在月球的土壤中含有較豐富的質(zhì)量數(shù)為3的氦，它可以作為未來核聚變的重要原料之一。氦的該種同位素應(yīng)表示為（

）A． B． C． D．【答案】B【詳解】同一元素的兩種同位素質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同，則氦的該種同位素質(zhì)子數(shù)一定為2，質(zhì)量數(shù)為3，故可寫作。故選B。題型十：放射性同位素的應(yīng)用B．將放射性同位素注入人體，其作用為示蹤原子【答案】C【詳解】A．衰變的方程為故A正確，不符合題意；B．將放射性同位素注入人體，在人體內(nèi)衰變放出正電子，與人體內(nèi)負電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對光子，被探測器探測到，經(jīng)計算機處理后產(chǎn)生清晰的圖像，故其作用為示蹤原子，故B正確，不符合題意；C．該正、負電子湮滅后生成兩個光子，即故C錯誤，符合題意；本題選不正確的，故選C?！咀兪?3】幽門螺桿菌可以引發(fā)多種胃病，因此能否準確、迅速地檢測病人是否受到感染，治療方案的選擇是關(guān)鍵?，F(xiàn)在醫(yī)院里普遍選用的尿素是用無放射性的合成的，用質(zhì)譜儀或光譜分析的方法檢測呼出的二氧化碳中是否含有，就可以判斷病人的胃部是否被幽門螺桿菌感染，這種方法準確、迅速，現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，下列說法正確的是（

）A．、、的化學性質(zhì)不同 B．、、的原子光譜不同C．衰變后變?yōu)?D．衰變后生成的新核比的質(zhì)量數(shù)少【答案】B【詳解】A．三種同位素的化學性質(zhì)無明顯差異，故A錯誤；B．三種同位素的原子核不同，則原子光譜不同，故B正確；CD．由題意可知，自發(fā)進行衰變，衰變后原子序數(shù)會增加1，故衰變后的新核為，質(zhì)量數(shù)不變，故CD錯誤。故選B。題型十一：核輻射和安全A．原子核的中子數(shù)為206B．利用射線能殺傷癌細胞或阻止癌細胞分裂，所以人體可以經(jīng)常照射C．射線的電離作用很強，可用來消除有害靜電【答案】DB．大劑量的射線照射會對人體和動物造成某些損害，放射性元素也能損傷遺傳物質(zhì)，引起基因突變和染色體畸變，使一代甚至幾代受害，故B錯誤；C．射線的穿透作用很強，射線的電離作用很強，故C錯誤；D．為了防止射線的泄漏，可將放射性元素密封于鉛盒中以避免射線對人體造成傷害和放射性物質(zhì)對環(huán)境造成放射性污染，故D正確。故選D?！咀兪?4】下列粒子流中貫穿本領(lǐng)最強的是（）A．α射線 B．陰極射線 C．質(zhì)子流 D．中子流【答案】D【詳解】α射線射線的穿透能力最弱，一張紙即可把它擋住，但是其電離能力最強，陰極射線是電子流，能穿透0.5mm的鋁板；質(zhì)子流比電子流的穿透能力要強一些，中子不帶電，相同的情況下中子的穿透能力最強．A．α射線，與結(jié)論不相符，選項A錯誤；B．陰極射線，與結(jié)論不相符，選項B錯誤；C．質(zhì)子流，與結(jié)論不相符，選項C錯誤；D．中子流，與結(jié)論相符，選項D正確；故選D．多選題1．關(guān)于天然放射現(xiàn)象，下列敘述正確的是（）A．若使放射性物質(zhì)所在處的壓強升高，其半衰期將減小B．當放射性元素的原子的核外電子具有較高能量時，將發(fā)生β衰變C．在α、β、γ這三種射線中，γ射線的穿透能力最強，α射線的電離能力最強D．鈾核（U）衰變?yōu)殂U核（Pb）的過程中，要經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變【答案】CD【詳解】A．半衰期是由核內(nèi)部因素決定的，不受外部因素影響，故A錯誤；B．β衰變產(chǎn)生的電子不是核外電子跑出來的，而是核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子產(chǎn)生的，故B錯誤；C．α、β、γ這三種射線，穿透能力依次增強，電離能力依次減弱，故C正確；D．鈾核（U）衰變?yōu)殂U核（Pb）的過程中，設(shè)經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得聯(lián)立解得故D正確。故選CD。A．兩圓一定內(nèi)切 B．兩圓一定都沿逆時針方向轉(zhuǎn)動【答案】BD【詳解】AB．靜止的氡原子核由于衰變放出粒子而生成一個新的原子核的過程動量守恒，則衰變產(chǎn)生的粒子與新核的動量等大反向，粒子與新核都帶正電，根據(jù)左手定則可知兩圓一定都沿逆時針方向轉(zhuǎn)動，兩圓一定外切，故A錯誤，B正確；C．設(shè)粒子和新核的質(zhì)量分別為、，速度大小分別為、，電荷量分別為、。粒子做圓周運動過程中洛倫茲力提供向心力則新核做圓周運動的半徑為同理可得，新核做圓周運動的半徑為靜止的氡原子核由于衰變放出粒子而生成一個新的原子核的過程動量守恒，則有根據(jù)核反應(yīng)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可知新核的核電荷數(shù)為84，質(zhì)量數(shù)為218，聯(lián)立可得故C錯誤；D．粒子做圓周運動的周期為新核做圓周運動的周期為可知粒子第一次與新核碰撞時，新核轉(zhuǎn)動84圈，粒子轉(zhuǎn)動109圈，故在粒子轉(zhuǎn)動42圈之內(nèi)，二者都不會相撞，故D正確。故選BD。A．勻強磁場方向垂直紙面向里B．②為β粒子，③為α粒子C．②順時針轉(zhuǎn)動，④順時針轉(zhuǎn)動D．②動能比①大，③動能比④大【答案】BD【詳解】A．原子核發(fā)生衰變，放出的粒子和新核動量守恒，由于不知道衰變后粒子的速度方向，所以無法確定磁場方向，故A錯誤；因衰變過程動量守恒，則mv大小相等方向相反，α粒子和新核均帶正電，根據(jù)左手定則，可知其形成的圓為外切圓，因α粒子所帶電量小，則α粒子半徑大，故③為α粒子，同理可知②為β粒子，故B正確；C．由于不知道磁場的方向和粒子的速度方向故無法判斷各粒子的轉(zhuǎn)動方向，故C錯誤；②動能比①大，③動能比④大，故D正確。故選BD。A．100個113In原子核在經(jīng)過一個半哀期后，可能還剩75個B．即使溫度升高113Sn原子運動變劇烈，其半衰期也不變C．113Sn原子與O2反應(yīng)后生成的氧化物將不再具有放射性D．從圖中可以得到113Sn的半衰期為115.1d【答案】ABD【詳解】A．半衰期是大量原子核的統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)原子核不使用，100個113In原子核在經(jīng)過一個半哀期后，可能還剩75個，故A正確；B．原子核半衰期與物理環(huán)境、化學環(huán)境無關(guān)，故B正確；D．由圖可知，從到恰好衰變了一半，可知半衰期為故選ABD。A．可以用來確定物質(zhì)的年代B．的半衰期會隨溫度的升高而減小C．經(jīng)過兩個半衰期，20個將剩下5個D．X是【答案】AD【詳解】A．可以用作示蹤原子，確定物質(zhì)的年代，故A正確；B．半衰期不會隨