課時跟蹤檢測（五十九） 原子結(jié)構(gòu) 原子核

課時跟蹤檢測（五十九）原子結(jié)構(gòu)原子核1．(2022·浙江6月選考改編)秦山核電站生產(chǎn)eq\o\al(14,6)C的核反應(yīng)方程為eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋X，其產(chǎn)物eq\o\al(14,6)C的衰變方程為eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e。下列說法正確的是()A．X是eq\o\al(2,1)HB.eq\o\al(14,6)C可以用作示蹤原子C.eq\o\al(0,－1)e來自原子核外D．經(jīng)過一個半衰期，10個eq\o\al(14,6)C將剩下5個解析：選B根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)子數(shù)為1，質(zhì)量數(shù)為1，即為eq\o\al(1,1)H，A錯誤；常用的示蹤原子有：eq\o\al(14,6)C，eq\o\al(14,8)O，eq\o\al(3,1)H，B正確；eq\o\al(0,－1)e由原子核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子和一個電子，電子被釋放出來，所以eq\o\al(0,－1)e來自原子核內(nèi)，C錯誤；半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，對于大量原子核衰變是成立的，個數(shù)較少時規(guī)律不成立，D錯誤。2．(2022·山東等級考)碘125衰變時產(chǎn)生γ射線，醫(yī)學(xué)上利用此特性可治療某些疾病。碘125的半衰期為60天，若將一定質(zhì)量的碘125植入患者病灶組織，經(jīng)過180天剩余碘125的質(zhì)量為剛植入時的()A.eq\f(1,16)B.eq\f(1,8)C.eq\f(1,4)D.eq\f(1,2)解析：選B設(shè)剛植入時碘的質(zhì)量為m0，經(jīng)過180天后的質(zhì)量為m，根據(jù)m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,T)，代入數(shù)據(jù)解得m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(180,60)＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))3＝eq\f(1,8)m0。3．光子能量為E的一束光照射容器中的氫(設(shè)所有氫原子處于n＝3的能級)，氫原子吸收光子后，最多能發(fā)出頻率為ν1、ν2、ν3、ν4、ν5、ν6、ν7、ν8、ν9、ν10的十種光譜線，且ν1＜ν2＜ν3＜ν4＜ν5＜ν6＜ν7＜ν8＜ν9＜ν10，已知普朗克常量為h，則E的數(shù)值可能等于()A．h(ν1＋ν2) B．h(ν4－ν1)C．h(ν10－ν7) D．hν10解析：選A氫原子吸收光子后，最多能發(fā)出10種不同頻率的光子，可知氫原子躍遷到了n＝5的能級，根據(jù)輻射出光子的頻率關(guān)系，由n＝3能級到n＝5能級吸收光子的能量應(yīng)該為E＝hν3＝h(ν1＋ν2)＝h(ν6－ν4)＝h(ν10－ν8)，故選A。4．(2022·遼寧高考)2022年1月，中國錦屏深地實驗室發(fā)表了首個核天體物理研究實驗成果。表明我國核天體物理研究已經(jīng)躋身國際先進行列。實驗中所用核反應(yīng)方程為X＋eq\o\al(23,12)Mg→eq\o\al(26,13)Al，已知X、eq\o\al(23,12)Mg、eq\o\al(26,13)Al的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，真空中的光速為c，該反應(yīng)中釋放的能量為E。下列說法正確的是()A．X為氘核eq\o\al(2,1)H B．X為氚核eq\o\al(3,1)HC．E＝(m1＋m2＋m3)c2 D．E＝(m1＋m2－m3)c2解析：選B根據(jù)電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒，可知X為氚核eq\o\al(3,1)H，故A錯誤，B正確；該反應(yīng)中釋放的能量不等于質(zhì)量虧損釋放的核能，還要考慮各原子核初始及反應(yīng)結(jié)束具有的動能等，故C、D錯誤。5．(2023·如皋模擬)一個氘核和一個氚核結(jié)合成一個氦核，同時放出一個中子，其聚變反應(yīng)方程為eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n。已知氘核、氚核和氦核的結(jié)合能分別為E1、E2、E3，光在真空中的傳播速度為c。在上述聚變反應(yīng)方程中質(zhì)量虧損為()A.eq\f(E1＋E2－E3,c2) B.eq\f(E3－E1＋E2,c2)C.eq\f(E1＋E2＋E3,c2) D.eq\f(E1－E2－E3,c2)解析：選B該反應(yīng)中釋放的核能為ΔE＝E3－(E1＋E2)，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程有ΔE＝Δmc2，聯(lián)立解得該核聚變反應(yīng)中質(zhì)量虧損為Δm＝eq\f(E3－E1＋E2,c2)，故選B。6．(2022·浙江1月選考改編)2021年12月15日秦山核電站迎來了安全發(fā)電30周年，核電站累計發(fā)電約6．9×1011kW·h，相當于減排二氧化碳六億多噸。為了提高能源利用率，核電站還將利用冷卻水給周圍居民供熱。下列說法正確的是()A．秦山核電站利用的是核聚變釋放的能量B．秦山核電站發(fā)電使原子核虧損的質(zhì)量約為27.6kgC．核電站反應(yīng)堆中需要用石墨控制鏈式反應(yīng)的速度D．反應(yīng)堆中存在eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n的核反應(yīng)解析：選D秦山核電站利用的是重核裂變釋放的能量，A錯誤；沒有給出核電站的電能轉(zhuǎn)化率，故無法求出秦山核電站發(fā)電使原子核虧損的質(zhì)量，B錯誤；核電站反應(yīng)堆中需要用鎘棒能吸收中子的特性，通過中子的數(shù)量控制鏈式反應(yīng)的速度，C錯誤；反應(yīng)堆利用鈾235的裂變，生成兩個或幾個中等質(zhì)量數(shù)的原子核和多個中子，且產(chǎn)物有隨機的兩分裂、三分裂，即存在eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n的核反應(yīng)，D正確。7．兩種放射性元素的半衰期分別為t0和2t0，在t＝0時刻這兩種元素的原子核總數(shù)為N，在t＝2t0時刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為eq\f(N,3)，則在t＝4t0時刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為()A.eq\f(N,12)B.eq\f(N,9)C.eq\f(N,8)D.eq\f(N,6)解析：選C設(shè)半衰期為t0的元素原子核數(shù)為x，另一種元素原子核數(shù)為y，依題意有x＋y＝N，經(jīng)歷2t0后有eq\f(1,4)x＋eq\f(1,2)y＝eq\f(N,3)，聯(lián)立可得x＝eq\f(2,3)N，y＝eq\f(1,3)N。在t＝4t0時，原子核數(shù)為x的元素經(jīng)歷了4個半衰期，原子核數(shù)為y的元素經(jīng)歷了2個半衰期，則此時未衰變的原子核總數(shù)為n＝eq\f(1,24)x＋eq\f(1,22)y＝eq\f(N,8)。8．(2022·廣東高考)目前科學(xué)家已經(jīng)能夠制備出能量量子數(shù)n較大的氫原子。氫原子第n能級的能量為En＝eq\f(E1,n2)，其中E1＝－13.6eV。如圖是按能量排列的電磁波譜，要使n＝20的氫原子吸收一個光子后，恰好失去一個電子變成氫離子，被吸收的光子是()A．紅外線波段的光子 B．可見光波段的光子C．紫外線波段的光子 D．X射線波段的光子解析：選A由題意知氫原子第20能級的能量為E20＝eq\f(E1,202)＝eq\f(－13.6,400)eV＝－3.4×10－2eV，則處于第20能級的氫原子恰好失去一個電子變成氫離子(即電離)，需要吸收的光子能量應(yīng)為3.4×10－2eV，結(jié)合電磁波譜可知被吸收的光子為紅外線波段的光子，A正確。9．(2022·浙江6月選考)如圖為氫原子的能級圖。大量氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向低能級躍遷時放出光子，用這些光子照射逸出功為2.29eV的金屬鈉。下列說法正確的是()A．逸出光電子的最大初動能為10.80eVB．n＝3躍遷到n＝1放出的光子動量最大C．有3種頻率的光子能使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)D．用0.85eV的光子照射，氫原子躍遷到n＝4激發(fā)態(tài)解析：選B從n＝3躍遷到n＝1放出的光子能量最大，根據(jù)Ek＝E－W0，可得此時逸出光電子的最大初動能為Ek＝9.80eV，A錯誤；根據(jù)p＝eq\f(h,λ)＝eq\f(hν,c)，E＝hν，又因為從n＝3躍遷到n＝1放出的光子能量最大，故可知動量最大，B正確；大量氫原子從n＝3的激發(fā)態(tài)躍遷能放出Ceq\o\al(2,3)＝3種頻率的光子，其中從n＝3躍遷到n＝2放出的光子能量為ΔEk＝3.4eV－1.51eV＝1.89eV<2.29eV，不能使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)，其他兩種均可以，C錯誤；由于從n＝3躍遷到n＝4能級需要吸收的光子能量為ΔE＝1.51eV－0.85eV＝0.66eV≠0.85eV，所以用0.85eV的光子照射，不能使氫原子躍遷到n＝4激發(fā)態(tài)，D錯誤。10．通過檢測發(fā)現(xiàn)三星堆遺址出土的文物，年代從公元前3000年延續(xù)至公元前1200年，跨越了近2000年，用實物展示了連綿5000年的中華文化?？脊磐ǔＳ胑q\o\al(14,6)C年代檢測法推算出土文物的年代。eq\o\al(14,6)C的衰變方程為eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋X，下列說法正確的是()A．衰變方程中的X是中子B.eq\o\al(14,6)C需吸收能量才能發(fā)生衰變C．隨著eq\o\al(14,6)C的不斷衰變，其半衰期會逐漸變長D.eq\o\al(14,7)N與X的質(zhì)量之和小于eq\o\al(14,6)C的質(zhì)量解析：選D根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可補全該衰變方程為eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e，可知X為電子，A錯誤；衰變是可以自發(fā)發(fā)生的且在衰變過程中會釋放能量，B錯誤；某種元素的半衰期長短由其本身因素決定，與它所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，C錯誤；由于在衰變過程中要釋放能量，質(zhì)量要虧損，則eq\o\al(14,7)N與X的質(zhì)量之和小于eq\o\al(14,6)C的質(zhì)量，D正確。11．(2022·重慶高考)如圖為氫原子的能級示意圖。已知藍光光子的能量范圍為2.53～2.76eV，紫光光子的能量范圍為2.76～3.10eV。若使處于基態(tài)的氫原子被激發(fā)后，可輻射藍光，不輻射紫光，則激發(fā)氫原子的光子能量為()A．10.20eV B．12.09eVC．12.75eV D．13.06eV解析：選C由題知使處于基態(tài)的氫原子被激發(fā)后，可輻射藍光，不輻射紫光，則由藍光光子能量范圍可知氫原子從n＝4能級向低能級躍遷可輻射藍光，不輻射紫光(即從n＝4能級躍遷到n＝2能級輻射藍光)，則需激發(fā)氫原子到n＝4能級，則激發(fā)氫原子的光子能量為ΔE＝E4－E1＝12.75eV，故選C。12．硼中子俘獲治療(簡稱BNCT)是一種生物靶向放射治療模式，其原理是利用超熱中子(eq\o\al(1,0)n)束照射預(yù)先注射了含硼藥物的腫瘤組織部位，與硼eq\o\al(10,5)B發(fā)生核反應(yīng)生成鋰eq\o\al(7,3)Li并放出α射線，利用α射線殺滅癌細胞。超熱中子束的來源之一是加速后的質(zhì)子eq\o\al(1,1)H轟擊鈹eq\o\al(9,4)Be產(chǎn)生的。下列說法正確的是()A．α射線是高速運動的電子流B．超熱中子eq\o\al(1,0)n與硼eq\o\al(10,5)B發(fā)生的核反應(yīng)屬于α衰變C．產(chǎn)生超熱中子束的核反應(yīng)方程是eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(9,5)B＋eq\o\al(1,0)nD．質(zhì)子eq\o\al(1,1)H與鈹eq\o\al(9,4)Be發(fā)生的核反應(yīng)屬于輕核聚變解析：選Cα射線是高速運動的氦核，故A項錯誤；根據(jù)題意可知，其核反應(yīng)方程為eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(10,5)B→eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(4,2)He，由上述情況可知該反應(yīng)屬于人工轉(zhuǎn)變，故B項錯誤；依題意可知，產(chǎn)生超熱中子束的核反應(yīng)方程是eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(9,5)B＋eq\o\al(1,0)n，超熱中子束的來源之一是加速后的質(zhì)子轟擊鈹產(chǎn)生的，則屬于人工轉(zhuǎn)變，故C項正確，D項錯誤。13．已知氫原子處于基態(tài)時的能量為E1(E1<0)，氫原子處于n能級時的能量為En＝eq\f(E1,n2)?，F(xiàn)有一個處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷，發(fā)出兩種不同頻率的光子，其中頻率較小的光子照射某種金屬恰好能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，已知普朗克常量為h。則下列說法正確的是()A．頻率較小的光子能量為eq\f(5E1,36)B．被照金屬發(fā)生光電效應(yīng)的逸出功為－eq\f(5E1,36h)C．該氫原子向低能級躍遷過程中減少的電勢能等于電子增加的動能D．若用其中頻率較大的光子照射該金屬，則產(chǎn)生的光電子的最大初動能可能為－eq\f(11,18)E1解析：選D根據(jù)題意可知，E2＝eq\f(E1,22)＝eq\f(E1,4)，E3＝eq\f(E1,32)＝eq\f(E1,9)，頻率較小的光子為從n＝3能級躍遷到n＝2能級的光子，光子能量為hν＝E3－E2＝－eq\f(5E1,36)，故A錯誤；頻率較小的光子照射某種金屬恰好能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，可知該金屬的逸出功W0＝E3－E2＝－eq\f(5E1,36)，故B錯誤；氫原子向低能級躍遷過程中減少的電勢能等于電子增加的動能與輻射的光子的能量之和，故C錯誤；頻率較大的光子為從n＝2能級躍遷到n＝1能級的光子，光子能量為hν′＝E2－E1＝－eq\f(3E1,4)，根據(jù)光電效應(yīng)方程可得Ek＝hν′－W0，解得Ek＝－eq\f(11,18)E1，故D正確。14．(2023·南京高三模擬)兩個氘核以相等的動能Ek對心碰撞發(fā)生核聚變，核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n，其中氘核的質(zhì)量為m1，氦核的質(zhì)量為m2，中子的質(zhì)量為m3。假設(shè)核反應(yīng)釋放的核能E全部轉(zhuǎn)化為動能，下列說法正確的是()A．核反應(yīng)后氦核與中子的動量相同B．該核反應(yīng)釋放的核能為E＝(m1－m2－m3)c2C．核反應(yīng)后中子的動能為eq\f(1,4)(E＋Ek)D．核反應(yīng)后氦核的動能為eq\f(1,4)(E＋2Ek)解析：選D根據(jù)核反應(yīng)前后系統(tǒng)的總動量守恒，知核反應(yīng)前兩氘核動量等大反向，系統(tǒng)的總動量為零，因而反應(yīng)后氦核與中子的動量等大反向，動量不同，故A錯誤；該核反應(yīng)前后釋