2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫——元素周期表的新元素發(fā)現(xiàn)預(yù)測模擬實驗驗證考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）1.根據(jù)現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)理論，元素周期表中第七周期的g區(qū)元素理論上應(yīng)該開始于哪種粒子？A.原子序數(shù)為104的元素B.原子序數(shù)為118的元素C.原子序數(shù)為126的元素D.原子序數(shù)為158的元素2.在預(yù)測未知元素（如超重元素）的物理化學(xué)性質(zhì)時，以下哪個理論或模型最為關(guān)鍵？A.分子軌道理論B.元素分區(qū)理論C.原子核結(jié)構(gòu)理論D.酸堿理論3.以下哪種實驗技術(shù)通常不直接用于確定合成產(chǎn)物的原子序數(shù)（即元素種類）？A.粒子加速器質(zhì)譜法（AcceleratorMassSpectrometry）B.離子探針分析（IonBeamAnalysis）C.X射線光電子能譜法（XPS）D.時間飛行質(zhì)譜法（Time-of-FlightMassSpectrometry）4.假設(shè)通過核反應(yīng)合成了原子序數(shù)為123的新元素，其衰變過程中可能首先釋放出哪種粒子，使其轉(zhuǎn)變成原子序數(shù)較高的元素？A.α粒子（氦核）B.β-粒子（電子）C.γ射線（高能光子）D.中子5.在設(shè)計模擬實驗以合成某未知超重元素時，選擇合適的反應(yīng)堆或加速器類型主要考慮的因素是？A.實驗室成本最低B.能產(chǎn)生足夠高能量的入射粒子轟擊目標(biāo)核C.操作人員最熟悉D.產(chǎn)生的背景輻射最強(qiáng)6.對于人工合成的超重元素，其原子通常具有極短的半衰期。在模擬實驗中，分離和鑒定這些短半衰期原子最核心的挑戰(zhàn)是？A.如何獲得純凈的反應(yīng)產(chǎn)物B.如何在原子衰變前對其進(jìn)行探測C.如何提高核反應(yīng)的產(chǎn)率D.如何儲存這些原子7.已知元素X位于元素周期表第六周期第VI族，其原子最外層電子排布式為6s26p2。若根據(jù)元素周期律進(jìn)行預(yù)測，其在模擬實驗中可能通過什么類型的核反應(yīng)被合成？A.輕原子核（如α粒子）轟擊中等質(zhì)量原子核B.重原子核（如鈣Ca或鍶Sr）轟擊輕原子核C.中等質(zhì)量原子核之間發(fā)生聚變D.通過粒子散射實驗直接獲得8.在分析模擬實驗獲得的質(zhì)譜數(shù)據(jù)時，譜圖上出現(xiàn)的某個峰，其質(zhì)荷比（m/z）值明顯大于該元素已知的穩(wěn)定同位素的質(zhì)量數(shù)。這可能暗示了什么？A.出現(xiàn)了分子離子峰B.存在未知的雜質(zhì)C.合成了該元素的同位素D.質(zhì)譜儀存在故障9.某未知元素（暫命名為Ununtrium,Uut）的模擬合成實驗預(yù)測其具有金屬性。在實驗設(shè)計中進(jìn)行初步性質(zhì)驗證時，可以優(yōu)先考慮模擬探測其哪種性質(zhì)？A.氧化態(tài)B.晶體結(jié)構(gòu)C.電負(fù)性D.熔點10.理論上，隨著原子序數(shù)的增加，超重元素的原子半徑和第一電離能的變化趨勢是？A.原子半徑逐漸減小，第一電離能逐漸增大B.原子半徑逐漸增大，第一電離能逐漸減小C.原子半徑先增大后減小，第一電離能變化不明顯D.原子半徑變化不明顯，第一電離能逐漸增大二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在題中的橫線上）1.元素周期表中，鑭系元素（La至Lu）和錒系元素（Ac至Lr）分別位于_______區(qū)和_______區(qū)。2.人工合成元素通常是在高能粒子加速器或_______中，通過_______反應(yīng)實現(xiàn)的。3.在探測超重元素時，常用的核反應(yīng)機(jī)制包括_______和_______。4.質(zhì)譜法是分離和分析不同質(zhì)荷比粒子的強(qiáng)大工具，其基本原理是利用粒子在_______或_______中所受的偏轉(zhuǎn)作用不同。5.預(yù)測新元素性質(zhì)時，可以參考其所在族的已知元素性質(zhì)，并考慮_______效應(yīng)和_______效應(yīng)的影響。三、簡答題（每小題5分，共15分）1.簡述“延展周期表”與標(biāo)準(zhǔn)長式周期表在元素排布上的主要區(qū)別。2.簡要說明為什么在模擬實驗中探測到原子序數(shù)為Z的新元素后，科學(xué)家還需要進(jìn)行大量的實驗來確認(rèn)其存在并測定其基本性質(zhì)？3.列舉至少三種用于探測和表征短半衰期人工合成元素的技術(shù)，并簡述其基本原理。四、計算題（共10分）假設(shè)在模擬實驗中，用質(zhì)量數(shù)為40的氬離子（Ar-40）轟擊質(zhì)量數(shù)為209的鉛靶（Pb-209），發(fā)生核反應(yīng)生成了原子序數(shù)為117的新元素（暫名Ts，砹），并放出一個質(zhì)子（p）。請寫出該核反應(yīng)方程式，并計算該反應(yīng)釋放的能量（以MeV為單位）。已知質(zhì)子質(zhì)量為1.007276u，中子質(zhì)量為1.008665u，原子質(zhì)量單位u對應(yīng)的能量為931.5MeV/u。五、實驗設(shè)計/分析題（共35分）某科研團(tuán)隊根據(jù)理論預(yù)測，認(rèn)為原子序數(shù)為120的新元素（暫名Lv，镥）可能通過鈣（Ca-48）離子束轟擊錒系元素鋦（Cm-244）的核反應(yīng)合成。請設(shè)計一個模擬實驗方案，用于預(yù)測該核反應(yīng)的可行性，并設(shè)想如何模擬探測反應(yīng)產(chǎn)物。具體要求：1.寫出預(yù)期的核反應(yīng)方程式，并估算反應(yīng)閾能。2.描述模擬選擇反應(yīng)裝置（加速器類型、靶材等）的依據(jù)。3.設(shè)計模擬產(chǎn)物分離和鑒定的基本流程，至少提及一種探測技術(shù)的原理。4.預(yù)測可能遇到的實驗困難（如反應(yīng)截面小、產(chǎn)物易衰變、背景干擾等），并提出相應(yīng)的模擬解決策略。5.基于模擬結(jié)果，簡要評估合成該元素的可行性。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.B5.B6.B7.B8.A9.A10.A二、填空題1.d,f2.核反應(yīng)堆,(核)反應(yīng)3.粒子誘導(dǎo)裂變,粒子熔合反應(yīng)4.電場,磁場5.原子半徑,原子序數(shù)(或核電荷數(shù))三、簡答題1.延展周期表根據(jù)核外電子構(gòu)型將元素更合理地排入18列，包含了所有已發(fā)現(xiàn)和預(yù)測的元素，而標(biāo)準(zhǔn)長式周期表主要依據(jù)原子序數(shù)將元素排成7個周期18個族，部分族（如鑭系和錒系）被放在一起。2.因為探測到的信號可能包含背景噪聲、反應(yīng)產(chǎn)生的次級粒子或未合成的其他元素，需要通過重復(fù)實驗、不同反應(yīng)路徑、不同探測技術(shù)等多種手段確認(rèn)信號的真實性、穩(wěn)定性和元素的獨特性，并測定其關(guān)鍵物理化學(xué)性質(zhì)以確定其在元素周期表中的位置。3.技術(shù)：質(zhì)譜法（特別是時間飛行質(zhì)譜法）、α譜法、γ譜法、X射線譜法（如XPS）。原理：質(zhì)譜法根據(jù)粒子質(zhì)荷比不同進(jìn)行分離和探測；α譜法探測放射出的α粒子（氦核）以確定原子序數(shù)；γ譜法探測核衰變放出的高能光子以了解核結(jié)構(gòu)；X射線譜法探測原子內(nèi)層電子躍遷產(chǎn)生的X射線，可提供元素種類和化學(xué)環(huán)境信息。四、計算題1.核反應(yīng)方程式：Ar-40+Pb-209→Ts-117+p2.計算釋放能量：*反應(yīng)前質(zhì)量：40.9618u+208.9811u=249.9429u*反應(yīng)后質(zhì)量：（按Ts-117質(zhì)量估算，查表約為294.116u+1.007276u=295.1233u）*質(zhì)量虧損：Δm=249.9429u-295.1233u=-45.1804u*釋放能量：ΔE=Δm*c2=45.1804u*931.5MeV/u≈42337MeV*注意：實際Ts-117的原子質(zhì)量需要查閱權(quán)威數(shù)據(jù)，上述294.116u為估算值，將導(dǎo)致能量計算有差異。此處按上述過程計算。五、實驗設(shè)計/分析題1.預(yù)期核反應(yīng)方程式：Ca-48+Cm-244→Lv-292+4n(或Neutron)*估算反應(yīng)閾能：近似為產(chǎn)物質(zhì)量（Lv-292）與反應(yīng)前質(zhì)量（Ca-48+Cm-244）之差乘以931.5MeV/u。Lv-292估算質(zhì)量約為292.125u。反應(yīng)前質(zhì)量約為187.917u+244.064u=432.981u。Δm≈432.981u-292.125u=140.856u。閾能≈140.856u*931.5MeV/u≈131,000MeV(或131.1GeV)。2.模擬選擇反應(yīng)裝置依據(jù)：需提供足夠高的能量（至少達(dá)到或超過閾能）以克服庫侖勢壘，使Ca-48離子能發(fā)生熔合。通常需要高能線性加速器（如輕離子直線加速器）或串列加速器提供高能Ca-48束流。靶材應(yīng)為高純度的Cm-244靶，形式通常為薄靶片。3.模擬產(chǎn)物分離和鑒定流程：*分離：反應(yīng)產(chǎn)物L(fēng)v-292通常處于高激發(fā)態(tài)，會快速裂變。模擬分離需考慮產(chǎn)物從靶區(qū)射出的時間延遲、不同裂變碎片的質(zhì)量和電荷不同導(dǎo)致的飛行路徑差異?？赡M通過不同半徑的磁場或電場區(qū)域進(jìn)行分離，依據(jù)質(zhì)荷比m/z進(jìn)行初步分離。*鑒定：Lv-292裂變產(chǎn)生的碎片具有特征質(zhì)量數(shù)和能譜。模擬探測可采用質(zhì)譜法（如飛行時間質(zhì)譜儀），通過分析裂變碎片譜圖的特征峰，推算出母核Lv-292的存在及其大致半衰期（通過碎片豐度）?；蚰M探測其衰變產(chǎn)生的初始γ射線能譜。4.預(yù)測可能遇到的實驗困難及模擬解決策略：*困難：反應(yīng)截面極小，意味著產(chǎn)生Lv-292的核反應(yīng)事件數(shù)很少；產(chǎn)物L(fēng)v-292半衰期極短，留給分離、探測和分析的時間窗口非常窄；實驗環(huán)境存在大量背景輻射和次級反應(yīng)產(chǎn)生的干擾粒子。*策略：模擬中需采用高強(qiáng)度、高能離子束流，并優(yōu)化靶材設(shè)計以提高反應(yīng)效率。模擬設(shè)計快速分離裝置，減少處理時間。模擬采用高靈敏