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文档简介
3课时原子构造原子核[知识梳理]学问点一、氢原子光谱、氢原子的能级、能级公式1.原子的核式构造电子的觉察:英国物理学家汤姆生觉察了电子。α粒子散射试验:1909~1911卢瑟福和他的助手进展了用α粒子轰击金箔的试验,试验觉察绝大多数α粒子穿过金箔后根本上仍沿原来方向前进,但有少数α90°,也就是说它们几乎被“撞”了回来。(3)原子的核式构造模型:在原子中心有一个很小的核,原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转。2.光谱(1)光谱用光栅或棱镜可以把光按波长开放,获得光的波长(频率)和强度分布的记录,即光谱。(2)光谱分类有些光谱是一条条的亮线,这样的光谱叫做线状谱。有的光谱是连在一起的光带,这样的光谱叫做连续谱。(3)氢原子光谱的试验规律1巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线,其波长公式
=1-1,(=3,4,5,…),R=1.10×17m1,n3.玻尔理论
λ 2
定态:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量。跃迁:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射或吸取肯定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差打算,即hν=E-E。(=1E
(n=1,2,3,…),其中E
为基态E=-13.6eV。1
n 21 1②氢原子的半径公式:r=r(=1,2,3,…),其中
为基态半径,又称玻尔半径,其n 1 1r=0.53×10-10m。1学问点二、原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素原子核的组成:原子核是由质子和中子组成的,原子核的电荷数等于核内的质子数。自然放射现象122自然放射现象元素自发地放出射线的现象,首先由贝克勒尔觉察。自然放射现象的觉察,说明原子核具有简单的构造。放射性和放射性元素物质放射某种看不见的射线的性质叫放射性。具有放射性的元素叫放射性元素。三种射线:放射性元素放射出的射线共有三种,分别是α射线、β射线、γ 射线。放射性同位素的应用与防护①放射性同位素:有自然放射性同位素和人工放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质一样。②应用:消退静电、工业探伤、作示踪原子等。③防护:防止放射性对人体组织的损害。原子核的衰变αβ粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。分类α衰变:AX→A-4Y+4HeZ Z-2 2β衰变:AX→AY+0eZ Z+1 -1半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半衰期由原子核内部的因素打算,跟原子所处的物理、化学状态无关。学问点三、核力、结合能、质量亏损核力(1)定义:原子核内部,核子间所特有的相互作用力。(2)特点:①核力是强相互作用的一种表现;1.5×10-15m③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。结合能核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸取的能量,叫做原子核的结合能,亦称核能。比结合能(1)定义:原子核的结合能与核子数之比,称做比结合能,也叫平均结合能。(2)特点:不同原子核的比结合能不同,原子核的比结合能越大,表示原子核中核子结合得越结实,原子核越稳定。质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程=mΔ量亏损。由质量亏损可求出释放的核能Δ=Δm。学问点四、裂变反响和聚变反响、裂变反响堆核反响方程重核裂变定义:质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。典型的裂变反响方程:235U+1n→89Kr+144Ba+31n。92 0 36 56 0链式反响:由重核裂变产生的中子使裂变反响一代接一代连续下去的过程。(4)临界体积和临界质量:裂变物质能够发生链式反响的最小体积及其相应的质量。(5)裂变的应用:原子弹、核反响堆。(6)反响堆构造:核燃料、减速剂、镉棒、防护层。2.轻核聚变定义:两轻核结合成质量较大的核的反响过程。轻核聚变反响必需在高温下进展,因此又叫热核反响。典型的聚变反响方程:2H+3H→4He+1n+17.6MeV1 1 2 0思维深化推断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。α粒子散射试验说明白原子的正电荷和绝大局部质量集中在一个很小的核上。( )En
的定态向低能级跃迁时,氢原子辐射的光子能量为hν=E。( )n氡的半衰期为3.8天,假设取4个氡原子核,经7.6天后就剩下一个原子核了。( (4)核反响遵循质量数守恒而不是质量守恒,同时遵循电荷数守恒。( )(5)爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量,它们之间可以相互转化。( )答案(1)√(2)×(3)×(4)√(5)×[题组自测]题组一原子的核式构造模型1.(多项选择)关于原子构造,以下说法正确的选项是( )A.玻尔原子模型能很好地解释氢原子光谱的试验规律B.卢瑟福核式构造模型可以很好地解释原子的稳定性C.卢瑟福的α粒子散射试验说明原子内部存在带负电的电子Dα粒子散射试验否认了汤姆生关于原子构造的“西瓜模型”10解析玻尔提出的原子模型能很好地解释氢原子光谱的试验规律;卢瑟福核式构造模型不能解释原子的稳定性;卢瑟福的α粒子散射试验说明原子具有核式构造,否认了汤姆生关于原子构造的“西瓜模型”,故A、DB、C答案AD在卢瑟福α 粒子散射试验中,金箔中的原子核可以看作静止不动,以下各图画出的是其中两个α粒子经受金箔散射过程的径迹,其中正确的选项是( )解析金箔中的原子核与α粒子接近原子核过程中受到斥力而不是引力作用,A、Dα粒子的斥力作用及物体做曲线运动的条件,知曲线轨迹的凹侧应指向受力一方,选项BC答案C题组二氢原子能级及能级跃迁2E1于激发态E,则以下说法正确的选项是( )3
AE,氢原子B处22A3B3AB发出的光子并跃迁到能级E4BA发出的光子并跃迁到能级E4解析原子AEE,只辐射一种频率的光子,ABE跃2 1 3E1
可能辐射三种频率的光子,B对。由原子能级跃迁理论可知,原子A可能吸取BEE时放出的光子并跃迁到EE,CA原子发出的光子3 2 3 4ΔE=E-EE-EB不行能跃迁到能级E,D2 1 4 3 4答案B依据玻尔原子构造理论,氦离子(He+)的能级图如图3所示。电子处在n=3轨道上比处在n=5轨道上离氦核的距离 (选填“近”或“远”)当大量He+处在n=4的激发态时,由于跃迁所放射的谱线有 条。3nn=3n=5离原子核近,大量处于n=466答案近6题组三原子核的衰变及核反响方程5.(多项选择)在以下4个核反响方程中,X表示α粒子的是( A.30P→30Si+XB.238U→234Th+X15 14 92 90C.27Al+X→27Mg+1HD.27Al+X→30P+1n13 12 1 13 15 0解析依据质量数守恒和电荷数守恒可知,四个选项中的X分别代表:0e、4He、1n、4He,1 2 0 2B、D答案BD6.235U经过m次α衰变和n次β衰变,变成207Pb,则( )92 82A.m=7,n=3B.m=7,n=4C.m=14,n=9D.m=14,n=18解析衰变过程满足质量数守恒和电荷数守恒。写出核反响方程:235U→207Pb+4He+n0e依据质量数守恒和电荷数守恒列出方程235=207+4m,92=82+2m-nm=7,n=4,应选项BA、C、D答案B
92 82
2 -17.恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反响,当温度到达108生“氦燃烧”。①完成“氦燃烧”的核反响方程:4He+ →8Be+γ。
K2 4②8Be2.6×10-16s。肯定质量的8Be,经7.8×10-16s4 4剩8Be占开头时的 。4解析①由质量数、电荷数守恒4He+4He→8Be+γ2 2 4t 1②在=7.8×10-16s时间内,原子核衰变的次数==3故=mT 801答案①4Heα)②或(12.5%)2 8题组四质量亏损及核能的计算8.(多项选择)[2023·课标全国卷Ⅱ,35(1)]关于原子核的结合能以下说法正确的选项是( A.原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量一重原子核衰变成α 粒子和另一原子核,衰变产物的结合能之和肯定大于原来重核的结合能铯原子核(133Cs)的结合能小于铅原子核(208Pb)的结合能55 82比结合能越大,原子核越不稳定自由核子组成原子核时,其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能解析由原子核的结合能定义可知,原子核分解成自由核子时所需的最小能量为原子核的结合能,选项A正确;重原子核的核子平均质量大于轻原子核的平均质量,因此原子核衰变产物的结合能之和肯定大于衰变前的结合能,选项B正确;铯原子核的核子数少,因此其结合能小,选项CD错误;自由核子组成原子核时,其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能,选项E答案ABC9.当前,发电站温室气体排放问题引起了越来越多的关注,相比煤炭等传统能源,核电能够大幅降低二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和粉尘等物质的排放,已成为世界快速进展的电力工业。经宽阔科技工作者的不懈努力,我国的核电技术已进入世界的先进展列,世界5720座名列第一。核电站的最核心局部235U产生裂变,在短时间内释放出大量的核能可供人类利用。92核反响堆中的镉棒起 作用,核反响方程应为235U+ →92Kr+141Ba+31n。假设92 36 56 0m=390.3139×10-27kg,m=1.6749×10-27kg,m=234.0016×10-27kg,U n Bam=152.6047×10-27kg,核反响中释放的能量为ΔE= J。Kr解析掌握中子数可以掌握反响速度;Δm=m+m-m-m-3m=0.3578×10-27kg,ΔEΔm2=3.22×10-11J。
U n Ba Kr n答案吸取中子掌握核反响速度
1n3.22×10-110考点一氢原子能级及能级跃迁1.定态间的跃迁——满足能级差(1)从低能级(n 跃迁
)―→吸取能量。=∞,E=0
小 大基态→电离态:E=0-(-13.6eV)=13.6eV吸n=2→电离态:E=0-E=3.4eV吸 2如吸取能量足够大,抑制电离能后,获得自由的电子还携带动能。1】(多项选择)(2023·山东卷,39)4n=3n=2的能级时,辐射光的波长为656nm。以下推断正确的选项是( )4n=2跃迁到n=1656nm325nmn=1n=2n=33633nmn=2n=3解析由玻尔的能级跃迁公式E-E==33m nC答案CD解答氢原子能级图与原子跃迁问题应留意:能级之间发生跃迁时放出(吸取)光子的频率由hν=E-E
求得。假设求波长可由公式cm n=λν 求得。一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-1)。(3)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。nn- ①用数学中的组合学问求解=C2= 。n 2②利用能级图求解:在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能状况一一画出,然后相加。【变式训练】1.(多项选择)金属钙的逸出功为2.7eV,氢原子的能级图如图5所示,一群氢原子处于量子数为n=4的能级状态,则以下说法中正确的选项是( )56534解析从n=462.7eV4131213答案AC考点二原子核的衰变及半衰期衰变规律及实质αβ衰变的比较衰变类型衰变类型α衰变β衰变衰变方程MX→M-4Y+4HeZ Z-2 2MX→MZ Z+1 -1Y+0e22中子转化为质子和电子衰变实质体射出21H+21n→4He1 0 21n→1H+0e0 1 -1衰变规律电荷数守恒、质量数守恒γ 射线:γ 射线常常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。半衰期半衰期的计算:依据半衰期的概念,可总结出公式。N=N余
1/τ
1τ τ 中余
、m表示衰变前的放射性元素的原子数和质量,N原 原余、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,τ 表示半衰期。衰变次数确实定方法由于β 衰变对质量数无影响,可先由质量数的转变确定α 衰变的次数,然后再依据衰变规律确定β衰变的次数。【例2】(多项选择)(2023·课标全国卷Ⅰ,35)关于自然放射性,以下说法正确的选项是( A.全部元素都可能发生衰变B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D.α、β和γ 三种射线中,γ 射线的穿透力量最强E.一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线解析只有原子序号超过83A打算,与外界温度无关,选项B对;放射性来自于原子核内部,与其形成的化合物无关,Cα、β、γ三种射线中,γ射线能量最高,穿透力量最强,选项D子核在一次衰变中要么是αβ衰变,同时伴随γ射线的产生,选项E答案BCD【变式训练】2.238U衰变为222Rn要经过m次α衰变和n次β衰变,则m、n分别为( )92 86A.2、4B.4、2C.4、6D.16、6解析由质量数守恒和电荷数守恒得:238=222+4m,92=86+2m-n,联立解得:m=4,n=2。答案B类型可控性类型可控性核反响方程典例衰变α衰变β衰变自发238U234Th+He92 90 2自发234T234Pa+90 91-10e14N+4He→17O+1H7 2 8 1(卢瑟福觉察质子)4He+9Be→12C+1n2 4 6 0(查德威克觉察中子)人工转变人工掌握27Al+4He→13 230P+1n15 0约里奥·居里夫妇觉察放30P→1530Si+子14+10e比较简洁235U+1n→144Ba+89Kr+31n92 0 56 36 0重核裂变进展人工235U+1n→136Xe+90Sr+101n掌握92 054380轻核聚变很难掌握2H+H4He1n1 1 2 0【例3】(2023·上海卷,2)核反响方程9Be+4He→126C+X中的X表示( )4 2A.质子B.电子C.光子D.中子Xm,质量数为n4+2=m+6,9+4=12+n,所以m=0,n=1,XA、B、CD答案D书写核反响方程时应留意必需遵守电荷数守恒、质量数守恒规律。核反响方程中的箭头不能把箭头写成等号。【变式训练】
表示核反响进展的方向,3.(多项选择)能源是社会进展的根底,进展核能是解决能源问题的途径之一。以下释放核能的反响方程,表述正确的有( )3H+2H→4He+1n1 1 2 03H+2H→4He+1nβ衰变1 1 2 02U+1n→14456Ba+89Kr+31n0 36 0D.23592U+1n→14054Xe+94Sr+21nα衰变0 38 0解析β衰变时释放出电子(0-1α4He)BD错误;2选项A中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反响;选CU235BaKr个中子是核裂变反响,A、C答案AC考点四质量亏损及核能的计算核能核子在结合成原子核时消灭质量亏损Δ,其能量也要相应削减,即Δ=Δm2。原子核分解成核子时要吸取肯定的能量,相应的质量增加Δm,吸取的能量为ΔE=Δm2。核能释放的两种途径的理解使较重的核分裂成中等大小的核。较小的核结合成中等大小的核,核子的比结合能都会增加,都可以释放能量。4】(2023·北京卷,14)质子、中子和氘核的质量分别为m、mm,当一个质子和1 2 3一个中子结合
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