第十九章第二节放射性元素的衰变

1、第二节放射性元素的衰变学习目标1.知道衰变的概念 2.知道、 衰变的实质， 知道射线是怎样产生的，会写、衰变方程3.知道什么是半衰期，会利用半衰期解决相关问题一、原子核的衰变(阅读教材 P70P71)1.衰变：原子核由于放出粒子或粒子而转变为新核的变化2.衰变形式：常见的衰变有两种，放出粒子的衰变为衰变，放出粒子的衰变叫衰变，而射线是伴随射线或射线产生的3.衰变方程：(1)衰变：23892U23490Th42He(2)衰变：23490Th23491Pa01e4.衰变规律原子核衰变时，遵循两个守恒定律，其一是电荷数守恒，其二是质量数守恒拓展延伸(解疑难)1衰变的实质：在放射性元素的原子核中，两个

2、质子和两个中子结合得比较牢固，会作为一个整体从放射性元素原子核中抛射出来，即为放射性元素发生的衰变(211H210n42He)衰变后生成的新元素的原子核，其核电荷数比衰变前少 2，在元素周期表中的位置向前移动两位2衰变的实质：原子核内的一个中子转化为一个质子，放出一个电子，即10n11H01e.衰变后生成的新元素的原子核，其核电荷数比衰变前增加 1，在元素周期表中的位置向后移一位1.(1)原子核发生衰变，变成了一种新的原子核()(2)原子核衰变时质量是守恒的()(3)衰变时放出的电子就是核外电子()提示：(1)(2)(3)二、半衰期(阅读教材 P71P72)1定义：放射性元素的原子核有半数发生

3、衰变所需的时间2特点(1)不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大(2)放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系3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时间拓展延伸(解疑难)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，无法确定何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时刻衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核2.(1)半衰期可以表示放射性元素衰变的快慢()(2)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律()(3)对放射性元素加热时，其半衰期缩短()提示：(1)(2)(3)

4、原子核的衰变1.衰变方程(1)衰变：AZXA4Z2Y42He.(2)衰变：AZXAZ1Y01e.2.衰变方程的书写特点(1)核反应过程一般是不可逆的，所以核反应只能用箭头，不能用等号(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒而杜撰出不符合实际的生成物来书写核反应方程(3)核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)而释放出核能(4)当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生衰变，有的发生衰变，同时伴随着辐射(自选例题，启迪思维)1.关于天然放射现象，下列说法正确的是()A射线是由氦原子核衰变产生B射线是由原子核外电子电离产生

5、C射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D通过化学反应不能改变物质的放射性解析、射线是天然放射性元素原子核衰变时产生的射线是核反应过程中发生质量亏损时释放出来的，故 A、B、C 三项错放射性是核本身的一种性质，故 D 项正确答案D2.(2015广州高二检测)原子核23892U 经放射性衰变变为原子核23490Th，继而经放射性衰变变为原子核23491Pa，再经放射性衰变变为原子核23492U，放射性衰变、和依次为()A衰变、衰变和衰变B衰变、衰变和衰变C衰变、衰变和衰变D衰变、衰变和衰变思路探究(1)、衰变遵循什么规律？(2)每发生一次衰变，质子数、中子数如何变化？衰变呢？解析23892U 234

6、90Th，质量数少 4，电荷数少 2，说明为衰变.23490Th 23491Pa，质子数加 1，质量数不变，说明为衰变，中子转化成质子.23491Pa 23492U，质子数加 1，质量数不变，说明为衰变，中子转化成质子故选 A.答案A3.表示放射性元素碘 131(13153I)衰变的方程是()A.13153I12751Sb42HeB.13153I13154Xe01eC.13153I13053I10nD.13153I13052Te11H解析本题考查了核反应方程的两个守恒特点A 选项不是衰变过程，故 A 错误；衰变的特点是放出电子，而 B 选项既满足质量数守恒又满足电荷数守恒，故 B 正确；C、D

7、 中放出的是中子和质子，不符合衰变的特点答案B借题发挥衰变规律：(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒(2)每发生一次衰变质子数、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.(4)确定衰变次数时，一般是由质量数的改变先确定衰变的次数，这是因为衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定衰变的次数对半衰期的理解1.半衰期公式N余N原12t/，m余m原12t/式中 N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t 表示衰变时间，表示半衰期2.影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，

8、跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关(自选例题，启迪思维)1.放射性元素氡(22286Rn)经衰变成为钋(21884Po)，半衰期约为 3.8 天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素22286Rn 的矿石，其原因是()A目前地壳中的22286Rn 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22286Rn 的含量足够高C当衰变产物21884Po 积累到一定量以后，21884Po 的增加会减慢22286Rn 的衰变进程D.22286Rn 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从衰变及半衰期角度

9、分析，各种不同元素的衰变不断发生，而22286Rn 的半衰期较短，衰变速度较快，因此目前地壳中的22286Rn 不是因为原来含量高而是由其他元素衰变生成的，选项 A 正确，选项 B 错误；放射性元素的半衰期只由原子核本身决定，与其他因素无关，选项 C、D 错误答案A2.(2014高考江苏卷)氡 222 是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一其衰变方程是22286Rn21884Po_已知22286Rn 的半衰期约为 3.8 天，则约经过_天，16 g 的22286Rn 衰变后还剩1 g.思路探究(1)书写衰变方程时应注意什么？(2)

10、16 g 的22286Rn 衰变后还剩 1 g 需要几个半衰期？解析根据质量数守恒和电荷数守恒可知，衰变方程为22286Rn21884Po42He.根据衰变公式 m余m原12t，得 11612t3.8，解得 t15.2 天答案42He(或)15.2典型问题衰变次数的计算方法范例23592U 经过 m 次衰变和 n 次衰变，变成20782Pb，则()Am7，n3Bm7，n4Cm14，n9Dm14，n18解析原子核经过一次衰变，放出一个42He，其质子数减小 2，质量数减小 4，经过一次衰变，放出一个电子，质子数增加 1，质量数不变由23592U 变为20782Pb，质子数减小了 10，质量数减少

11、了 28，故可列方程2mn10，4m28，解得 m7，n4.答案B借题发挥设放射性元素AZX经过n次衰变和m次衰变后， 变成稳定的新元素AZY，则衰变方程为AZXAZYn42Hem01e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程AA4n，ZZ2nm以上两式联立解得：nAA4，mAA2ZZ.天然放射性元素23290Th(钍)经过一系列衰变和衰变之后，变成20882Pb(铅)下列论断中正确的是()A衰变的过程共有 6 次衰变和 4 次衰变B铅核比钍核少 8 个质子C衰变所放出的电子来自原子核外轨道D钍核比铅核多 24 个中子解析：选 AB.由于衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定衰变的次数

12、为：x23220846，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定衰变的次数应满足：2xy90828，y2x84.钍 232 核中的中子数为 23290142，铅 208 核中的中子数为 20882126，所以钍核比铅核多 16 个中子，铅核比钍核少 8 个质子由于物质的衰变与元素的化学状态无关，所以衰变所放出的电子来自原子核内10n11H01e，所以选项 A、B 正确随堂达标1关于天然放射现象，下列说法正确的是()A放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期B放射性物质放出的射线中，粒子动能很大，因此贯穿物质的本领很强C当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生衰变D

13、放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出射线解析：选 D.半衰期的概念是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，而不是原子核内的核子半数发生衰变所需的时间，选项 A 错误；放射性物质放出的射线中，粒子的动能很大， 但由于它与外界物质的原子核碰撞时很容易损失能量， 因此它贯穿物质的本领很小，选项 B 错误；放射性元素发生衰变是因为原子核不稳定所引起的，与核外电子的能量高低无关，选项 C 错误；放射性元素发生衰变后的新核从高能级向低能级跃迁时会以光子的形式放出能量，射线即为高能的光子流，选项 D 正确2关于原子核的衰变和半衰期，下列说法正确的是()A半衰期是指原子核的质

14、量减少一半所需要的时间B半衰期是指原子核有半数发生衰变所需要的时间C发生衰变时产生的新原子核在周期表中的位置向后移动 2 位D发生衰变时产生的新原子核在周期表中的位置向后移动 1 位解析：选 BD.由半衰期的定义可知，A 错，B 对由衰变和衰变的实质可知，C 错，D 对3核电站核泄漏的污染物中含有碘 131 和铯 137，碘 131 的半衰期约为 8 天，会释放射线；铯 137 是铯 133 的同位素，半衰期约为 30 年，发生衰变时会辐射射线下列说法正确的是()A碘 131 释放的射线由氦核组成B铯 137 衰变时辐射出的光子能量小于可见光光子能量C与铯 137 相比，碘 131 衰变更慢D

15、铯 133 和铯 137 含有相同的质子数解析：选 D.射线是电子流，A 选项错误；根据电磁波谱，光子的频率高于可见光的频率，因此光子的能量大于可见光的能量，B 选项错误；半衰期越短，衰变越快，C 选项错误；铯 133 和铯 137 原子序数相同，含有相同的质子数，D 选项正确4(2014高考重庆卷)碘 131 的半衰期约为 8 天若某药物含有质量为 m 的碘 131，经过 32 天后，该药物中碘 131 的含量大约还有()A.m4B.m8C.m16D.m32解析：选 C.经过 32 天即 4 个半衰期，碘 131 的含量变为 mm24m16，C 项正确5(选做题)(2015高考北京卷)实验观

16、察到，静止在匀强磁场中 A 点的原子核发生衰变， 衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动， 运动方向和轨迹示意图如图，则()A轨迹 1 是电子的，磁场方向垂直纸面向外B轨迹 2 是电子的，磁场方向垂直纸面向外C轨迹 1 是新核的，磁场方向垂直纸面向里D轨迹 2 是新核的，磁场方向垂直纸面向里解析：选 D.根据动量守恒定律，原子核发生衰变后产生的新核与电子的动量大小相等，设为 p.根据 qvBmv2r，得轨道半径 rmvqBpqB，故电子的轨迹半径较大，即轨迹 1 是电子的， 轨迹 2 是新核的根据左手定则，可知磁场方向垂直纸面向里选项 D 正确课时作业一、选择题1下列关于半衰期的说法中正

17、确的是()A放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需要的时间越短，衰变速度越快B放射性元素的样品不断衰变，随着剩下的未衰变的原子核的减少，元素的半衰期也变短C把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素衰变的速度D降低温度或增大压强，让放射性元素与其他物质形成化合物，均可以减小该元素的衰变速度解析：选 A.放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需要的时间，它反映了放射性元素衰变的快慢，衰变越快，半衰期越短；某种元素的半衰期长短由其本身因素决定，与它所处的物理状态或化学状态无关，故上述选项只有 A 正确2关于放射性元素的衰变和衰变，下列说法中正确的是()A原子核每

18、放出一个粒子，原子序数减少 4B原子核每放出一个粒子，原子序数增加 4C原子核每放出一个粒子，原子序数减少 1D原子核每放出一个粒子，原子序数增加 1解析：选 D.发生一次衰变，核电荷数减少 2，质量数减少 4，原子序数减少 2；发生一次衰变，核电荷数增加 1，原子序数增加 1.3(多选)三个原子核 X、Y、Z，X 核放出一个正电子后变为 Y 核，Y 核与质子发生核反应后生成 Z 核并放出一个氦核(42He)，则下面说法正确的是()AX 核比 Z 核多一个质子BX 核比 Z 核少一个中子CX 核的质量数比 Z 核质量数大 3DX 核与 Z 核的总电荷数是 Y 核电荷数的 2 倍解析： 选 CD

19、.设原子核 X 的质量数为 x， 电荷数为 y， 依题意写出核反应方程xyXY01e，Y11HZ42He.根据质量数守恒和电荷数守恒可得，原子核 Y 的质量数为 x，电荷数为 y1，原子核 Z 的质量数为 x3，电荷数为 y2，选项 A 错误；X 核的中子数(xy)比 Z 核的中子数(xy1)多 1 个，选项 B 错误；X 核的质量数(x)比 Z 核的质量数(x3)多 3 个，选项C 正确；X 核与 Z 核的总电荷数(2y2)是 Y 核的电荷数(y1)的 2 倍，选项 D 正确4某放射性元素经过 11.4 天有78的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为()A11.4 天B7.6 天C5.7 天D

20、3.8 天解析：选 D.由于经过了 11.4 天，还有18没有衰变，由半衰期计算公式 m12tm0可说明该放射性元素经过了 3 个半衰期，即可算出半衰期是 3.8 天，故 D 项正确5本题中用大写字母代表原子核，E 经衰变成为 F，再经衰变成为 G，再经衰变成为 H.上述系列衰变可记为下式：E F G H另一系列衰变如下：P Q R S已知 P 和 F 是同位素，则()AQ 和 G 是同位素，R 和 H 是同位素BR 和 E 是同位素，S 和 F 是同位素CR 和 G 是同位素，S 和 H 是同位素DQ 和 E 是同位素，R 和 F 是同位素解析：选 B.由于 P 和 F 是同位素，设它们的质

21、子数为 n，则其他各原子核的质子数可分别表示如下：n2E nF n1G n1HnP n1Q n2R nS由此可以看出 R 和 E 是同位素，S 和 F 是同位素，Q 和 G 是同位素6美国科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达 100 年的放射性同位素镍 63(6328Ni)和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍 63 发生衰变时释放电子给铜片，把镍 63 和铜片作电池两极，外接负载为其提供电能下面有关该电池的说法正确的是()A镍 63 的衰变方程是6328Ni01e6327CuB镍 63 的衰变方程是6328Ni01e6429CuC外接负载时镍 63 的电势比铜片高D该电

22、池内电流方向是从镍到铜片解析：选 C.6328Ni 的衰变方程为6328Ni01e6329Cu，选项 A、B 错误；电流方向为正电荷定向移动方向，在电池内部电流从铜片到镍片，镍片电势高，选项 C 正确，D 错误7放射性同位素钍 232 经、衰变会生成氡，其衰变方程为23290Th22086Rnxy，其中()Ax1，y3Bx2，y3Cx3，y1Dx3，y2解析：选 D.根据衰变方程左右两边的质量数和电荷数守恒可列方程2322204x90862xy解得 x3，y2.故答案为 D.8(多选)静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得粒子和反冲核轨道半径

23、之比为 441，如图所示，则()A粒子与反冲粒子的动量大小相等，方向相反B原来放射性元素的原子核电荷数为 90C反冲核的核电荷数为 88D粒子和反冲粒子的速率之比为 188解析：选 ABC.粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反由 Bqvmv2R得 RmvBq.若原来放射性元素的核电荷数为 Q，则对粒子：R1p1B2e，对反冲核：R2p2B（Q2）e，由于 p1p2，R1R2441，得 Q90.它们的速度大小与质量成反比，故 D 错误，上述选项正确的为 A、B、C.9(多选)(2015高考山东卷)14C 发生放射性衰变成为14N，半衰期约 5 700 年已知植物存活期间，其体内14C 与12C

24、的比例不变；生命活动结束后，14C 的比例持续减小现通过测量得知，某古木样品中14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一下列说法正确的是()A该古木的年代距今约 5 700 年B12C、13C、14C 具有相同的中子数C14C 衰变为14N 的过程中放出射线D增加样品测量环境的压强将加速14C 的衰变解析：选 AC.古木样品中14C 的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约 5 700 年， 选项 A 正确 同位素具有相同的质子数， 不同的中子数，选项 B 错误.14C 的衰变方程为146C147N01e， 所以此衰变过程放出射线， 选项 C 正确 放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态