1、1第十九章 第六节 核裂变基础夯实 一、选择题(14 题为单选题,5、6 题为多选题)1. U吸收一个慢中子后,分裂成 Xe和 Sr,还放出( C )23592 13654 9038A1 个 粒子 B3 个中子C10 个中子 D10 个质子解析:设放出的粒子的质量数为 x,电荷数为 y,核反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒。由题意可知则235 1 136 90 x92 54 38 y ) x 10y 0)由此判定该核反应放出的一定是中子,且个数是 10,C 选项正确。2中国承诺到 2020年碳排放量下降 40%45%。为了实现负责任大国的承诺,我国将新建核电站项目。目前关于核电站获取核能的基本
2、核反应方程可能是( A )A U n Sr Xe10 n23592 10 9038 13654 10B Na Mg e2411 2412 0 1C N He O H147 42 178 1D U Th He23892 23490 42解析:重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核,A 是裂变反应,A 正确;B 为 衰变,C 是发现质子的反应,D 是 衰变。31938 年哈恩用中子轰击铀核,发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些 射线。下列关于这个实验的说法中正确的是( D )A这个实验的核反应方程是 U n Ba Kr n23592 10 14456 8936
3、10B这是一个核裂变过程,反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和C这个反应中释放出的能量不可以用爱因斯坦的质能方程来计算D实验中产生的 射线穿透能力极强解析:根据质量数守恒、电荷数守恒,铀核裂变的核反应方程应为:U n Ba Kr3 n,选项 A不正确;铀核裂变过程中产生 射线,放出能量,23592 10 14456 8936 10发生质量亏损,释放的能量根据爱因斯坦的质能方程计算,选项 B、C 不正确;核反应中产生的 射线,穿透能力极强,是能量极高的光子,选项 D正确。4在核反应中,控制铀 235核裂变反应速度的方法是( C )A使用浓缩铀B改变铀块的临界体积C通过自动控制装置,改变镉棒插
4、入的深度,以改变参与反应的中子数2D利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度解析:在核反应中,使用的浓缩铀达到临界条件才能发生链式反应;在反应中石墨作为“慢化剂”使快中子减速为慢中子,使铀核能进一步反应,故它们都不是用来控制核反应速度的方法,A、B、D 错误。调节中子数目是控制反应速度的方法,镉棒具有很强的吸收中子的能力,C 正确。5(重庆一中 20152016 学年高二下学期期中)下列说法正确的是( AC )A卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为 He N O H42 147 178 1B铀核裂变的核反应是 U Ba Kr2 n23592 14156 9236 10C已知质子、中子、 粒子的质
5、量分别为 m1、 m2、 m3,那么,2 个质子和 2个中子结合成一个 粒子,释放的能量是(2 m12 m2 m3)c2D铀( U)经过多次 、 衰变形成稳定的铅( Pb)的过程中,有 4个中子转变成23892 20682质子解析:根据物理学史知选项 A正确;铀核裂变必须吸收慢中子,B 错误;根据爱因斯坦质能方程,知 C正确; U Pb8 He6 e,有 6个中子转变或原子,故 D错误。23892 20682 42 0 16关于原子核反应堆,下列说法正确的是( ABD )A铀棒是核燃料,裂变时释放核能B镉棒的作用是控制反应堆的功率C石墨的作用是吸收中子D冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能
6、解析:铀棒是核燃料,裂变时可放出能量,A 正确;镉棒吸收中子的能力很强,作用是调节中子数目以控制反应速度,即控制反应堆功率,B 正确;慢中子最容易引发核裂变,所以在快中子碰到铀棒前要进行减速,石墨的作用是使中子减速,C 错误;水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动,把反应堆内的热量传输出去,用于发电,同时也使反应堆冷却,控制温度,D 正确。二、非选择题7一个铀 235核裂变时释放出 196MeV的能量,则 1kg铀 235完全裂变时所放出的能量为多少?它相当于多少吨优质煤完全燃烧时放出的能量。(煤的热值为 3.36106J/kg)答案:8.0310 13J 2.3910 4t解析:根据一个铀
7、 235原子核裂变后释放的能量为 E196MeV。1kg铀 235中含原子核的个数为N NA 6.0210232.5610 24mMU 1000235则 1kg铀 235原子核发生裂变时释放的总能量3 EN N E2.5610 24196MeV5.0210 26MeV8.0310 13J;令 q3.3610 6J/kg为煤的热值,设 m为煤的质量,则有 EN qm,所以 m kg2.3910 7kg2.3910 4t。 ENq 8.0310133.36106能力提升 一、选择题(12 题为单选题,3、4 题为多选题)1关于重核的裂变,以下说法正确的是( D )A核裂变释放的能量等于它俘获中子时
8、得到的能量B中子从铀块中通过时,一定发生链式反应C重核裂变释放出大量能量,产生明显的质量亏损,所以核子数要减小D由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量,所以重核裂变为中等质量的核时,要发生质量亏损,放出核能解析:根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知,裂变时因铀核俘获中子即发生核反应,是核能转化为其他形式能的过程。其释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量,链式反应是有条件的,即铀块的体积必须大于其临界体积,如果体积小,中子从铀块中穿过时,碰不到原子核,则链式反应就不会发生。在裂变反应中核子数是不会减小的,如 U裂变为 Sr和 Xe的核反应,其核反应方程为23592 9038
9、 13654U n Sr Xe10 n,23592 10 9038 13654 10其中各粒子质量分别为mU235.0439u, mn1.00867u,mSr89.9077u, mXe135.9072u,质量亏损为 m( mU mn)( mSr mXe10 mn)0.1510u可见铀裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的,核子数是不会减少的,因此选项A、B、C 均错。重核裂变为中等质量的原子核时,由于核子平均质量小,会发生质量亏损,从而释放出核能。综上所述,选项 D正确。2我国秦山核电站第三期工程中有两个 60万千瓦的发电机组,发电站的核能来源于U的裂变,现有四种说法:23592 U原子核中有
10、 92个质子,143 个中子;23592 U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核,反应方程为23592U n Xe Sr2 n;23592 10 13954 9538 10 U是天然放射性元素,常温下它的半衰期约为 45亿年,升高温度半衰期缩短;23592一个 U裂变能放出 200MeV的能量,合 3.21011 J。235924以个说法中完全正确的是( D )A BC D解析:由 U的质量数和电荷数关系易知正确;由核反应方程中电荷数守恒和质量23592数守恒知正确;半衰期不受外界因素干扰,故错误;通过计算知正确,故答案为D。3下面是铀核裂变反应中的一个: U n Xe Sr10 n235
11、92 10 13654 9038 10已知铀 235的质量为 235.0439u,中子质量为 1.0087u,锶 90的质量为 89.9077 u,氙 136的质量为 135.9072u,则此核反应中( BD )A质量亏损为 m235.0439u1.0087u89.9077 u135.9072uB质量亏损为 m(235.04391.008789.9077135.9072101.0087)uC释放的总能量为 E(235.04391.008789.9077135.9072101.0087)(3108)2JD释放的总能量为 E(235.04391.008789.9077135.9072101.008
12、7)931.5MeV解析:计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量,二者之差可用“u”或“kg”作单位,故 A错误,B 正确;质量单位为“u”时,可直接用“1u 的亏损放出能量931.5MeV”计算总能量,故 D正确,当质量单位为“kg”时直接乘以(3.010 8)2,总能量单位才是焦耳,故 C错误。42011 年 3月由 9.0级地震引发的海啸摧毁了日本福岛第一核电站的冷却系统,导致大量 I泄露在大气中, I是一种放射性物质,会发生 衰变而变成 Xe元素。下1315 1315列说法中正确的是( BC )A福岛第一核电站是利用原子核衰变时释放的核能来发电B I发生 衰变的方程式为 I
13、 Xe e1315 1315 13154 0 1C I原子核内有 53个质子,78 个中子1315D如果将碘 131的温度降低到 0度以下,可以延缓其衰变速度解析:核电站是利用核裂变来发电,A 错;根据原子核的结构和方程式书写规则可判BC正确;衰变与物质所处的物理、化学状态无关,D 错。二、非选择题5(湖北省部分重点中学 20152016 学年高二下学期期中)在核电站中,核反应堆释放的核能被转化为电能。核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应,释放出大量的核能。(1)核反应方程 U n Ba Kr aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种,23592 10 14156 9236则 a的值
14、为多少,X 表示哪一种核?5(2)有一座核能发电站,发电能力 P110 6kW,核能转化为电能的效率 45%,设反应堆中发生的裂变反应全是(1)中的核反应,已知每次核反应过程中放出的核能 E2.7810 11 J,铀核的质量 mU3.910 25 kg,求每年需要消耗的铀的质量。(结果保留 2位有效数字)答案:(1)3 中子 (2)0.98t解析:(1)根据质量数和核电荷数守恒可得:X的电荷数为 0,质量数为 1,X 为中子, a3。(2)该核能发电站一年发出的电能为:W1 Pt110 9365243600J3.153610 16J需要核反应产生的能量为: W 7.00810 16JW1这么多核能需要燃烧的铀核质量为 mWmU2.7810 11代入数据,解得: m980kg0.98t