第九講 核化學(xué)

1、我愛奧賽網(wǎng)第二屆我愛奧賽網(wǎng)第二屆化學(xué)奧賽網(wǎng)絡(luò)夏令營化學(xué)奧賽網(wǎng)絡(luò)夏令營主講主講 楊德生楊德生AuF32XeF25F2 Xe2F11AuF6； 課外作業(yè)： 1將AuF3和XeF2同F(xiàn)2一起加熱到4000C，幾小時后只生成了一種化合物A。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，A是一種共價型離子化合物，其陰離子基本上呈八面體結(jié)構(gòu)，陽離子的結(jié)構(gòu)可看作是兩個八面體以一個氟原子橋聯(lián)在一起，且兩個八面體中各有一個氙原子同陰離子中的氟原子相連。 （1）試寫出A的分子式，寫出生成A的化學(xué)反應(yīng)方程式。 （2）畫出A的結(jié)構(gòu)。Xe2F11AuF6XeFFFFFFXeFFFFFAuFFFFFF C0400 2在N2氣氛中，在110時，將A與CsF

2、反應(yīng)，可以得到化合物B和C。已知A的陰離子在反應(yīng)前后沒有發(fā)生鍵的斷裂，B是一種具有八面體的二元化合物。 （1）寫出B和C的分子式。 （2）寫出生成B和C的化學(xué)反應(yīng)方程式。B：XeF6； C：CsAuF6；Xe2F11AuF6CsF 2XeF6CsAuF6 C0110第第 九九 講講 核核 化化 學(xué)學(xué) 我愛奧賽網(wǎng)第二屆化學(xué)奧賽網(wǎng)絡(luò)夏令營 初賽基本要求初賽基本要求 沒有明確的條文對該知識點進(jìn)行描述沒有明確的條文對該知識點進(jìn)行描述大綱解讀1、（、（2005年全國初賽第年全國初賽第1題）題） 2004年2月2日，俄國杜布納實驗室宣布用核反應(yīng)得到了兩種新元素X和Y。X是用高能48Ca撞擊考題回顧Am24

3、395靶得到的。經(jīng)過100微秒，X發(fā)生-衰變，得到Y(jié)。然后Y連續(xù)發(fā)生4次-衰變，轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量數(shù)為268的第105號元素Db的同位素。以X和Y的原子序數(shù)為新元素的代號（左上角標(biāo)注該核素的質(zhì)量數(shù)），寫出上述合成新元素X和Y的核反應(yīng)方程式。 Ca = 288115+310n 288115 = 284113 + 4HeAm243954820+ Cm248962、(2002年全國初賽第年全國初賽第3題題) 最近有人用高能26Mg核轟擊核，發(fā)生核合成反應(yīng)，得到新元素X。研究者將X與氧氣一起加熱，檢出了氣態(tài)分子XO4 , 使X成為研究了化學(xué)性質(zhì)的最重元素。已知的X同位素如下表所示，上述核反應(yīng)得到的核素是其中之

4、一，該核素的衰變性質(zhì)保證了其化學(xué)性質(zhì)實驗獲得成功。質(zhì)量數(shù)半衰期衰變方式2631 s釋放a粒子2640.00008 s釋放a粒子; 或自發(fā)裂變2650.0018 s釋放a粒子; 或自發(fā)裂變266不詳不詳2670.033 s釋放a粒子; 或自發(fā)裂變268不詳不詳2699.3 s釋放a粒子（1）X的元素符號是 。（2）用元素符號并在左上角和左下角分別標(biāo)注其質(zhì)量數(shù)和質(zhì)子數(shù)，寫出合成X的核反應(yīng)方程式（方程式涉及的其他符號請按常規(guī)書寫）Mg2612Cm24896Hs269108n1o 5Hs知 識 精 講 四四、放射性的應(yīng)用、放射性的應(yīng)用一、核反應(yīng)的有關(guān)概念二、核反應(yīng)的分類二、核反應(yīng)的分類三、核能的釋放三

5、、核能的釋放一、核反應(yīng)的有關(guān)概念 放射性：從原子核自發(fā)地放射出射線的性質(zhì)。 放射性同位素：具有放射性的同位素 核衰變：原子核自發(fā)地發(fā)生核結(jié)構(gòu)的改變（或稱放射性衰變） 核反應(yīng)：原子核由外因而引起核結(jié)構(gòu)的變化 注意：寫核反應(yīng)式時，兩邊的質(zhì)量數(shù)和原子序數(shù)應(yīng)該平衡二、核反應(yīng)的分類二、核反應(yīng)的分類 核反應(yīng)分為四種類型：核反應(yīng)分為四種類型： 放射性衰變放射性衰變 粒子轟擊原子核粒子轟擊原子核 核裂變核裂變 核聚變核聚變 放射性衰變放射性衰變 天然放射性是指不穩(wěn)定原子核自發(fā)放出天然放射性是指不穩(wěn)定原子核自發(fā)放出、射線的現(xiàn)象。射線的現(xiàn)象。 三種：三種： （1 1）衰變衰變 （2 2）衰變衰變 （3 3）衰變衰

6、變 人工放射性核素還有其它衰變方式，人工放射性核素還有其它衰變方式， 如正電子如正電子衰變、電子俘獲等。衰變、電子俘獲等。 放射性同位素的衰變是隨機(jī)自發(fā)的單體核反應(yīng)。放射性同位素的衰變是隨機(jī)自發(fā)的單體核反應(yīng)。 常見的有常見的有a,b,ga,b,g三種：三種：三種粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)（1） a a衰變衰變)He(424A2ZAZa核核核核4A2ZAZaRfSg259104263106aa衰變：或記為：如（2） b衰變（3 3）g g 衰變g射線： 由小波長很短的電磁輻射（高能量的光子）組成， 常伴隨著 粒子和 粒子射出， 表示能量損失，剩下的核將更加穩(wěn)定， 不改變核的原子序數(shù)，也不改變質(zhì)量數(shù)， 通

7、常核反應(yīng)式中不表示出 射線。a ab bg g （四）正電子 正電子與電子的質(zhì)量相同但符號相反 用01e或 表示 例: 116C 115B+01e （五）電子俘獲 從核外電子層俘獲一個電子 例: 74Be+0-1e 73Li三、核能的釋放三、核能的釋放1、核裂變能、核裂變能裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)2、 核聚變能核聚變能聚變反應(yīng)： 提供太陽能的聚變反應(yīng)（1938年貝特循環(huán)）：2+ 2+ ，總的效果是：（太陽能的來源，維持太陽不坍縮）HHH211gHeHH312H2HeHeHe143326.7MeV222HeH441gb3、人工核反應(yīng)人工核反應(yīng)是指用中子或其它原子核轟擊靶核時發(fā)生核反應(yīng)而產(chǎn)生新原子

8、核。這種原子核由外因而引起核結(jié)構(gòu)的變化，叫做人工核反應(yīng)。例如，以粒子轟擊Al得到下述核反應(yīng)當(dāng)粒子停止轟擊后，產(chǎn)生的磷同位素是個放射性的核，它仍可繼續(xù)衰變。這種核反應(yīng)的特點是用人工方法產(chǎn)生放射性的核。放射性核繼續(xù)衰變，這稱為人工放射性。現(xiàn)已知的一千多種放射性同位素中，絕大部分是人工產(chǎn)生的。如用人工核反應(yīng)產(chǎn)生的原子核是自然界中所沒有的，這個新元素稱為人造同位素。如子核時，發(fā)生各種人工核反應(yīng)，按轟擊粒子的種類，轟擊反應(yīng)類型舉例：轟擊反應(yīng)類型舉例(1)以粒子為轟擊粒子，放出中子的核反應(yīng)，稱為-n反應(yīng)（轟擊粒子，n產(chǎn)物粒子或射線）。如(2)以粒子為轟擊粒子，放出質(zhì)子的核反應(yīng)，稱為-p反應(yīng)。如(3)以粒子

9、為轟擊粒子，放射出重氫的核反應(yīng)，稱為-D反應(yīng)。如四四、放射性的應(yīng)用、放射性的應(yīng)用 放射性核素的射線具有高能量，當(dāng)射線與放射性核素的射線具有高能量，當(dāng)射線與物質(zhì)相互作用時，物質(zhì)受到激發(fā)，可以引發(fā)本物質(zhì)相互作用時，物質(zhì)受到激發(fā)，可以引發(fā)本來不發(fā)生的化學(xué)或生物過程，促進(jìn)或抑制化學(xué)來不發(fā)生的化學(xué)或生物過程，促進(jìn)或抑制化學(xué)或生物過程的變化。在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生、科或生物過程的變化。在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生、科學(xué)技術(shù)以及人類日常生活中利用放射性的實例學(xué)技術(shù)以及人類日常生活中利用放射性的實例很多。很多。 近年來出現(xiàn)一門新學(xué)科近年來出現(xiàn)一門新學(xué)科輻射化學(xué)，專輻射化學(xué)，專門研究物質(zhì)因受高能電離射線的影響而產(chǎn)生的門研究物

10、質(zhì)因受高能電離射線的影響而產(chǎn)生的化學(xué)效應(yīng)，如輻射聚合、輻射接枝、輻射催化、化學(xué)效應(yīng)，如輻射聚合、輻射接枝、輻射催化、輻射合成等。輻射合成等。1 1、新元素的合成、新元素的合成 粒子轟擊是指某原子核受高速粒子如氦粒子轟擊是指某原子核受高速粒子如氦核（核（）、質(zhì)子（）、質(zhì)子（P P）、中子（）、中子（n n）、氘核）、氘核（D D）、氚核（）、氚核（T T）等的轟擊，變成另一種原子）等的轟擊，變成另一種原子核，同時放出另一種粒子的核反應(yīng)。利用這類核，同時放出另一種粒子的核反應(yīng)。利用這類核反應(yīng)可人工獲得超鈾元素。已合成了從核反應(yīng)可人工獲得超鈾元素。已合成了從104104號以后的超鈾元素，號以后的超鈾

11、元素， 現(xiàn)在現(xiàn)在有關(guān)于合成有關(guān)于合成114114、116116和和118118號元素的報道，但獲得的原子數(shù)極少，號元素的報道，但獲得的原子數(shù)極少，壽命短，難以進(jìn)行化學(xué)研究。壽命短，難以進(jìn)行化學(xué)研究。 2、核裂變和原子彈、核裂變和原子彈 原子核被轟擊后，分裂為較輕的裂塊和較原子核被轟擊后，分裂為較輕的裂塊和較重的裂塊，同時放出中子的過程，稱為核裂變。重的裂塊，同時放出中子的過程，稱為核裂變。急劇裂變反應(yīng)會引起爆炸，從而可制原子彈。急劇裂變反應(yīng)會引起爆炸，從而可制原子彈。 3、核聚變和氫彈、核聚變和氫彈 一些質(zhì)量很輕的化學(xué)元素（主要是氫的核素一些質(zhì)量很輕的化學(xué)元素（主要是氫的核素氘和氚）的原子核，

12、在高溫（億度以上）下可氘和氚）的原子核，在高溫（億度以上）下可以聚合為較重的元素，同時放出大量的能量，以聚合為較重的元素，同時放出大量的能量，這個過程稱核聚變。這個過程稱核聚變。 1、1941年Anderson用中子轟擊196Hg和198Hg，實現(xiàn)了把廉價的金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸬膲粝?，前者形成了穩(wěn)定的197Au,后者形成的核發(fā)生衰變后,得到199Hg，寫出以上3個反應(yīng)式。Hgn19880101997901Aue 199791998001AuHge1968001HgnAue 1019779課 堂 練 習(xí) 2、放射性同位素氪（ ）氣，經(jīng)衰變成銣（ ），半衰期為11年，銣最后成固態(tài)。有一容積為0.448L的

13、密閉容器，內(nèi)盛溫度為0，壓強(qiáng)為1atm的純凈的氪氣。 （1）此容器內(nèi)氪氣的質(zhì)量是多少？ （2）寫出氪（ ）氣的衰變方程。 （3）將此容器埋入地下22年后取出，將氣體加熱到100，此時容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)多大？Kr8536Kr8536Rb85370.0285=1.7g Kr Rb e22年為2個半衰期，剩余氖氣為原來的1/4，忽略掉固態(tài)銣的體積，以氖氣為研究對象：p20.34atm8536853701 A經(jīng)三次衰變成元素B的一種核素，試寫出衰變的反應(yīng)式。（2）在衰變過程中有一元素能以4價離子存在于水溶液中，且具有強(qiáng)氧化性，還原產(chǎn)物為3價離子。其4價離子的硝酸鹽和硝酸銨可按12形成一種復(fù)鹽，它常作為分析中的一種基準(zhǔn)物質(zhì)，寫出該復(fù)鹽的化學(xué)式。（3）該復(fù)鹽常用來測定某樣品中Fe2的含量，請寫出滴定反應(yīng)的化學(xué)方程式。 A經(jīng)三次衰變成元素B的一種核素，試寫出衰變的反應(yīng)式。（2）在衰變過程中有一元素能以4價離子存在于水溶液中，且具有強(qiáng)氧化性，還原產(chǎn)物為3價離子。其4價離子的硝酸鹽和硝酸銨可按12形成一種復(fù)鹽，它常作為分析中的