原子與原子核

一、原子核結(jié)構(gòu)模型1.α粒子散射實驗的結(jié)果絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過了90°，有的甚至被撞了回來，如圖1所示.2.盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的所有正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn).1.下列說法正確的是(BCD)A.湯姆孫首先發(fā)現(xiàn)了電子，并測定了電子電荷量，且提出了“棗糕”式原子模型B.盧瑟福做α粒子散射實驗時發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進，只有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)C.α粒子散射實驗說明了原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上D.盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，并解釋了α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因2.關(guān)于原子結(jié)構(gòu)，下列說法正確的是(AD)A.玻爾原子模型能很好地解釋氫原子光譜的實驗規(guī)律B.盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型可以很好地解釋原子的穩(wěn)定性C.盧瑟福的α粒子散射實驗表明原子內(nèi)部存在帶負電的電子D.盧瑟福的α粒子散射實驗否定了湯姆孫關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的“西瓜模型”3.盧瑟福利用α粒子轟擊金箔的實驗研究原子結(jié)構(gòu)，正確反映實驗結(jié)果的示意圖是 (D)二、氫原子的能級及能級躍遷1.定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量.2.躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即hν＝Em－En.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)3.軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應(yīng).原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的.4.氫原子的能級、能級公式(1)氫原子的能級圖(如圖所示)(2)氫原子的能級和軌道半徑①氫原子的能級公式：En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1,2,3，…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1＝－13.6eV.②氫原子的半徑公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－101.如圖所示為氫原子能級示意圖，現(xiàn)有大量的氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)向低能級躍遷時輻射出若干不同頻率的光，下列說法正確的是(D)A.這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光B.由n＝2能級躍遷到n＝1能級產(chǎn)生的光頻率最小C.由n＝4能級躍遷到n＝1能級產(chǎn)生的光最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象2.已知金屬鈣的逸出功為2.7eV，氫原子的能級圖如圖4所示，一群氫原子處于量子數(shù)n＝4能級狀態(tài)，則(AC)A.氫原子可能輻射6種頻率的光子B.氫原子可能輻射5種頻率的光子C.有3種頻率的輻射光子能使鈣發(fā)生光電效應(yīng)D.有4種頻率的輻射光子能使鈣發(fā)生光電效應(yīng)3.根據(jù)玻爾原子結(jié)構(gòu)理論，氦離子(He＋)的能級圖如圖6所示.電子處在n＝3軌道上比處在n＝5軌道上離氦核的距離________(選填“近”或“遠”).當(dāng)大量He＋處在n＝4的激發(fā)態(tài)時，由于躍遷所發(fā)射的譜線有________條.答案近64.下列說法中正確的是(AC)A.氫原子由較高能級躍遷到較低能級時，電子動能增加，原子勢能減少B.原子核的衰變是原子核在其他粒子的轟擊下發(fā)生的C.β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子而產(chǎn)生的D.放射性元素的半衰期隨溫度和壓強的變化而變化5.下列說法正確的是(CDE)A.根據(jù)玻爾理論，氫原子在輻射光子的同時，軌道也在連續(xù)地減小B.放射性物質(zhì)的溫度升高，則半衰期減小C.用能量等于氘核結(jié)合能的光子照射靜止氘核不可能使氘核分解為一個質(zhì)子和一個中子D.某放射性原子核經(jīng)過2次α衰變和一次β衰變，核內(nèi)質(zhì)子數(shù)減少3個E.根據(jù)玻爾理論，氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時，要釋放一定頻率的光子，同時電子的動能增大，電勢能減小6.如圖1所示是某原子的能級圖，a、b、c為原子躍遷時所發(fā)出的三種波長的光.在下列該原子光譜的各選項中，譜線從左向右的波長依次增大，則正確的是(C)7.已知金屬鉀的逸出功為2.22eV，氫原子的能級示意圖如圖所示，一群處于在n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時，能夠從金屬鉀的表面打出光電子的光波共有(B)A.一種B.兩種C.三種D.四種三、原子核和原子核的衰變1.三種射線的比較種類α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電荷量2e－e0質(zhì)量4mp(mp＝1.67×10－27eq\f(mp,1836)靜止質(zhì)量為零符號eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(0,－1)eγ速度0.10.99c在電磁場中偏轉(zhuǎn)與α射線反向偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)最弱，用紙能擋住較強，穿透幾毫米的鋁板最強，穿透幾厘米的鉛板和幾十厘米厚的混凝土對空氣的電離作用很強較弱很弱2兩種衰變的比較衰變類型α衰變β衰變衰變方程eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(A,Z)X→AZ＋1Y＋eq\o\al(0,－1)e衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e衰變規(guī)律質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒3.γ射線：γ射線經(jīng)常是伴隨著α衰變或β衰變同時產(chǎn)生的.其實質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變的過程中，產(chǎn)生的新核由于具有過多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子.4.原子核的人工轉(zhuǎn)變用高能粒子轟擊靶核，產(chǎn)生另一種新核的反應(yīng)過程.(1)盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為：eq\o\al(14,)7N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,)8O＋eq\o\al(1,1)H.(2)查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,)6C＋eq\o\al(1,0)n.(3)居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應(yīng)方程為：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n.eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e.5.確定衰變次數(shù)的方法因為β衰變對質(zhì)量數(shù)無影響，先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù).6.半衰期(1)公式：N余＝N原(eq\f(1,2))t/τ，m余＝m原(eq\f(1,2))t/τ(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強)或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān).1.(1)eq\o\al(232,90)Th(釷)經(jīng)過一系列α衰變和β衰變，變成eq\o\al(208,82)Pb(鉛).以下說法中正確的是()A.鉛核比釷核少8個質(zhì)子B.鉛核比釷核少16個中子C.共經(jīng)過4次α衰變和6次β衰變D.共經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變(2)約里奧·居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性元素而獲得了1935年的諾貝爾化學(xué)獎，他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素eq\o\al(30,15)P衰變成eq\o\al(30,14)Si的同時放出另一種粒子，這種粒子是________.eq\o\al(32,15)P是eq\o\al(30,15)P的同位素，被廣泛應(yīng)用于生物示蹤技術(shù)，1mgeq\o\al(32,15)P隨時間衰變的關(guān)系如圖5所示，請估算4mg的eq\o\al(32,15)P經(jīng)多少天的衰變后還剩0.25mg?答案(1)ABD(2)正電子(eq\o\al(0,＋1)e)56天2.核電站泄漏的污染物中含有碘131和銫137.碘131的半衰期約為8天，會釋放β射線；銫137是銫133的同位素，半衰期約為30年，發(fā)生衰變時會輻射γ射線.下列說法正確的是(D)A.碘131釋放的β射線由氦核組成B.銫137衰變時輻射出的γ光子能量小于可見光光子能量C.與銫137相比，碘131衰變更慢D.銫133和銫137含有相同的質(zhì)子數(shù)3.(1)現(xiàn)有三個核反應(yīng)方程：①eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋0－1e；②eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,)56Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n；③eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n.下列說法正確的是 ()A.①是裂變，②是β衰變，③是聚變B.①是聚變，②是裂變，③是β衰變C.①是β衰變，②是裂變，③是聚變D.①是β衰變，②是聚變，③是裂變(2)現(xiàn)有四個核反應(yīng)：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.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→X＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)eD.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n①________是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，________是研究原子彈的基本核反應(yīng)方程，________是研究氫彈的基本核反應(yīng)方程.②求B中X的質(zhì)量數(shù)和中子數(shù).答案(1)C(2)①DBA②144884.關(guān)于下列核反應(yīng)或核衰變方程，說法正確的是(A)A.eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋X，符號“X”表示中子B.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋X，符號“X”表示中子C.eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)e是裂變D.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)n是聚變5.恒星向外輻射的能量來自于其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反應(yīng)，當(dāng)溫度達到108K時，可以發(fā)生“氦燃燒”.①完成“氦燃燒”的核反應(yīng)方程：eq\o\al(4,2)He＋________→eq\o\al(8,4)Be＋γ.②eq\o\al(8,4)Be是一種不穩(wěn)定的粒子，其半衰期為2.6×10－16s.一定質(zhì)量的eq\o\al(8,4)Be，經(jīng)7.8×10－16s后所剩eq\o\al(8,4)Be占開始時的________________.答案①eq\o\al(4,2)He(或α)②eq\f(1,8)(或12.5%)6.核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會中已不可缺少，我國在完善核電安全基礎(chǔ)上將加大核電站建設(shè)規(guī)模.核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素，它可破壞細胞基因，提高罹患癌癥的風(fēng)險.已知钚的一種同位素eq\o\al(239,94)Pu的半衰期為24100年，其衰變方程為eq\o\al(239,94)Pu→X＋eq\o\al(4,2)He＋γ，下列有關(guān)說法正確的是(D)A.X原子核中含有92個中子B.100個eq\o\al(239,94)Pu經(jīng)過24100年后一定還剩余50個C.由于衰變時釋放巨大能量，根據(jù)E＝mc2，衰變過程總質(zhì)量增加D.衰變發(fā)出的γ射線是波長很短的光子，具有很強的穿透能力7.(1)下列四幅圖的有關(guān)說法中，正確的是________.A.若兩球質(zhì)量相等，碰后m2的速度一定為vB.射線甲是α粒子流，具有很強的穿透能力C.在光顏色保持不變的情況下，入射光越強，飽和光電流越大D.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)屬于重核的裂變(2)輕核聚變能夠比重核裂變釋放更多的能量，若實現(xiàn)受控核聚變，且穩(wěn)定地輸出聚變能，人類將不再有“能源危機”.一個氘核(eq\o\al(2,1)H)和一個氚核(eq\o\al(3,1)H)聚變成一個新核并放出一個中子(eq\o\al(1,0)n).①完成上述核聚變方程eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→________＋eq\o\al(1,0)n.②已知上述核聚變中質(zhì)量虧損為Δm，真空中光速為c，則該核反應(yīng)中所釋放的能量為________________.答案(1)CD(2)①eq\o\al(4,2)He②Δmc28.能源是社會發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一.下列釋放核能的反應(yīng)方程，表述正確的有(AC)A.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是核聚變反應(yīng)B.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是β衰變C.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)n是核裂變反應(yīng)D.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)n是