19.2 反射性元素的衰变
【重点知识】
1．原子核衰变时电荷数和质量数都守恒||。
238U→234Th＋4He 2．α衰变： 92 902234234
3．β衰变： 90Th→ 91Pa＋－ 01e
4．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫做这种元素的半衰期||。 【基本知识】
一、原子核的衰变 1．定义
原子核放出 或 ||，则核电荷数变了||，变成另一种 ||，这种变化称为原子核的衰变||。
2．衰变分类
(1)α衰变：放出α粒子的衰变||。 (2)β衰变：放出β粒子的衰变||。 3．衰变方程
238234
92U→ 90Th＋ ||。
234234
90Th→ 91Pa＋ 4．衰变规律
(1)原子核衰变时 和 都守恒||。
(2)当放射性物质连续衰变时||，原子核中有的发生α衰变||，有的发生β衰变||，同时伴随着γ辐射||。这时||，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β和γ三种射线||。
二、半衰期 1．定义
放射性元素的原子核有 发生衰变所需的时间||。 2．决定因素
放射性元素衰变的快慢是由 的因素决定的||，跟原子所处的化学状态和外部条件
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没有关系||。不同的放射性元素||，半衰期 ||。
3．应用
利用半衰期非常稳定这一特点||，可以测量其衰变程度、推断时间||。 【课堂例题】
238U经放射性衰变①变为原子核234Th||，继而经放射性衰变②变为原子核234Pa||，再例1、原子核 92 90 91234
经放射性衰变③变为原子核 92U||。放射性衰变①②③依次为
( )
A．α衰变、β衰变和β衰变 B．β衰变、α衰变和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
例2、(多选)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 B．12C、13C、14C具有相同的中子数 C．14C衰变为14N的过程中放出β射线 D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变
( )
例3、 (多选)静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核放出一个α粒子||，其速度方向与磁场方向垂直||。测得α粒子与反冲核轨道半径之比为30∶1||，如图19-2-1所示||，则 ( )
A．α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反 B．反冲核的原子序数为62 C．原放射性元素的原子序数是62 D．反冲核与α粒子的速率之比为1∶62 【课后巩固】
1．(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
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D．α、β和γ三种射线中||，γ射线的穿透能力最强
2．新发现的一种放射性元素X||，它的氧化物X2O半衰期为8天||，X2O与F2能发生如下反应：2X2O＋2F2===4XF＋O2||，XF的半衰期为( )
A．2天 C．8天
B．4天 D．16天
3．关于原子核的衰变和半衰期||，下列说法正确的是( ) A．β粒子带负电||，所以β射线有可能是核外电子 B．放射性元素发生一次衰变可同时产生α射线和β射线 C．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制 D．半衰期是指原子核的质量减少一半所需要的时间
4．有甲、乙两种放射性元素||，它们的半衰期分别是τ甲＝15天||，τ乙＝30天||，它们的质量分别为M甲、M乙||，经过60天后这两种元素的质量相等||，则它们原来的质量之比M甲∶M乙是( )
A．1∶4 B．4∶1 C．2∶1
D．1∶2
222Rn)经α衰变成为钋(218Po)||，半衰期约为3.8天；但勘测表明||，经过漫5．放射性元素氡( 86 84
222Rn的矿石||，其原因是( ) 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 86
A．目前地壳中的222 86Rn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222 86Rn的含量足够高
218Po积累到一定量以后||，218Po的增加会减慢222Rn的衰变进程 C．当衰变产物 84 84 86222Rn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 D. 86
6．将半衰期为5天的质量为64 g的铋分成质量相等的四份分别投入：(1)开口容器中；(2)100 atm的密封容器中；(3)100 ℃的沸水中；(4)与别的元素形成化合物||。经10天后||，四种情况下剩下的铋的质量分别为m1、m2、m3、m4||，则( )
A．m1＝m2＝m3＝m4＝4 g B．m1＝m2＝m3＝4 g||，m4<4 g C．m1>m2>m3>m4||，m1＝4 g D．m1＝4 g||，其余无法知道
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206
7.238 92U核经一系列的衰变后变为 82Pb核||，问：
(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？
206238
(2) 82Pb与 92U相比||，质子和中子数各少多少？
(3)综合写出这一衰变过程的方程||。
8．放射性元素14可用它来测定古生物的年代||，此项研究获得1960 6C射线被考古学家称为“碳钟”||，年诺贝尔化学奖||。14 6C不稳定||，易发生衰变||，放出β射线||，其半衰期为5 730年||。
(1)试写出有关的衰变方程||。
(2)若测得一古生物遗骸中14 6C的含量只有活体中的12.5%||，则此遗骸的年代距今约有多少年？
9.在匀强磁场中||，一个原来静止的原子核||，由于放出一个α粒子||，结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图所示)||，测得两个相切圆半径之比r1∶r2＝44∶1||。求： (1)这个原子核原来所含的质子数是多少？ (2)图中哪一个圆是α粒子的径迹？(说明理由) 参考答案： 【课堂例题】：
例1、A 例2、AC 例2、AC 【课后巩固】：
1、解析：选BCD 并不是所有的元素都可能发生衰变||，原子序数越大||，越易发生||，A错误；放射性元素的半衰期与元素本身内部结构有关||，与外界的温度无关||，B正确；放射性元素无论单质还是化合物都具有放射性||， C正确；在α、β、γ射线中||，γ射线的穿透能力最强||，D正确||。
2、解析：选C 根据半衰期由原子核内部因素决定||，而跟其所处的物理状态和化学状态无关||，所以X2O、XF、X的半衰期相同||，均为8天||。正确选项为C||。
3、解析：选C β衰变的实质是核内一个中子转化成了一个质子和一个电子||，是从原子核射出的||，A错；一次衰变不可能同时产生α射线和β射线||，只可能同时产生α射线和γ射线或β射线和γ射线||，B错；放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的性质决定的||，与外界因素无关||，C正确；半衰期是原子核有半数发生衰变时所需要的时间||，不是质量减少一半所需要的时间||，
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故D错||。
1?t1?t?4、解析：选B 由M甲?＝M乙?2?τ甲?2?τ乙可得： 1?601?60??M甲?2?15＝M乙?2?30||，
解得M甲∶M乙＝4∶1||，B正确||。
222Rn5、解析：选A 本题考查原子物理的基础知识||，意在考查考生对半衰期的理解||。地壳中 86
主要来自其他放射性元素的衰变||，则A正确||，B错误；放射性元素的半衰期与外界环境等因素无关||，则C、D错误||。
6、解析：选A 放射性元素的半衰期是一定的||，与放射性元素所处的物理环境和化学环境无关
?1?10 g＝4 g||，所以A正确||。 ||，故四种情况下铋剩余的质量相等||，剩余的铋的质量为16×?2?5
238U衰变为206Pb经过x次α衰变和y次β衰变||。由质量数守恒和电荷数守恒可7、解析：(1)设 92 82
得
238＝206＋4x ① 92＝82＋2x－y ②
联立①②解得x＝8||，y＝6||。即一共经过8次α衰变和6次β衰变||。
(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2||，每发生一次β衰变中子数少1||，而质
206Pb较238U质子数少10||，中子数少22||。 子数增1||，故 82 92
238U→206Pb＋84He＋60e||。 (3)核反应方程为 92 822－1
答案：(1)8次 6次 (2)10 22
238U→206Pb＋84He＋60e (3) 92 822－1
14C→14N＋0e||。 8、解析：(1)衰变方程为 6 7－1
1414
(2)活体中14 6C含量不变||，生物死亡后||， 6C开始衰变||，设活体中 6C的含量为m0||，遗骸中
1?t?1?t||，解得t＝3||，所以t＝3τ＝17 190年||。为m||，则由半衰期的定义得m＝m0?||，即0.125＝ ?2?τ?2?ττ
140答案：(1)14 6C→ 7N＋－1e (2)17 190年
9、解析：(1)设衰变后α粒子的电荷量为q1＝2e||，新生核的电荷量为q2||，它们的质量分别为m1和m2||，衰变后的速度分别为v1和v2||，则原来原子核的电荷量q＝q1＋q2||，根据轨道半径公式
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人教版(选修3-5)第2节 放射性元素的衰变(基本概念、课堂例题、课后作业)
