人教版選修35 第十九章 第6節(jié)　核 裂 變 學(xué)案.docVIP

第6節(jié)核_裂_變重核的裂變探新知基礎(chǔ)練1裂變定義重核分裂為質(zhì)量較小的核，釋放出核能的反應(yīng)。2鈾核裂變用中子轟擊鈾核時，鈾核發(fā)生裂變，其產(chǎn)物是多種多樣的，其中一種典型的反應(yīng)是unbakr3n。3鏈式反應(yīng)當一個中子引起一個重核裂變后，裂變釋放的中子再引起其他重核裂變，且能不斷繼續(xù)下去，這種反應(yīng)叫核裂變的鏈式反應(yīng)。4鏈式反應(yīng)的條件發(fā)生裂變物質(zhì)的體積大于等于臨界體積或裂變物質(zhì)的質(zhì)量大于等于臨界質(zhì)量。辨是非(對的劃“”，錯的劃“”)1核裂變反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，同時遵循電荷數(shù)守恒。()2裂變物質(zhì)的體積需要大于等于臨界體積，鏈式反應(yīng)才能順利進行。()釋疑難對點練1鈾核的裂變和鏈式反應(yīng)(1)哈恩的發(fā)現(xiàn)：1938年12月，德國物理學(xué)家哈恩與斯特拉斯曼在利用中子轟擊鈾核時，發(fā)現(xiàn)了鈾核的裂變，向核能的利用邁出了第一步。(2)裂變的解釋：核子受激發(fā)：當中子進入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核，由于復(fù)核中核子的激烈運動，使核變成不規(guī)則的形狀。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，同時放出23個中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變就會不斷地進行下去，釋放出越來越多的核能。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，一般來說，平均每個核子放出的能量約為1 mev,1 kg鈾235全部裂變放出的能量相當于2 800 t優(yōu)質(zhì)煤燃燒時釋放的能量。裂變時能產(chǎn)生幾萬度的高溫。(3)鈾核裂變的條件：鈾核的裂變只能發(fā)生在人為的核反應(yīng)中，自然界中不會自發(fā)地產(chǎn)生裂變，而是發(fā)生衰變。要使鈾核裂變，首先要利用中子轟擊鈾核，使其分裂，并放出更多的中子，這些中子再去轟擊更多的鈾核，產(chǎn)生更多的中子，就形成了鏈式反應(yīng)。鏈式反應(yīng)速度很快，如不加以控制，能量在瞬間急劇釋放引起劇烈爆炸(如原子彈)。如果運用一定辦法加以控制就可以和平利用這種巨大的能量(如核電站、核潛艇等)。特別提醒裂變的鏈式反應(yīng)需要一定的條件才能維持下去：(1)要有足夠濃度的鈾235。(2)要有足夠數(shù)量的慢中子。(3)鈾塊的體積要大于等于臨界體積。試身手1鏈式反應(yīng)中，重核裂變時放出的可以使裂變不斷進行下去的粒子是()a質(zhì)子b中子c 粒子 d粒子解析：選b重核的裂變需要中子的轟擊，在鏈式反應(yīng)中，不斷放出的高速中子使裂變可以不斷進行下去，b項正確。核電站探新知基礎(chǔ)練1核電站定義核電站是利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是反應(yīng)堆，它主要由以下幾部分組成：(1)燃料：鈾棒。(2)慢化劑：鈾235容易捕獲慢中子發(fā)生反應(yīng)，采用石墨、重水或普通水作慢化劑。(3)控制棒：為了控制能量釋放的速度，就要想辦法減少中子的數(shù)目，采用在反應(yīng)堆中插入鎘棒的方法，利用鎘吸收中子的特性，就可以容易地控制鏈式反應(yīng)的速度。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，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電。4核污染的處理為避免射線對人體的傷害和放射性物質(zhì)對水源、空氣和工作場所造成的放射性污染，在反應(yīng)堆的外面需要修建很厚的水泥層，用來屏蔽裂變反應(yīng)放出的各種射線。核廢料具有很強的放射性，需要裝入特制的容器，深埋地下。辨是非(對的劃“”，錯的劃“”)1核廢料具有很強的放射性，需要深埋地下。()2利用核能發(fā)電污染少。()釋疑難對點練原子核的鏈式反應(yīng)可以在人工控制下進行，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)生高溫蒸汽，推動汽輪發(fā)電機發(fā)電防護層金屬套和鋼筋混凝土防止射線對人體及其他生物體的侵害特別提醒(1)核電站不排放二氧化碳、氮氧化合物等造成溫室效應(yīng)或酸雨的氣體和煙塵，有利于環(huán)境保護。(2)為防止放射性物質(zhì)的泄漏，核電站一般有4道安全屏障，大大提高了核能利用的安全性。試身手2鎘棒在核反應(yīng)堆中的作用是()a使快中子變成慢中子b使慢中子變成快中子c使反應(yīng)速度加快d控制反應(yīng)速度，調(diào)節(jié)反應(yīng)速度的快慢解析：選d在核反應(yīng)堆中石墨起著變快中子為慢中子的作用，鎘棒起吸收中子、調(diào)節(jié)反應(yīng)速度快慢的作用。d正確。對重核裂變的理解典例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得到的能量b中子從鈾塊中通過時，一定發(fā)生鏈式反應(yīng)c重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)要減少d重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時，要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能解析選d根據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變放能的原理分析可知，裂變時鈾核俘獲中子即發(fā)生核反應(yīng)，是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程。其釋放的能量遠大于等于其俘獲中子時吸收的能量。鏈式反應(yīng)是有條件的，即鈾塊的體積必須大于等于其臨界體積，如果體積小，中子從鈾塊中穿過時，碰不到原子核，則鏈式反應(yīng)就不會發(fā)生。在裂變反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)均守恒，即核子數(shù)守恒，所以核子數(shù)是不會減少的。因此選項a、b、c均錯；重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時，會發(fā)生質(zhì)量虧損，從而釋放出核能，故d對。核能的計算典例2u受中子轟擊時會發(fā)生裂變，產(chǎn)生ba和kr，同時放出能量，已知每個鈾核裂變時釋放的能量為200 mev。(1)寫出核反應(yīng)方程。(2)現(xiàn)在要建設(shè)發(fā)電功率為5105 kw的核電站，用鈾235作為核燃料，假設(shè)核裂變釋放的能量一半轉(zhuǎn)化為電能，那么該核電站一天消耗鈾235多少千克？(阿伏加德羅常數(shù)為na6.01023 mol1)解析(1)核反應(yīng)方程為unbakr3n200 mev。(2)核電站一天發(fā)出的電能為e1pt5108243.6103 j4.321013 j鈾核裂變釋放的總能量為e22e18.641013 j由于每個鈾核裂變時釋放的能量e0200 mev3.21011 j，則鈾核的物質(zhì)的量為n mol4.5 mol故一天消耗的u的質(zhì)量為mnm4.5235 g1.06 kg。答案(1)unbakr3n200 mev(2)1.06 kg重核裂變釋放的核能，計算方法與之前介紹的基本相同，具體可以從以下三個方面進行。(1)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程計算。用裂變反應(yīng)中質(zhì)量虧損(m)的千克數(shù)乘以真空中的光速(c3108 m/s)的平方，即emc2。(2)根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當于931.5兆電子伏(mev)能量計算。用裂變反應(yīng)中質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5 mev，即em(u)931.5 mev。(3)由核能的轉(zhuǎn)化量計算。典例3鈾核裂變的許多可能的核反應(yīng)中的一個是unbakr3n。(1)試計算一個鈾235原子核裂變后釋放的能量。(u、ba、kr、n的質(zhì)量分別為235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u、1.008 7 u)(2)1 kg鈾235原子核發(fā)生上述裂變時能放出多少核能？它相當于燃燒多少煤釋放的能量？(煤的熱值為2.94107 j/kg)解析(1)裂變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為m(235.043 9140.913 991.897 321.008 7) u0.215 3 u一個鈾235原子核裂變釋放的能量為e0.215 3931.5 mev200.6 mev。(2)1 kg鈾235中鈾核的個數(shù)為n25610241 kg鈾235原子核發(fā)生裂變時釋放的總能量為ene2.561024200.6 mev5.141026 mev8.21013 j設(shè)q為煤的熱值，m為煤的質(zhì)量，則有eqm，所以m kg2.8103 t。答案(1)200.6 mev(2)8.21013 j2.8103 t課堂對點鞏固1(多選)關(guān)于鈾核裂變，下述說法正確的是()a鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，但只能裂變成兩塊b鈾核裂變時還能同時釋放23個中子c為了使裂變的鏈式反應(yīng)容易進行，最好用濃縮鈾d鈾塊的體積對產(chǎn)生鏈式反應(yīng)無影響解析：選bc鈾核受到中子的轟擊，會引起裂變，裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，裂變成兩塊的情況多，也有的分裂成多塊，并放出幾個中子，鈾235受中子的轟擊時，裂變的概率大，且可以俘獲各種能量的中子而引起裂變，而鈾238只有俘獲能量在1 mev以上的中子才能引起裂變，且裂變的概率小，而要引起鏈式反應(yīng)，需使鈾塊體積大于等于臨界體積。故選項b、c正確。 2利用重核裂變釋放核能時選鈾235，主要原因是()a它裂變放出的核能比其他重核裂變放出的核能多b它可能分裂成三部分或四部分c它能自動裂變，與體積無關(guān)d它比較容易形成鏈式反應(yīng)解析：選d鈾235比較容易發(fā)生裂變，鈾235發(fā)生裂變時會生成2或3個中子，中子再去轟擊鈾核發(fā)生鏈式反應(yīng)，但發(fā)生鏈式反應(yīng)還必須要使鈾塊體積大于等于臨界體積，所以選項a、b、c錯誤，選項d正確。3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，依靠釋放中子的多少控制反應(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利用鎘棒對中子吸收能力強的特點，依靠插入的多少控制中子數(shù)量d鎘棒對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，對鈾核裂變也沒有阻礙作用，而是利用鎘棒對中子的吸收能力強的特點，控制中子數(shù)量的多少而控制核反應(yīng)速度，故選項c正確。4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選項是重核裂變。課堂小結(jié) 課時跟蹤檢測十七一、單項選擇題11938年哈恩用中子轟擊鈾核(92u)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中有原子核鋇(56ba)、氪(kr)、中子和一些射線。下列關(guān)于這個實驗的說法中正確的是()a這個實驗的核反應(yīng)方程是92un56bakrnb這是一個核裂變過程，反應(yīng)后粒子質(zhì)量之和大于反應(yīng)前粒子質(zhì)量之和c這個反應(yīng)中釋放出的能量不可以用愛因斯坦的質(zhì)能方程來計算d實驗中產(chǎn)生的射線穿透能力極強解析：選d根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，鈾核裂變的核反應(yīng)方程應(yīng)為92un56bakr3n，選項a錯誤；鈾核裂變過程中產(chǎn)生射線，放出能量，發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放的能量根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程計算，選項b、c錯誤；核反應(yīng)中產(chǎn)生的射線，穿透能力極強，是能量極高的光子，選項d正確。2一個92u在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應(yīng)，其裂變方程為92unxsr2n，則下列說法正確的是()ax的原子核中含有86個中子bx的原子核中含有141個核子c因為裂變釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)減少du是天然放射性元素，它的半衰期約為7億年，隨著地球環(huán)境的不斷變化，半衰期可能變短也可能變長解析：選a根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，x的原子核中有923854個質(zhì)子，2351942140個核子，1405486個中子，a項正確，b項錯誤；裂變過程總質(zhì)量數(shù)守恒，c項錯誤；半衰期由核本身的因素決定，與外界條件無關(guān)，d項錯誤。3我國秦山核電站第三期工程中有兩個60萬千瓦的發(fā)電機組，發(fā)電站的核能來源于u的裂變，現(xiàn)有四種說法：u原子核中有92個質(zhì)子，143個中子u的一種可能裂變是變成兩個中等質(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u裂變能放出200 mev的能量，合3.21011j。以上說法中完全正確的是()abc d解析：選d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，故錯誤；通過計算易知正確，故答案為d。4裂變反應(yīng)中釋放出的能量來自于()a核子消失轉(zhuǎn)化為能量b原子中電子與原子核之間的電勢能減小c入射的中子消失轉(zhuǎn)化為能量d原子核的比結(jié)合能變大，釋放出能量解析：選d發(fā)生裂變反應(yīng)過程中，核子數(shù)保持守恒，中子也不會消失，故a、c錯誤；能量來自于原子核內(nèi)部，由于重核在分裂為中等質(zhì)量的原子核時，比結(jié)合能增加而釋放出能量，b錯誤，d正確。5一個鈾235吸收一個中子后發(fā)生的核反應(yīng)方程式是92un54xesr10n，放出的能量為e，鈾235核的質(zhì)量為m，中子的質(zhì)量為m，氙136核的質(zhì)量為m1，鍶90核的質(zhì)量為m2，真空中光速為c，則釋放的能量e等于()a(mm1m2)c2b(mmm1m2)c2c(mm1m29m)c2d(m1m29mm)c2解析：選c鈾235裂變時的質(zhì)量虧損mmmm1m210mmm1m29m，由質(zhì)能方程可得emc2(mm1m29m)c2。故正確選項為c。61個鈾235吸收1個中子發(fā)生核反應(yīng)時，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 mev b235na196 mevc235196 mev d.196 mev解析：選d1 g純鈾235有na個鈾235的原子核，因此1 g純鈾吸收中子完全發(fā)生核反應(yīng)，可以放出的能量為196 mev，即d正確，a、b、c錯誤。二、多項選擇題7當一個重核裂變時，它所產(chǎn)生的兩個核()a含有的質(zhì)子數(shù)比裂變前重核的質(zhì)子數(shù)少b含有的中子數(shù)比裂變前重核的中子數(shù)少c裂變時釋放的能量等于俘獲中子時得到的能量d可能是多種形式的兩個核的組合解析：選bd由于在裂變反應(yīng)中吸收一個中子而釋放出幾個中子，質(zhì)子數(shù)沒有發(fā)生變化，而兩個新核的中子數(shù)減少，a錯誤，b正確；反應(yīng)前后質(zhì)量發(fā)生了虧損而釋放出能量，不等于俘獲中子的能量，在裂變反應(yīng)中，產(chǎn)物并不是唯一的，故c錯誤，d正確。8關(guān)于核反應(yīng)堆，下列說法正確的是()a鈾棒是核燃料，裂變時釋放核能b鎘棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率c石墨的作用是吸收中子d冷卻劑的作用是控制反應(yīng)堆的溫度和輸出熱能解析：選abd鈾棒是核燃料，裂變時可放出能量，故a正確；鎘棒吸收中子的能力很強，作用是調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，即控制反應(yīng)堆功率，故b正確；慢中子最容易引發(fā)核裂變，所以在快中子碰到鈾棒前要進行減速，石墨的作用是使中子減速，故c錯誤；水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，同時也使反應(yīng)堆冷卻，控制溫度，故d正確。三、非選擇題9.92u受中子轟擊時會發(fā)生裂變，產(chǎn)生56ba和 kr，同時放出200 mev的能