教科版選修35 第三章 第5節(jié) 核裂變 學(xué)案.doc

第5節(jié)核_裂_變(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書頁碼p44)一、核裂變1定義重核分裂為幾個(gè)中等質(zhì)量原子核的過程。2裂變常見的方程unbakr3n特別提醒同一重核發(fā)生裂變時(shí)，產(chǎn)生的中等核可能不同。二、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)1鏈?zhǔn)椒磻?yīng)一個(gè)反應(yīng)過程的產(chǎn)物能夠再次引起這種反應(yīng)，從而使反應(yīng)一旦開始就能自動(dòng)延續(xù)下去，這種反應(yīng)過程就稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。2臨界體積能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裂變物質(zhì)的最小體積。三、核電站1核電站利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆，它主要由以下幾部分組成：燃料、慢化劑、控制棒。2工作原理核燃料裂變釋放能量，使反應(yīng)區(qū)溫度升高。3能量輸出利用水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電。4注重核污染的防護(hù)1判斷：(1)鈾核的裂變是一種天然放射現(xiàn)象。()(2)鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量時(shí)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才能不停地進(jìn)行下去。()(3)鈾核裂變時(shí)會(huì)吸收大量的能量。()(4)中子的速度越快，越容易發(fā)生鈾核裂變。()(5)核能發(fā)電對(duì)環(huán)境的污染比火力發(fā)電要小。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)2思考：核反應(yīng)堆中的控制棒是由什么制成的？控制棒起什么作用？提示：控制棒由鎘棒制成，鎘吸收中子的能力很強(qiáng)，在鈾棒之間插進(jìn)一些鎘棒，可以控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度。(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書頁碼p45)對(duì)重核裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的分析1.鈾核的裂變和裂變方程(1)核子受激發(fā)：當(dāng)中子進(jìn)入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核，復(fù)核中由于核子的激烈運(yùn)動(dòng)，使核變成不規(guī)則的形狀。(2)核子分裂：核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾塊，同時(shí)放出2或3個(gè)中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變就會(huì)不斷地進(jìn)行下去，釋放出越來越多的核能。(3)常見的裂變方程：unxesr2nunbakr3n2鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件(1)鈾塊的體積大于臨界體積。(2)鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量。以上兩個(gè)條件滿足一個(gè)即可。3裂變反應(yīng)的能量鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以放出能量。一個(gè)鈾235核裂變時(shí)釋放的能量如果按200 mev估算，1 kg鈾235全部裂變放出的能量相當(dāng)于2 800 t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)釋放的能量，裂變時(shí)能產(chǎn)生幾百萬度的高溫。4鈾的同位素中鈾235最易發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在天然鈾中，主要有兩種同位素，99.3%的是鈾238，0.7%的是鈾235，中子能引起這兩種鈾核發(fā)生裂變，但它們和中子發(fā)生作用的情況不同。(1)鈾235：俘獲各種能量的中子都會(huì)發(fā)生裂變，且俘獲低能量的中子發(fā)生裂變的概率大。(2)鈾238：只有俘獲能量大于1 mev的中子才能發(fā)生裂變，且裂變的幾率小。能量低于1 mev的中子只與鈾核發(fā)生彈性碰撞，不引起裂變。因此，為了使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生，最好利用純鈾235。1關(guān)于重核的裂變，以下說法正確的是()a核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時(shí)得到的能量b中子從鈾塊中通過時(shí)，一定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)c重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，但核子數(shù)不會(huì)減少d所有重核元素用中子轟擊均能發(fā)生裂變反應(yīng)解析：選c根據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變釋放能量的原理分析可知，裂變時(shí)因鈾核俘獲中子即發(fā)生核反應(yīng)，是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程，因此其釋放的能量是遠(yuǎn)大于其俘獲中子時(shí)吸收的能量的。發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是有條件的，即鈾塊的體積必須大于臨界體積。如果體積過小，中子從鈾塊中穿過時(shí)，碰不到原子核，則鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就不會(huì)發(fā)生。在裂變反應(yīng)中核子數(shù)是不會(huì)減少的，因此選項(xiàng)a、b錯(cuò)誤，c正確。用中子轟擊u和pu(钚)等少數(shù)幾種重元素才能發(fā)生裂變反應(yīng)，d錯(cuò)誤。裂變反應(yīng)堆原子核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可以在人工控制下進(jìn)行，使核能較平緩地釋放出來，這樣釋放的核能就可以為人類的和平建設(shè)服務(wù)。裂變反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)和工作原理如下表所示：組成部分材料作用裂變材料(核燃料)濃縮鈾(u)提供核燃料慢化劑(減速劑)石墨、重水或普通水使裂變產(chǎn)生的快中子減速控制棒鎘吸收減速后的中子，控制反應(yīng)速度反射層石墨阻止中子逃逸熱交換器水產(chǎn)生高溫蒸氣，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電防護(hù)層金屬套和鋼筋混凝土防止射線對(duì)人體及其他生物體的侵害2鈾核裂變時(shí)，對(duì)于產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的重要因素，下列說法中正確的是()a鈾塊的質(zhì)量是重要因素，與體積無關(guān)b為了使鈾235裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生，最好直接利用裂變時(shí)產(chǎn)生的快中子c若鈾235的體積超過它的臨界體積，裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就能夠發(fā)生d裂變能否發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)與鈾塊的質(zhì)量無關(guān)解析：選c要發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)必須使鈾塊體積(或質(zhì)量)大于臨界體積(或臨界質(zhì)量)，故a、d錯(cuò)，c對(duì)，鈾235俘獲慢中子發(fā)生裂變的概率大，快中子使鈾235發(fā)生裂變的幾率小，故b錯(cuò)。(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書頁碼p45)重核的裂變例1我國秦山核電站第三期工程中有兩個(gè)60萬千瓦的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電站的核能來源于u的裂變，現(xiàn)有4種說法：u原子核中有92個(gè)質(zhì)子，有143個(gè)中子u的一種可能裂變是變成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，反應(yīng)方程式為：unxesr2nu是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，升高溫度，半衰期縮短一個(gè)u裂變能放出200 mev的能量，合3.21011 j以上說法中正確的是()abc d解析由u的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)關(guān)系易知正確；由核反應(yīng)方程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知正確；半衰期不受外界因素干擾，故錯(cuò)誤；通過計(jì)算知正確，故正確選項(xiàng)為d。答案d裂變核能的計(jì)算例2鈾核(u)裂變成鋇(ba)和氪(kr)。已知u、ba、kr以及中子的質(zhì)量分別是235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u和1.008 7 u。(1)試寫出鈾核裂變反應(yīng)方程，并計(jì)算1個(gè)235u核裂變時(shí)放出的核能；(2)我國秦山核電站的裝機(jī)容量為3.0105 kw，假如全部235u都能夠發(fā)生這樣的裂變，釋放核能的1.2%可轉(zhuǎn)化為電能，試由此估算電站1年要消耗多少u?解析(1)根據(jù)裂變的生成物及核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒，由核電荷數(shù)守恒可確定產(chǎn)生中子的數(shù)目。unbakr3n，核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為m235.043 9 u140.913 9 u91.897 3 u21.008 7 u0.2153 u根據(jù)質(zhì)能方程可知每一個(gè)235u核裂變所釋放的能量為emc20.215 31.661027(3108)2 j3.221011 j。(2)電站1年所產(chǎn)生的電能為ept，t36524360 0 s。每摩爾235u全部裂變所釋放的能量為nae，na為阿伏加德羅常數(shù)，而235u的摩爾質(zhì)量為mu0.235 kg/mol，所以m mu kg9.6103 kg。答案見解析(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書頁碼p46)1下列說法正確的是()a粒子大角度散射表明粒子很難進(jìn)入原子內(nèi)部b氫原子躍遷發(fā)出的光從空氣射入水時(shí)可能發(fā)生全反射c裂變反應(yīng)有質(zhì)量虧損，質(zhì)量數(shù)不守恒d射線是一種波長很短的電磁波解析：選d粒子大角度散射現(xiàn)象說明原子中原子核很小，原子內(nèi)部十分“空曠”，a錯(cuò)誤；發(fā)生全反射的條件之一是光由光密介質(zhì)向光疏介質(zhì)中傳播，故光從空氣射入水中，不可能發(fā)生全反射，b錯(cuò)誤；所有的核反應(yīng)都遵循電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒，反應(yīng)過程中，質(zhì)量有虧損，c錯(cuò)誤；射線是一種電磁波，且頻率很高，波長很短，d正確。2關(guān)于核反應(yīng)堆中用鎘棒控制反應(yīng)速度的原理，下列說法正確的是()a鎘棒能釋放中子，依靠釋放的多少控制反應(yīng)速度b用鎘棒插入的多少控制快中子變?yōu)槁凶拥臄?shù)量c利用鎘棒對(duì)中子吸收能力強(qiáng)的特點(diǎn)，依靠插入的多少控制中子數(shù)量d鎘棒對(duì)鈾核裂變有一種阻礙作用，利用其與鈾的接觸面積的大小控制反應(yīng)速度解析：選c鎘棒并不能釋放中子，也不能使中子減速，對(duì)鈾核裂變也沒有阻礙作用，而是利用其對(duì)中子吸收能力強(qiáng)的特點(diǎn)，控制中子數(shù)量的多少而控制核反應(yīng)速度，故c正確。3下列核反應(yīng)中，表示核裂變的是()a.uthheb.cnec.unbakr3nd.behecn解析：選c核反應(yīng)中有四種不同類型的核反應(yīng)，它們分別是衰變、人工轉(zhuǎn)變、重核裂變、輕核聚變，其中衰變有衰變、衰變等。uthhe是衰變，cne是衰變，behecn是人工轉(zhuǎn)變，只有c選項(xiàng)是重核裂變。4. u吸收一個(gè)慢中子后，分裂成xe和sr，同時(shí)還放出()a一個(gè)粒子 b一個(gè)氘核c三個(gè)中子 d兩個(gè)中子解析：選c該裂變反應(yīng)的方程為unxesr3n，放出的粒子只能是3個(gè)中子，故c正確。5現(xiàn)已建成的核電站發(fā)電的能量來自于()a天然放射性元素衰變放出的能量b人工放射性同位素放出的能量c重核裂變放出的能量d化學(xué)反應(yīng)放出的能量解析：選c現(xiàn)在核電站所用原料主要是鈾，利用鈾裂變放出的核能發(fā)電，故c項(xiàng)正確。6關(guān)于鈾核裂變，下述說法中正確的是()a鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，但只能裂變成兩種不同的核b鈾核裂變時(shí)還能同時(shí)釋放23個(gè)中子c為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易進(jìn)行，最好用純鈾235d鈾塊的體積對(duì)產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)無影響解析：選bc鈾核受到中子的轟擊，會(huì)引起裂變，裂變的產(chǎn)物是各種各樣的，具有極大的偶然性，但裂變成兩塊的情況多，也有的分裂成多塊，并放出幾個(gè)中子，鈾235受中子的轟擊時(shí)，裂變的概率大，而鈾238只有俘獲能量在1 mev以上的中子才能引起裂變，且裂變的幾率小。而要引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，需使鈾塊體積超過臨界體積。故上述選項(xiàng)b、c正確。7(廣東高考)鈾核裂變是核電站核能的重要來源，其一種裂變反應(yīng)式是unbakr3n。下列說法正確的有()a上述裂變反應(yīng)中伴隨著中子放出b鈾塊體積對(duì)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生無影響c鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可人工控制d鈾核的半衰期會(huì)受到環(huán)境溫度的影響解析：選ac本題考查裂變反應(yīng)的特點(diǎn)及條件、原子核半衰期的特點(diǎn)，意在考查考生對(duì)原子核不同變化形式的區(qū)別的掌握。從鈾核裂變方程可以看出，反應(yīng)中伴隨著中子放出，a項(xiàng)正確；鈾塊的體積必須大于臨界體積才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，b項(xiàng)錯(cuò)誤；通過控制中子數(shù)可以控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，c項(xiàng)正確；鈾核的半衰期與物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，因此不受環(huán)境影響，d項(xiàng)錯(cuò)誤。81個(gè)鈾235吸收1個(gè)中子發(fā)生核反應(yīng)時(shí)，大約放出196 mev的能量，則1 g純鈾235完全發(fā)生核反應(yīng)放出的能量為(na為阿伏加德羅常數(shù))()ana196 mevb235na196 mevc235196 mev d.196 mev解析：選d由于1 mol的鈾核質(zhì)量為235 g,1 g鈾235的物質(zhì)的量為 mol，因此1 g鈾235釋放的能量e196 mev，故d正確。9貧鈾炸彈是一種殺傷力很強(qiáng)的武器，貧鈾是提煉鈾235以后的副產(chǎn)品，其主要成分為鈾238，貧油炸彈不僅有很強(qiáng)的穿甲能力，而且鈾238具有放射性，殘留物可長期對(duì)環(huán)境起破壞作用而造成污染。人長期生活在該環(huán)境中會(huì)受到核輻射而患上皮膚癌和白血病。下列敘述錯(cuò)誤的是()a鈾238的衰變方程式為：uthheb.u和u互為同位素c人患皮膚癌和白血病是因?yàn)楹溯椛鋵?dǎo)致了基因突變d貧鈾彈的穿甲能力很強(qiáng)，也是因?yàn)樗姆派湫越馕觯哼xd鈾238具有放射性，放出一個(gè)粒子，變成釷234，a正確。鈾238和鈾235質(zhì)子數(shù)相同，互為同位素，b正確。核輻射能導(dǎo)致基因突變，是皮膚癌和白血病的誘因之一，c正確。貧鈾彈的穿甲能力很強(qiáng)，是因?yàn)樗膹椥臼怯筛呙芏?、高?qiáng)度、高韌性的鈾合金組成，襲擊目標(biāo)時(shí)產(chǎn)生高溫化學(xué)反應(yīng)，所以其爆炸力、穿透力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般炸彈，d錯(cuò)。10曾落在日本廣島上的原子彈，相當(dāng)于2萬噸tnt炸藥放出的能量。原子彈放出的能量約8.41013 j，試問有多少個(gè)u原子核進(jìn)行分裂？該原子彈中含鈾u的質(zhì)量最小限度為多少千克？(一個(gè)鈾u原子核分裂時(shí)所產(chǎn)生的能量約為200 mev)解析：一個(gè)u原子核分裂時(shí)所產(chǎn)生的能量約為200 mev200106 ev2.01081.61019 j3.21011 j。設(shè)共有n個(gè)u核發(fā)生裂變：n個(gè)2.61024個(gè)，鈾的質(zhì)量m235103 kg1.015 kg。答案：2.61024個(gè)1.015 kg11若u俘獲一個(gè)中子裂變成sr及xe兩種新核，且三種原子核的質(zhì)量分別為235.043 9 u、89.907 7 u和135.907 2 u，中子質(zhì)量為1.008 7 u(1 u1.660 61027 kg,1uc2相當(dāng)于931.50 mev)(1)寫出鈾核裂變的核反應(yīng)方程；(