一轮考点复习学案第十三章第二节原子和原子核

第二节原子和原子核1．α粒子散射现象的实验结果：①大多数α粒子穿过金箔后仍能沿原来的方向步进；②少数α粒子发生较大偏转；③极少数α粒子偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°，为了解释此现象卢瑟福提出原子的核式结构模型。2．卢瑟福的原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕核旋转。3．玻尔原子理论的三条假设(1)能量量子化：原子只能处在一系列不连续的能量状态中(定态)，电子虽然绕核作加速运动，但不辐射能量，原子是稳定的。(2)能级跃迁：原子从一种定态(E初)跃迁到另一种定态(E末)时，要辐射(或吸收)一定频率(或波长)的光子，光子的能量hυ＝hc/λ＝E初－E末。(3)轨道量子化：由于绕核旋转的轨道半径是不连续的，每一条可能轨道与原子的一个定态相对应。4．氢原子的能级1．定态能量公式En＝E1/n2(n＝1,2,3…)2．轨道半径公式rn＝n2r1(n＝1,2,3…)E1，r1是第一轨道的半径和能量，n是量子数。E1＝－13.6ev；r1＝0.53×10－10m5．1896年贝克勒耳发现了天然放射现象，揭示了原子核具有复杂的结构。6．放射线的种类和性质：(1)α射线：氦核eq\o\al(4,2)He流，其电离本领最强，贯穿本领很小，υ＝0.1c。(2)β射线：高速电子流，电离本领较强，贯穿本领较强，υ＝0.9c。(3)γ射线：光子γ，高频电磁波电离本领很小，贯穿本领最强，υ＝c。7．原子核衰变的规律：α衰变：eq\o\al(M,Z)X→eq\o\al(M－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heβ衰变：eq\o\al(M,Z)X→eq\o\al(M,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)eγ衰变是伴随α衰变或β衰变同时产生的。8．半衰期τ：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫放射性元素的半衰期。如果反应之前原子核的质量为M，反应之后原子核的质量为m，半衰期为T，则m＝M(eq\f(1,2))t/T。9．具有相同质子数和不同中子数的原子互称同位素。10．几个重要的原子核的人工转变(1)卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子eq\o\al(1,1)H：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H。(2)查德威克用α粒子轰击铍核发现中子eq\o\al(1,0)n：eq\o\al(9,4)B＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(3)约里奥居里夫妇用α粒子轰击铝发现放射性同位素和正电子eq\o\al(0,1)e：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n。11．获得核能的途径：(1)重核的裂变：重核分裂成n个质量较小的原子核：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n＋ΔE。(2)轻核的聚变：轻核结合成质量较大的原子核：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋ΔE。12．核反应过程中能量守恒，满足质能方程：ΔE＝mc2。例1在卢瑟福α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是()A．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B．正电荷在原子内是均匀分布的C．原子中存在着带负电的电子D．原子只能处于一系列不连续的能量状态中【解析】卢瑟福α粒子散射实验中使卢瑟福惊奇的就是少数α粒子发生了较大角度的偏转，这是由于α粒子带正电，而原子核极小，且原子核带正电，A正确，B错误。α粒子能接近原子核的机会很小，大多数α粒子都从核外的空间穿过，而与电子碰撞时如同子弹碰到尘埃一样，运动方向不会发生改变。C、D的说法没错，但与题意不符。【答案】A例2(多选)氢原子的部分能级如图所示。已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间。由此可推知，氢原子()A．从高能级向n＝1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短B．从高能级向n＝2能级跃迁时发出的光均为可见光C．从高能级向n＝3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D．从n＝3能级向n＝2能级跃迁时发出的光为可见光【解析】从高能级向n＝1的能级跃迁的过程中辐射出的最大光子能量为10.20eV，不在1.62eV到3.11eV之间，所对应光的波长最短，A正确。已知可见光子能量在1.62eV到3.11eV之间，从高能级向n＝2能级跃迁时发出的光的能量≤3.40eV，B错。从高能级向n＝3能级跃迁时发出的光的能量≤1.51eV<1.62eV，只有能量大于3.11eV的光的频率才比可见光高，C错。从n＝3到n＝2的过程中释放的光子的能量等于1.89eV，介于1.62eV到3.11eV之间，所以是可见光，D对。【答案】AD例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(He)，则下面说法正确的是()A．X核比Z核多一个质子B．X核比Z核少一个中子C．X核的质量数比Z核质量数大3D．X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍【解析】根据质量数守恒、电荷数守恒，写出核反应方程式为：eq\o\al(m,n)X→eq\o\al(m,n－1)Y＋eq\o\al(0,1)e，eq\o\al(m,n－1)Y＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(m－3,n－2)Z＋eq\o\al(4,2)He显然，A是错误的。X核的中子数为(m－n)，Z核的中子数为[(m－3)－(n－2)]，(m－n)－[(m－3)－(n－2)]＝1，可见X核比Z核多一个中子，B错误。X核的质量数m比Z核质量数(m－3)大3，选项C正确。X核与Z核的总电荷数是n＋(n－2)＝2(n－1)，Y核电荷是(n－1)，选项D正确。【答案】CD例4已知氮核质量mN＝14.00753u，氧核质量mO＝17.00454u，氦核质量mHe＝4.00387u，质子质量mH＝1.00815u，试判断核反应：eq\o\al(14,)7N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,)8O＋eq\o\al(1,1)H是吸能反应，还是放能反应，能量变化多少？【解析】先计算出质量亏损Δm，然后由1u相当于931.5MeV能量代入计算即可。反应前总质量mN＋mHe＝18.01140u反应后总质量mO＋mH＝18.01269u因为反应中质量增加，所以此反应为吸能反应，所吸收能量ΔE＝Δmc2＝(18.01269－18.01140)×931.5MeV＝1.2MeV【答案】吸能反应，吸收能量1.2MeV1．在α粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中，下列的哪些说法是正确的()A．α粒子一直受到金原子核的斥力作用B．α粒子的动能不断减小C．α粒子的电势能不断增大D．α粒子发生散射，是与电子碰撞的结果2．卢瑟福和他的助手做α粒子散射实验，获得了重要发现。关于α粒子散射实验的结果，下列说法中正确的是()A．证明了质子的存在B．证明了原子核是由质子和中子组成的C．证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里D．说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动3．(2015·北京)下列核反应方程中，属于α衰变的是()A.eq\o\al(14,)7N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,)8O＋eq\o\al(1,1)H B.eq\o\al(238,)92U→eq\o\al(234,)90Th＋eq\o\al(4,2)HeC.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n D.eq\o\al(234,)90Th→eq\o\al(234,)91Pa＋0－1e4．在很多装饰材料中，都不同程度地含有放射性元素。下列说法正确的是()A．α射线、β射线和γ射线都是电磁波B．在α、β、γ三种射线中，γ射线的电离能力最强C．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后一定只剩下1个氡原子核D．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的5．铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→a＋b＋2eq\o\al(1,0)n，则a＋b可能是()A.eq\o\al(140,)54Xe＋eq\o\al(93,36)Kr B.eq\o\al(141,)56Ba＋eq\o\al(92,36)KrC.eq\o\al(141,)56Ba＋eq\o\al(93,38)Sr D.eq\o\al(140,)54Xe＋eq\o\al(94,38)Sr6．(多选)下列说法正确的是()A．核聚变反应方程可能为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(1,0)nB．铀核裂变的核反应方程可能为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nC．发生β衰变时原子核放出电子，说明电子是原子核的组成部分D．中子和质子结合成氘核，若该过程质量亏损为Δm，则氘核的结合能为Δmc27．一个eq\o\al(235,)92U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→X＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n，则下列叙述正确的是()A．X原子核中含有86个中子B．X原子核中含有141个核子C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少8．(多选)关于核衰变和核反应的类型，下列表述中正确的有()A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是α衰变B.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H是β衰变C.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是轻核聚变D.eq\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)Kr＋2eq\o\al(0,－1)e是重核裂变9．某放射性元素经过114天有7/8的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为()A．11.4天 B．7.6天C．5.7天 D．3.8天10．右图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光下列说法正确的是()A．最容易表现出衍射现象的光是由n＝4能级跃到n＝1能级产生的B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应11．用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的3条谱线，且ν3＞ν2＞ν1，则()A．ν0＜ν1 B．ν3＝ν2＋ν1C．ν0＝ν1＋ν2＋ν3 D.eq\f(1,ν1)＝eq\f(1,ν2)＋eq\f(1,ν3)12．氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为λ1＝0.6328μm，λ2＝3.39μm。已知波长为λ1的激光是氖原子在能级间隔ΔE1＝1.96eV的两个能级之间跃迁产生的。用ΔE2表示产生波长为λ2的激光所对应的跃迁的能级间隔，则ΔE2的近似值为()A．10.50eV B．0.98eVC．0.53eV D．0.36eV13．(多选)中子和质子结合成氘核时，质量亏损Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2MeV是氘核的结合能。下列说法正确的是()A．用能量小于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B．用能量等于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C．用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D．用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零1．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是()A．原子的绝大部分质量和全部正电荷集中在一个很小的核上B．正电荷在原子中是均匀分布的C．原子中存在着带负电的电子D．原子只能处在一系列不连续的能量状态中2．氢原子从第4能级跃迁到第2能级发出蓝光，那么，当氢原子从第5能级跃迁到第2能级应发出()A．X射线 B．红光C．黄光 D．紫光3.eq\o\al(232,)90Th(钍)经过一系列α和β衰变，变成eq\o\al(208,)82Pb(铅)，下列说法正确的是()A．铅核比钍核少8个质子B．铅核比钍核少16个中子C．共经过4次α衰变和6次β衰变D．共经过6次α衰变和4次β衰变4．原子核eq\o\al(238,92)U经放射性衰变①变成原子核eq\o\al(234,90)Th，继而经放射性衰变②变为原子核eq\o\al(234,91)Pa，再经放射性衰变③变为原子核eq\o\al(234,92)U。放射性衰变①、②和③依次为()A．α衰变、β衷变和β衰变B．β衰变、α衷变和β衰变C．β衰变、β衰变和α衰变D．α衰变、β衰变和α衰变5．如图所示，我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是()A.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．147N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HC.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)nD.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)n6．(多选)关于天然放射性，下列说法正确的是()A．所有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射线的穿透能力最强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7．氢原子的能级图如图所示。欲使一处于基态的氢原子释放出一个电子而变成氢离子，该氢原子需要吸收的能量至少是()A．13.60eV B．10.20eVC．0.54eV D．27.20eV8．如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是______(填选项前的字母)。A．①表示γ射线，③表示α射线B．②表示β射线，③表示α射线C．④表示α射线，⑤表示γ射线D．⑤表示β射线，⑥表示α射线9．一个氘核(eq\o\al(2,1)H)与一个氚核(eq\o\al(3,1)H)发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损。聚变过程中()A．吸收能量，生成的新核是eq\o\al(4,2)HeB．放出能量，生成的新核是eq\o\al(4,2)HeC．吸收能量，生成的新核是eq\o\al(3,2)HeD．放出能量，生成的新核是eq\o\al(3,2)He10．已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En＝eq\f(E1,n2)，其中n＝2,3，…。用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速。能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为()A．－eq\f(4hc,3E1) B．－eq\f(2hc,E1)C．－eq\f(4hc,E1) D．－eq\f(9hc,E1)11．氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则()A．吸收光子的能量为hν1＋hν2B．辐射光子的能量为hν1＋hν2C．吸收光子的能量为hν1－hν2D．辐射光子的能量为hν2－hν112．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3。当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)()A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)cC．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c213．可见光光子的能量在1.61～3.10eV范围内。若氢原子从高能级跃迁到量子数为n的低能级的谱线中有可见光，根据氢原子能级图可判断n为()A．1 B．2C．3 D．414．(多选)下图为氢原子的能级