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1、2放射性元素的衰变主题主题1 1 原子核的衰变原子核的衰变 研研读读教材教材自主自主认认知知1.1.原子核衰原子核衰变变的定的定义义: :原子核放出原子核放出_粒子粒子, ,由于由于_变变了了, ,它在元素周期表中的位置就它在元素周期表中的位置就变变了了, ,变变成另一种成另一种_。我。我们们把把这这种种变变化称化称为为_。或或核核电电荷数荷数原子核原子核原子核的衰原子核的衰变变2.2.原子核衰原子核衰变变的种的种类类: :(1)(1)衰衰变变: :放出放出_的衰的衰变变叫作叫作衰衰变变。铀铀238238核放出一个核放出一个粒子后粒子后, ,核的核的质质量数量数_,_,核核电电荷数荷数_,_,
2、变变成新核成新核钍钍234234核。核。衰衰变变方程式方程式: : 粒子粒子减少减少4 4减少减少2 2(2)(2)衰衰变变: :放出放出_的衰的衰变变叫作叫作衰衰变变。钍钍234234核也具有放射性核也具有放射性, ,它能放出一个它能放出一个粒子而粒子而变变成成 衰衰变变方程式方程式 3.3.原子核衰原子核衰变变的的规规律律: :原子核衰原子核衰变时变时_和和_都守恒。都守恒。粒子粒子电电荷数荷数质质量数量数合作探究合作探究核心核心归纳归纳伴随着天然放射现象伴随着天然放射现象, ,一直发生着衰变。请结合两种衰变的示意图思一直发生着衰变。请结合两种衰变的示意图思考下列问题考下列问题: :(1)
3、(1)原子核原子核辐辐射射射射线线会会发发生什么生什么变变化化? ?提示提示: :天然放射性元素的原子核辐射天然放射性元素的原子核辐射或或射线射线, ,原子核的核电荷数就原子核的核电荷数就发生了变化发生了变化, ,变成了另一种原子核变成了另一种原子核, ,也就是原子核发生了衰变。也就是原子核发生了衰变。(2)(2)原子核衰原子核衰变过变过程中符合哪些程中符合哪些规规律律? ?发发生生衰衰变时变时, ,原子核的原子核的电电荷数荷数和和质质量数量数发发生了怎生了怎样样的的变变化化? ?提示提示: :原子核的衰变符合质量数守恒和电荷数守恒。原子核的衰变符合质量数守恒和电荷数守恒。粒子的质量数粒子的质
4、量数是是4,4,电荷数是电荷数是2,2,所以发生所以发生衰变的原子核的质量数减少衰变的原子核的质量数减少4,4,电荷数减少电荷数减少2,2,新核在元素周期表中的位置向前提了两位新核在元素周期表中的位置向前提了两位, ,核反应方程为核反应方程为 (3)(3)发发生生衰衰变变的原子核的的原子核的电电荷数和荷数和质质量数量数发发生了怎生了怎样样的的变变化化?衰衰变变时时的核的核电电荷数荷数为为什么会增加什么会增加? ?释释放的放的电电子从哪里来的子从哪里来的? ?提示提示: :粒子的质量数是粒子的质量数是0,0,电荷数是电荷数是-1,-1,所以发生所以发生衰变的原子核质量衰变的原子核质量数不变数不变
5、, ,电荷数增加电荷数增加1,1,新核在元素周期表中的位置向前进一位新核在元素周期表中的位置向前进一位, ,核反应核反应方程为方程为 原子核内虽然没有电子原子核内虽然没有电子, ,但核内的质子和中子但核内的质子和中子是可以相互转化的是可以相互转化的, ,当核内的中子转化为质子时当核内的中子转化为质子时, ,同时要产生一个电子同时要产生一个电子并从核内释放出来并从核内释放出来, ,就形成了就形成了衰变衰变, ,从而新核少了一个中子从而新核少了一个中子, ,但增加但增加了一个质子了一个质子, ,核电荷数增加核电荷数增加, ,并辐射出来一个电子。并辐射出来一个电子。(4)(4)原子核原子核发发生衰生
6、衰变变的的实质实质是什么是什么? ?提示提示: :衰变的实质是原子核内的衰变的实质是原子核内的2 2个质子和个质子和2 2个中子结合成一个个中子结合成一个粒粒子放射出来子放射出来, ,衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子放射出来。可见电子放射出来。可见, ,放射出的放射出的粒子和粒子和粒子是原子核内的质子或粒子是原子核内的质子或中子转化而成的。中子转化而成的。【归纳总结归纳总结】1.1.衰衰变变的的实质实质: :在放射性元素的原子核中在放射性元素的原子核中,2,2个个质质子和子和2 2个中子个中子结结合得合得比比较紧较紧密密, ,有有
7、时时会作会作为为一个整体从一个整体从较较大的原子核中抛射出来大的原子核中抛射出来, ,这这就是放就是放射性元素射性元素发发生的生的衰衰变变, ,其反其反应应式式为为 2.2.衰衰变变的的实质实质: :原子核里原子核里虽虽然没有然没有电电子子, ,但是核内的中子可以但是核内的中子可以转转化成化成质质子和子和电电子子, ,产产生的生的电电子从核内子从核内发发射出来射出来, ,这这就是就是衰衰变变, ,其反其反应应式式为为 过过关小关小练练即即时应时应用用1.(20151.(2015北京高考北京高考) )下列核反下列核反应应方程中方程中, ,属于属于衰衰变变的是的是( () )【解析】【解析】选选B
8、 B。选项。选项A A是人工核反应是人工核反应, ,选项选项B B是是衰变衰变, ,选项选项C C是核聚变是核聚变, ,选项选项D D是是衰变衰变, ,选项选项B B正确。正确。2.(20152.(2015宿迁高二检测宿迁高二检测) )原子核原子核 经放射性衰变经放射性衰变变为原子核变为原子核 继而经放射性衰变继而经放射性衰变变为原子核变为原子核 再经放射性衰变再经放射性衰变变变为原子核为原子核 放射性衰变放射性衰变、和和依次为依次为( )( )A A衰变、衰变、衰变和衰变和衰变衰变B B衰变、衰变、衰变和衰变和衰变衰变C C衰变、衰变、衰变和衰变和衰变衰变D D衰变、衰变、衰变和衰变和衰变衰
9、变【解析】【解析】选选A A。 ，质量数少，质量数少4 4，电荷数少，电荷数少2 2，说明，说明为为衰变。衰变。 ，质子数加，质子数加1 1，说明，说明为为衰变，中子转化衰变，中子转化成质子。成质子。 ，质子数加，质子数加1 1，说明，说明为为衰变，中子转化衰变，中子转化成质子，成质子，A A正确。正确。【补偿训练补偿训练】1.(1.(多多选选) )元素元素X X是放射性元素是放射性元素Y Y的同位素的同位素,X,X与与Y Y分分别进别进行了行了这样这样的衰的衰变变过过程程: : 则则下列叙述中下列叙述中, ,正确的是正确的是( () )A.QA.Q和和S S是同位素是同位素B.XB.X和和R
10、 R的原子序数相同的原子序数相同C.XC.X和和R R的的质质量数相同量数相同D.RD.R的的质质子数多于上述任一元素的子数多于上述任一元素的质质子数子数【解析】【解析】选选A A、D D。X X和和Y Y是同位素是同位素,Q,Q和和S S是它们发生了一次是它们发生了一次衰变和一衰变和一次次衰变的产物衰变的产物, ,它们的质子数相同它们的质子数相同, ,故为同位素故为同位素,A,A项正确项正确;R;R是是Y Y发生发生一次一次衰变的产物衰变的产物, ,它的原子序数比它的原子序数比Y Y多多1,1,质量数与质量数与Y Y相同相同,D,D正确正确;X;X与与Y Y的原子序数相同的原子序数相同, ,
11、质量数不同质量数不同, ,故故X X与与R R原子序数不同原子序数不同, ,质量数也不同质量数也不同,B,B、C C错误。错误。2. 2. 核核经经一系列的衰一系列的衰变变后后变为变为 核核, ,问问: :(1)(1)一共一共经过经过几次几次衰衰变变和几次和几次衰衰变变? ?(2) (2) 相比相比, ,质质子数和中子数各少多少子数和中子数各少多少? ?(3)(3)综综合写出合写出这这一衰一衰变过变过程的方程。程的方程。【解题探究】【解题探究】(1)(1)衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒。衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒。(2)(2)根据每发生一次根据每发生一次衰变原子核的质子数和中子数均减少
12、衰变原子核的质子数和中子数均减少2,2,每发生每发生一次一次衰变原子核的中子数减少衰变原子核的中子数减少1,1,质子数增加质子数增加1 1。【解析】【解析】(1)(1)设设 衰变为衰变为 经过经过x x次次衰变和衰变和y y次次衰变。由质衰变。由质量数守恒和电荷数守恒可得量数守恒和电荷数守恒可得238=206+4x238=206+4x92=82+2x-y92=82+2x-y联立联立解得解得x=8,y=6,x=8,y=6,即一共经过即一共经过8 8次次衰变和衰变和6 6次次衰变。衰变。(2)(2)由于每发生一次由于每发生一次衰变质子数和中子数均减少衰变质子数和中子数均减少2,2,每发生一次每发生
13、一次衰衰变中子数减少变中子数减少1,1,而质子数增加而质子数增加1,1,故故 质子数少质子数少10,10,中子数少中子数少2222。(3)(3)核反应方程为核反应方程为 答案答案: :(1)8(1)86 6(2)10(2)102222(3)(3)见解析见解析【通法悟道】【通法悟道】确定衰确定衰变变次数的两种方法次数的两种方法(1)(1)根据根据电电荷数和荷数和质质量数守恒求解量数守恒求解: :设设放射性元素放射性元素 经过经过n n次次衰衰变变和和m m次次衰衰变变后后, ,变变成成稳稳定的新元素定的新元素 则则衰衰变变方程方程为为 根据根据电电荷数和荷数和质质量数守恒可列方程量数守恒可列方程
14、: :A=A+4n,Z=Z+2n-mA=A+4n,Z=Z+2n-m以上两式以上两式联联立解得立解得: : (2)(2)根据衰变规律求解根据衰变规律求解: :因为因为衰变对质量数无影响衰变对质量数无影响, ,先由质量数的改先由质量数的改变确定变确定衰变的次数衰变的次数, ,然后再根据衰变规律确定然后再根据衰变规律确定衰变的次数。衰变的次数。主题主题2 2 半衰期半衰期 研研读读教材教材自主自主认认知知1.1.定定义义: :放射性元素的原子核有放射性元素的原子核有_发发生衰生衰变变所需的所需的时间时间。2.2.决定因素决定因素: :放射性元素衰放射性元素衰变变的快慢是由的快慢是由_的因素决定的的因
15、素决定的, ,跟原子所跟原子所处处的化学状的化学状态态和外部条件没有关系。不同的放射性元素和外部条件没有关系。不同的放射性元素, ,半半衰期衰期_。3.3.应应用用: :利用半衰期非常利用半衰期非常_这这一特点一特点, ,可以可以测测量其衰量其衰变变程度程度, ,推断推断时间时间。半数半数核内部自身核内部自身不同不同稳稳定定合作探究合作探究核心核心归纳归纳1.1.半衰期的含半衰期的含义义是什么是什么? ?它是怎么得到的它是怎么得到的? ?对对于某个或于某个或选选定的几个原子定的几个原子核什么核什么时时候候发发生衰生衰变变能否根据半衰期算出能否根据半衰期算出? ?提示提示: :(1)(1)半衰期
16、是某种放射性元素的大量的原子核有半数发生衰变所半衰期是某种放射性元素的大量的原子核有半数发生衰变所需要的时间需要的时间, ,是通过大量统计规律总结得到的。是通过大量统计规律总结得到的。(2)(2)对于某个或几个特定的原子核的衰变时间是不能预测的。对于某个或几个特定的原子核的衰变时间是不能预测的。2.2.半衰期的半衰期的应应用用: :半衰期的公式及意半衰期的公式及意义义是什么是什么? ?如何根据半衰期推算放如何根据半衰期推算放射性元素的剩余射性元素的剩余质质量或根据剩余量或根据剩余质质量推算衰量推算衰变变的的时间时间? ?提示提示: :半衰期的公式为半衰期的公式为N N余余= = 式中式中N N
17、0 0表示核的个数表示核的个数, ,此式也可以此式也可以演变成演变成m m余余= = 式中式中m m0 0表示放射性物质的质量。表示放射性物质的质量。3.3.什么因素能影响放射性元素的半衰期什么因素能影响放射性元素的半衰期? ?能否通能否通过过增大增大压压强强或提高温或提高温度的方法加快某种放射性元素衰度的方法加快某种放射性元素衰变变的速度的速度? ?提示提示: :(1)(1)放射性元素衰变的快慢由原子核内部因素决定。跟原子所处放射性元素衰变的快慢由原子核内部因素决定。跟原子所处的物理状态的物理状态( (如温度、压强如温度、压强) )或化学状态或化学状态( (如单质、化合物如单质、化合物) )
18、无关。无关。(2)(2)不能通过增大压强或提高温度的方法加快某种放射性元素的衰变不能通过增大压强或提高温度的方法加快某种放射性元素的衰变速度速度, ,也不能通过物理或化学的方法减缓放射性元素的衰变速度。也不能通过物理或化学的方法减缓放射性元素的衰变速度。【归纳总结归纳总结】1.1.半衰期半衰期: :(1)(1)意意义义: :表示放射性元素衰表示放射性元素衰变变快慢的物理量。快慢的物理量。(2)(2)适用条件适用条件: :是一个是一个统计规统计规律律, ,对对某几个特定的原子核不符合此某几个特定的原子核不符合此规规律。律。(3)(3)相关因素相关因素: :它是由元素的原子核内部它是由元素的原子核
19、内部结结构决定的构决定的, ,不受外部物理和不受外部物理和化学化学环环境的影响。境的影响。2.2.半衰期公式半衰期公式:N:N余余= m= m余余= = 式中式中N N0 0、m m0 0表示衰表示衰变变前的原前的原子数和子数和质质量量,N,N余余、m m余余表示衰表示衰变变后的尚未后的尚未发发生衰生衰变变的原子数和的原子数和质质量量,t,t表表示衰示衰变时间变时间,T,T表示半衰期。表示半衰期。过过关小关小练练即即时应时应用用1.1.下列有关半衰期的下列有关半衰期的说说法正确的是法正确的是( () )A.A.放射性元素的半衰期越短放射性元素的半衰期越短, ,表明有半数原子核表明有半数原子核发
20、发生衰生衰变变所需的所需的时间时间越短越短, ,衰衰变变速度越快速度越快B.B.放射性元素的放射性元素的样样品不断衰品不断衰变变, ,随着剩下未衰随着剩下未衰变变的原子核的减少的原子核的减少, ,元素元素半衰期也半衰期也变长变长C.C.把放射性元素放在密封的容器中把放射性元素放在密封的容器中, ,可以减慢放射性元素的衰可以减慢放射性元素的衰变变速度速度D.D.降低温度或增大降低温度或增大压压强强, ,让该让该元素与其他物元素与其他物质质形成化合物形成化合物, ,均可减小衰均可减小衰变变速度速度【解析】【解析】选选A A。放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发。放射性元素的半衰期是指放射
21、性元素的原子核半数发生衰变所需的时间生衰变所需的时间, ,它反映了放射性元素衰变速度的快慢它反映了放射性元素衰变速度的快慢, ,半衰期越短半衰期越短, ,则衰变越快则衰变越快, ,故故A A正确正确; ;某种元素的半衰期长短由其本身因素决定某种元素的半衰期长短由其本身因素决定, ,与它与它所处的物理、化学状态无关所处的物理、化学状态无关,B,B、C C、D D错误。错误。2.(2.(多多选选)(2015)(2015山山东东高考高考) )1414C C发发生放射性衰生放射性衰变变成成为为1414N,N,半衰期半衰期约约57005700年。已知植物存活期年。已知植物存活期间间, ,其体内其体内14
22、14C C与与1212C C的比例不的比例不变变; ;生命活生命活动结动结束后束后, ,1414C C的比例持的比例持续续减少。减少。现现通通过测过测量得知量得知, ,某古木某古木样样品中品中1414C C的比例正好是的比例正好是现现代植物所制代植物所制样样品的二分之一。下列品的二分之一。下列说说法正确的是法正确的是( () )A.A.该该古木的年代距今古木的年代距今约约57005700年年B.B.1212C C、1313C C、1414C C具有相同的中子数具有相同的中子数C.C.1414C C衰衰变为变为1414N N的的过过程中放出程中放出射射线线D.D.增加增加样样品品测测量量环环境的
23、境的压压强强将加速将加速1414C C的衰的衰变变【解析】【解析】选选A A、C C。剩余的碳。剩余的碳1414占占 表明经过了一个半衰期表明经过了一个半衰期,A,A正确正确; ;碳碳1414、1313、1212的质子数相同的质子数相同, ,质量数不同质量数不同, ,中子数不同中子数不同,B,B错误错误; ;碳碳1414变为变为氮氮14,14,质量数未变质量数未变, ,放出的是电子流放出的是电子流, ,即即射线射线,C,C正确正确; ;半衰期不受外界半衰期不受外界环境影响环境影响,D,D错误。错误。【补偿训练补偿训练】1.(20141.(2014重重庆庆高考高考) )碘碘131131的半衰期的
24、半衰期约为约为8 8天天, ,若某若某药药物含有物含有质质量量为为m m的的碘碘131,131,经过经过3232天后天后, ,该药该药物中碘物中碘131131的含量大的含量大约还约还有有( () )【解析】【解析】选选C C。由原子核的衰变公式。由原子核的衰变公式m m余余=m( )=m( )n n, ,其中其中 为衰变的次数为衰变的次数, ,解得解得m m余余= ,= ,故选故选C C。2.2.1414C C测测年法是利用年法是利用1414C C衰衰变规变规律律对对古生物古生物进进行年代行年代测测定的方法。若以定的方法。若以横坐横坐标标t t表示表示时间时间, ,纵纵坐坐标标m m表示任意表示任意时时刻刻1414C C的的质质量量,m,m0 0为为t=0t=0时时1414C C的的质质量。下面四幅量。下面四幅图图中能正确反映中能正确反映1414C C衰衰变规变规律的是律的是( () )【解析】【解析】选选C C。由半衰期公式。由半衰期公式m mt t=m=m0 0 并结合数学知识可知并结合数学知识可知C C答案正答案正确。确。
