版选修3_5.ppt

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1、2 放射性元素的衰变,一、原子核的衰变 1.定义:原子核放出_或_,变成另一种原子 核的过程。 2.衰变类型: (1)衰变:放射性元素放出粒子的衰变过程。放出 一个粒子后,核的质量数_,电荷数_,成为 新核。,粒子,粒子,减少4,减少2,(2)衰变:放射性元素放出粒子的衰变过程。放出 一个粒子后,核的质量数_,电荷数_。,不变,增加1,3.衰变规律:原子核衰变时_和_都守恒。 4.衰变的实质: (1)衰变的实质:2个_和2个_结合在一起形成 粒子。 (2)衰变的实质:核内的_转化为了一个_和一 个_。 (3)射线经常是伴随衰变和衰变产生的。,电荷数,质量数,中子,质子,中子,质子,电子,二、半

2、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)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_。,半数,不同,核内部自身的因素,没有关系,3.适用条件:半衰期描述的是_,不适用于单 个原子核的衰变。 4.半衰期的应用:利用半衰期非常稳定这一特点,可 以通过测量其衰变程度来推断_。,统计规律,时间,【预习诊断】 1.请判断下列说法的正误。 (1)原子核在衰变时,它在元素周期表中的位置不变。( ) (2)发生衰变时放出的电子是原子的核外电子。( ) (3)射线也是组成原子核内的一种粒子。( )

3、,(4)半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间,经过两个半衰期原子核就全部发生衰变。( ) (5)根据半衰期的计算,我们可以知道一个特定的原子核何时发生衰变。( ) (6)半衰期与原子所处的化学状态和外部条件都无关。( ),提示:(1)。原子核在衰变时,由于核电荷数变了,所以它在元素周期表中的位置就变了。 (2)。衰变是原子核内中子转变成一个质子和一个电子,电子被发射到核外就是粒子。,(3)。原子核在发生衰变、衰变时,蕴藏在核内的能量以光子的形式释放出来形成射线,所以射线经常是伴随射线和射线产生的,但射线不是组成原子核的一种粒子。 (4)。半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间,经过两个半衰期

4、原子核还剩四分之一。,(5)。半衰期描述的是大量原子核衰变的统计规律,不适用于单个原子核的衰变,我们不能知道一个特定的原子核何时发生衰变。 (6)。半衰期由核内部自身的因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件都无关。,2.一个放射性原子核,发生一次衰变,则它( ) A.质子数减少一个,中子数不变 B.质子数增加一个,中子数不变 C.质子数增加一个,中子数减少一个 D.质子数减少一个,中子数增加一个,【解析】选C。衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子,故中子减少一个而质子增加一个。故A、B、D错,C对。,3.放射性元素氡(Rn)经衰变成为钋(Po),半衰期约为 3.8天;但勘测表明,经过漫

5、长的地质年代后,目前地壳 中仍存在天然的含有放射性元素Rn的矿石,其原因是( ),A.目前地壳中的Rn主要来自于其他放射性元素的衰变 B.在地球形成的初期,地壳中元素Rn的含量足够高 C.当衰变产物Po积累到一定量以后Po的增加会减慢Rn的衰变进程 D.Rn主要存在于地球深处的矿石中,温度和压力改变了它的半衰期,【解析】选A。放射性元素Rn可以衰变成Po,有的元素也可以衰变成Rn,所以尽管Rn的半衰期很短,自然界中仍然存在Rn,A正确;半衰期的大小与外界环境无关,C、D错;如果没有其他元素衰变成Rn,地球形成初期Rn的含量无论多么高,现在Rn也几乎不存在了,B错。,知识点一 原子核的衰变规律与

6、衰变方程 探究导入: 放射性元素发生衰变、衰变时放出粒子与粒子,如图为衰变、衰变示意图。,(1)当原子核发生衰变时,新核的核电荷数与质量数相对原来的原子核变化了多少? (2)当发生衰变时,原子核的质量数是否发生变化?新核在元素周期表中的位置怎样变化?,提示:(1)当原子核发生衰变时,原子核的质子数减小2,中子数减小2,因为衰变的实质是2个质子和2个中子结合在一起从原子核中被抛射出来,所以新核的核电荷数比原来的原子核减少2,质量数减少4。,(2)粒子为电子,发生衰变时原子核的质量数不发生变化,但新核的核电荷数相对原来的原子核核电荷数增加1,所以原子序数增加1,元素在周期表上向原子序数增加的方向移

7、动1位。,【归纳总结】 1.衰变种类: (1)衰变:放出粒子的衰变,如,(2)衰变:放出粒子的衰变,如,2.衰变规律:原子核发生衰变时,衰变前后的电荷数和质量数都守恒。,3.衰变实质: 衰变:原子核内两个质子和两个中子结合成一个粒子,并在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来,产生衰变。,衰变:原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内,同时放出一个电子,即粒子放射出来。,4.衰变方程通式:,5.确定原子核衰变次数的方法与技巧: (1)方法:设放射性元素 经过n次衰变和m次衰变后,变成稳定的新元素 ,则衰变方程为:,根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程: A=A+4n,Z=Z+2n-m。

8、 以上两式联立解得:n= , m= +Z-Z。 由此可见,确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。,(2)技巧:为了确定衰变次数,一般先由质量数的改变确定衰变的次数(这是因为衰变的次数多少对质量数没有影响),然后根据衰变规律确定衰变的次数。,【典例探究】 考查角度1 原子核的衰变方程 【典例1】下列表示放射性元素碘131( )衰变的 方程是( ),【解析】选B。衰变是原子核自发地释放一个粒子(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。,考查角度2 衰变次数的计算 【典例2】钍232( )经过_次衰变和 _次衰变,最后成为铅208( )。,【解题探

9、究】 (1)两种衰变的质量数变化有什么规律?怎样判断衰变的次数? 提示:衰变质量数不变,每发生一次衰变,质量数减少4;用两种原子核的质量数之差除以4就是衰变的次数。,(2)两种衰变的电荷数怎样变化? 提示:每发生一次衰变电荷数减少2,每发生一次衰变电荷数增加1。,【解析】因为衰变改变原子核的质量数而衰变不能,所以应先从判断衰变次数入手: 衰变次数= =6。 每经过1次衰变,原子核电荷数减少2,那么,钍核经过6次衰变后剩余的电荷数与铅核实际的电荷数之差,决定了衰变次数:,衰变次数= =4。 答案:6 4,【规律方法】衰变次数的判断技巧 (1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒。 (2)每发生一次

10、衰变质子数、中子数均减少2。 (3)每发生一次衰变中子数减少1,质子数增加1。,【过关训练】 1.某原子核A先进行一次衰变变成原子核B,再进行一次衰变变成原子核C,则( ) A.核C的质子数比核A的质子数少2 B.核A的质量数减核C的质量数等于3 C.核A的中子数减核C的中子数等于3 D.核A的中子数减核C的中子数等于5,【解析】选C。原子核A进行一次衰变后,一个中子转变为一个质子并释放一个电子,再进行一次衰变,又释放两个中子和两个质子,所以核A比核C多3个中子1个质子,选项C正确,A、B、D错误。,2.在横线上填上粒子符号和衰变类型。,【解析】根据质量数和电荷数守恒可以判断:(1)中生 成的

11、粒子为 ,属于衰变。(2)中生成的粒子为 , 属于衰变。(3)中生成的粒子为 ,属于衰变。 (4)中生成的粒子为 ,属于衰变。 答案:(1) (2) (3) (4) ,【补偿训练】 某放射性元素的原子核内有N个核子,其中有n个质子, 该原子核发生2次衰变和1次衰变,变成1个新核, 则( ),A.衰变前原子核有(N-n)个中子 B.衰变后新核有(n-4)个质子 C.衰变后新核的核子数为(N-3) D.衰变后新核的中子数为(N-n-3),【解析】选A。核子数等于质子数加中子数,所以衰变前原子核有中子数(N-n)个,A项正确;衰变后新核有n-(22-1)=(n-3)个质子,B项错;衰变后新核的核子数

12、为N-24=N-8,C项错;衰变后新核的中子数为(N-n-5),D项错。,知识点二 半衰期 探究导入: 如图为始祖鸟的化石,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年的诺贝尔奖。 利用“碳-14计年法”可以估算出 始祖鸟的年龄。,(1)什么是半衰期,为什么能够运用它来计算始祖鸟的年龄? (2)若有10个具有放射性的原子核,经过一个半衰期,则一定有5个原子核发生了衰变,这种说法是否正确,为什么?,提示:(1)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。 (2)这种说法是

13、错误的,因为半衰期描述的是大量放射性元素衰变的统计规律,不适用于少量原子核的衰变。,【归纳总结】 1.意义:表示放射性元素衰变的快慢。 2.半衰期公式: N余= m余=,式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量,N余、m余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量,t表示衰变时间,表示半衰期。,3.适用条件:半衰期是一个统计概念,是对大量的原子核衰变规律的总结,对于一个特定的原子核,无法确定其何时发生衰变,半衰期只适用于大量的原子核。 4.应用:利用半衰期非常稳定的特点,可以测算其衰变过程,推算时间等。,【特别提醒】 (1)半衰期由核内部自身的因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件都无关。 (2)

14、半衰期是一个统计规律,适用于对大量原子核衰变的计算,对于个别少数原子核不适用。,【典例探究】 考查角度1 半衰期的理解 【典例1】(多选)关于放射性元素的半衰期,下列说法正确的是( ),A.原子核全部衰变所需要的时间的一半 B.原子核有半数发生衰变所需要的时间 C.相对原子质量减少一半所需要的时间 D.元素质量减半所需要的时间,【解析】选B、D。放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间叫作这种元素的半衰期,它与原子核全部衰变所需要的时间的一半不同。放射性元素发生衰变后成了一种新的原子核,原来的放射性元素原子核的个数不断减少;当原子核的个数减半时,该放射性元素的原子核的总质量也减半,故选项

15、B、D正确。,考查角度2 半衰期的计算 【典例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 ,它很容易发生衰变,放出射线变成一个新核,其半衰期为5730年,试写出14C的衰变方程。,(2)若测得一古生物遗骸中的 含量只有活体中的25%, 则此遗骸距今约有多少年?,【解题探究】 (1)如何写出14C的衰变方程? 提示:根据质量数守恒和电荷数守恒写出。 (2)怎样确定古生物的年代? 提示:由古生物14C的含量与活体14C的含量对比可确定其半衰期数,即可计算出古生物的

16、年代。,【解析】(1) (2) 的半衰期=5730年。 生物死亡后,遗骸中的 按其半衰期变化,设活体中 的含量为N0,遗骸中的 含量为N, 则N=,即0.25N0= 故 =2,t=11460年。 答案:(1) (2)11460年,【过关训练】 1.(拓展延伸)【典例2】中再过5 730年,这一古生物遗骸中的 含量是活体中的多少倍?,【解析】遗骸再过5 730年,所经过的时间为 t=11 460+5 730=17 190年。 古生物中 的含量由 m余= 代入数据得 =0.125。 答案:0.125,2.(多选)日本福岛核电站核泄漏事故中的污染物中含 有碘131,碘131不稳定,发生衰变,产生对人

17、体有危 害的辐射,其半衰期为8天,关于碘131,下列说法正确 的是( ),A.碘131发生衰变的方程是 B.碘131发生衰变放出的电子是碘原子的核外电子 C.经过16天有 的碘131发生了衰变 D.在高温条件下,碘131的半衰期会缩短,【解析】选A、C。由核反应方程中质量数守恒、核电荷数守恒可知A选项正确;碘131发生衰变放出的电子是由碘原子的原子核内放出的,B选项错误;经过两个半衰期会有 的碘131发生衰变,C选项正确;放射性元素的半衰期由核内部自身因素决定,与外部条件无关,D选项错误。,【补偿训练】 一块含铀的矿石质量为M,其中铀元素的质量为m,铀发生一系列衰变,最终生成物为铅。已知铀的半

18、衰期为T,那么下列说法中正确的是( ),A.经过2个半衰期后,这块矿石中基本不再含有铀 B.经过2个半衰期后,原来所含的铀元素的原子核有发生了衰变 C.经过3个半衰期后,其中铀元素的质量还剩 D.经过1个半衰期后该矿石的质量剩下,【解析】选C。经过2个半衰期后矿石中剩余的铀应该 有 ,故选项A、B错误;经过3个半衰期后矿石中剩余 的铀还有 ,故选项C正确;因为衰变产物大部分仍然 留在该矿石中,所以矿石质量没有太大的改变,选项D 错误。,【拓展例题】考查内容:同位素间的同与不同 【典例示范】现在很多心血管专科医院引进了一种被 称为“心肌灌注显像”的检测技术,方法是将若干毫 升含放射性元素锝的注射

19、液注入被检测者的动脉,经 过40分钟后,这些含放射性物质的注射液通过血液循 环均匀地分布在血液中,这时对被检测者的心脏进行 造影。心脏血管正常的位置由于有放射性物质随血液,到达而显示出有射线射出;心脏血管被堵塞的部分由于无放射性物质到达,将无射线射出。医生根据显像情况就可以判定被检测者心血管有无病变,并判断病变位置。你认为检测用放射性元素锝的半衰期应该最接近下列数据中的( ),A.6秒 B.6小时 C.6个月 D.6年,【解析】选B。如果半衰期太短,一是在明显的放射期内放射性物质的注射液尚未均匀地分布在血液中而无法完成检测工作,二是因放射强度较大而对人体造成伤害。如果半衰期太长,放射性物质长期残留在人体内也会对人体造成伤害。对比四个选项中的时间,应以6小时为宜,故正确选项应为B。,