2022-2023學(xué)年高中物理 4.2 原子核的衰變 滬科選修3-5

第4章從原子核到夸克4.2原子核的衰變1.知道什么是放射性、放射性元素、天然放射現(xiàn)象.2.知道三種射線的特性.3.知道衰變及兩種衰變的規(guī)律，能熟練寫出衰變方程.4.會用半衰期描述衰變的速度，知道半衰期的統(tǒng)計意義．學(xué)習(xí)目標(biāo)定位知識儲備區(qū)2．知識鏈接1．核電荷

核電荷

質(zhì)量

質(zhì)量3．質(zhì)量

電荷4．類平拋

電場線方向相同

電場線方向相反5．勻速圓周

左手知識儲備區(qū)7．(1)氦原子核24新知呈現(xiàn)(2)電子流(3)短

電磁波6．貝可勒爾(1)射線(2)射線(3)放射8．(1)十分之一

很小

一張紙

很強(qiáng)(2)光速

較強(qiáng)

幾毫米

較弱(3)更強(qiáng)

幾厘米

很小9．(1)半數(shù)

大量原子核(2)核內(nèi)部自身學(xué)習(xí)探究區(qū)一、三種射線的特性二、衰變實質(zhì)及次數(shù)的計算三、半衰期的有關(guān)計算一、三種射線的特性1．如圖1所示，放射源放在鉛塊上的細(xì)孔中，鉛塊上方有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場．其放出的射線在磁場的作用下分成a、b、c三束．a(chǎn)、b、c三條射線哪個是α射線、哪個是β射線、哪個是γ射線？答案

由左手定則知a帶負(fù)電，應(yīng)為β射線；c帶正電，應(yīng)為α射線；b不偏轉(zhuǎn)，說明不帶電，應(yīng)為γ射線．問題設(shè)計圖12．如圖2中P為放在勻強(qiáng)電場中的天然放射源，其放出的射線在電場的作用下分成a、b、c三束．則a、b、c三束中哪個是α射線、哪個是β射線、哪個是γ射線？答案

a帶負(fù)電，應(yīng)為β射線；c帶正電，應(yīng)為α射線；b不帶電，應(yīng)為γ射線．圖2三種射線及其特征要點提煉種類α射線β射線γ射線組成①②③帶電荷量④⑤

⑥質(zhì)量⑦

mp＝1.67×10－27kg靜止質(zhì)量為零高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)2e－e04mp速度0.1c0.99c⑧

在電場或磁場中偏轉(zhuǎn)與α射線反向偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)穿透本領(lǐng)⑨

用一張紙就能擋住⑩

穿透幾毫米厚的鋁板?

穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土電離作用?

?

?c最強(qiáng)較強(qiáng)最弱很強(qiáng)較弱很弱例1如圖3甲是α、β、γ三種射線穿透能力的示意圖，圖乙是工業(yè)上利用射線的穿透性來檢查金屬內(nèi)部傷痕的示意圖，請問圖乙中的檢查是利用了哪種射線(

)圖3A．α射線

B．β射線C．γ射線

D．三種射線都可以解析根據(jù)三種射線的性質(zhì)知，甲圖中能穿透鋁板的是γ射線，乙圖中檢查鋼板中的砂眼，要求射線能穿透鋼板，故利用的是γ射線，選項C正確．答案

C返回二、衰變實質(zhì)及次數(shù)的計算要點提煉3．衰變規(guī)律衰變過程遵守

守恒和

守恒．4．確定衰變次數(shù)的方法根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程A＝

，Z＝

.質(zhì)量數(shù)電荷數(shù)Z′＋2n－mA′＋4n例2解析

(1)設(shè)U衰變?yōu)镻b經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變．由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得238＝206＋4x①92＝82＋2x－y②聯(lián)立①②解得x＝8，y＝6即一共經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變．答案

解析由于每發(fā)生一次α衰變質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均減少2，每發(fā)生一次β衰變中子數(shù)減少1，而質(zhì)子數(shù)增加1，故Pb較U質(zhì)子數(shù)少10，中子數(shù)少22.答案

解析

(3)綜合寫出這一衰變過程的方程．答案

返回三、半衰期的有關(guān)計算要點提煉1．對于衰變及半衰期的理解要注意以下兩點(1)對于同一種元素，其半衰期是

的，無論是加溫、加壓，或是處于單質(zhì)、化合物狀態(tài)均不影響元素的半衰期，但不同元素的半衰期

，有的差別很大．一定不同(2)半衰期是一種

規(guī)律．對于

的原子核發(fā)生衰變才具有實際意義，而對于少量的原子核發(fā)生衰變，該統(tǒng)計規(guī)律不再適用．2．半衰期公式統(tǒng)計大量例3若放射性元素A的半衰期為4天，放射性元素B的半衰期為5天，則相同質(zhì)量的放射性元素A和B經(jīng)過20天，剩下的兩元素質(zhì)量之比mA∶mB為(

)A．30∶31 B．31∶30C．1∶2 D．2∶1解析設(shè)開始時元素A、B的質(zhì)量都是m，經(jīng)過20天，對于元素A來說有5個半衰期，A剩下的質(zhì)量為mA＝()5m；對于元素B來說有4個半衰期，B剩下的質(zhì)量為mB＝()4m，所以剩下的質(zhì)量之比為1∶2.答案

C返回課堂要點小結(jié)返回自我檢測區(qū)12341．(2014·福建·30(1))如圖4所示，放射性元素鐳衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線，分別進(jìn)入勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中，下列說法正確的是________(填選項前的字母)．A．①表示γ射線，③表示α射線B．②表示β射線，③表示α射線C．④表示α射線，⑤表示γ射線D．⑤表示β射線，⑥表示α射線1234圖41234解析根據(jù)三種射線的偏轉(zhuǎn)軌跡可知①⑥表示β射線，②⑤表示γ射線，③④表示α射線．選項C正確．答案

C2.計數(shù)器是一種探測射線的儀器，如圖5所示，X為未知放射源，它向右方發(fā)射放射線．放射線首先通過一塊薄鋁箔P(厚度約為1mm)，并經(jīng)過一個強(qiáng)磁場區(qū)域后到達(dá)計數(shù)器，計數(shù)器上單位時間內(nèi)記錄到的射線粒子是一定的，現(xiàn)將強(qiáng)磁場移開，計數(shù)器單位時間內(nèi)所記錄的射線粒子基本保持不變，然后將薄鋁箔P移開，則計數(shù)器單位時間內(nèi)記錄的射線粒子明顯上升，據(jù)此可以判定X為(

)1234圖5A．純β射線放射源B．純γ射線放射源C．α射線和β射線的混合放射源D．α射線和γ射線的混合放射源12341234解析將強(qiáng)磁場移開，計數(shù)器單位時間內(nèi)所記錄的射線粒子基本保持不變，即磁場對射線粒子沒有影響，則可以斷定計數(shù)器接收到的是不帶電的γ射線，以后將薄鋁箔P(厚度約為1mm)移開，則計數(shù)器單位時間內(nèi)記錄的射線粒子明顯上升，這說明計數(shù)器除了接收到了γ射線之外，還接收到了一種原來被厚度約為1mm的簿鋁箔P擋住的射線，而厚度約為1mm的簿鋁箔只能將α射線擋住，所以X為能放射α射線和γ射線的混合放射源，故選項D正確．答案

D3．氪90(Kr)是不穩(wěn)定的，它經(jīng)過一系列衰變最終成為穩(wěn)定的鋯90(Zr)，這些衰變是(

)A．1次α衰變，6次β衰變B．4次β衰變C．2次α衰變D．2次α衰變，2次β衰變12341234解析

方法一推理計算法根據(jù)衰變規(guī)律，β衰變不影響核的質(zhì)量數(shù)，發(fā)生一次β衰變，核電荷數(shù)增加1；發(fā)生一次α衰變，質(zhì)量數(shù)減少4，核電荷數(shù)減少2.Kr衰變?yōu)閆r，質(zhì)量數(shù)不變，故未發(fā)生α衰變；核電荷數(shù)增加4，一定是發(fā)生了4次β衰變．1234方法二

列方程求解設(shè)Kr衰變?yōu)閆r，經(jīng)過了x次α衰變，y次β衰變，則有由質(zhì)量數(shù)守恒得90＝90＋4x由電荷數(shù)守恒得36＝40＋2x－y解得x＝0，y＝4，即只經(jīng)過了4次β衰變，選項B正確．答案

D4．放射性同位素

Na的樣品經(jīng)過6小時后還剩下

沒有衰變，求它的半衰期．1234解析

答案

2h第二單元配合物的形成和應(yīng)用課程標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航1.了解人類對配合物結(jié)構(gòu)認(rèn)識的歷史。2.知道簡單配合物的基本組成和形成條件。3.掌握配合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系。4.認(rèn)識配合物在生產(chǎn)生活和科學(xué)研究方面的廣泛應(yīng)用。新知初探自學(xué)導(dǎo)引自主學(xué)習(xí)(2)配位鍵：共用電子對由一個原子單方向提供而跟另一個原子共用的共價鍵叫配位鍵。配位鍵可用A→B形式表示，A是_________________的原子，叫做電子對給予體，B是____________________的原子叫接受體。(3)形成配位鍵的條件提供孤電子對接受孤電子對①有能夠提供_______________的原子，如______________等。②另一原子具有能夠接受__________的空軌道，如___________________________等。孤電子對N、O、F孤電子對Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋想一想1.在水溶液中，Cu2＋與氨分子是如何結(jié)合成［Cu(NH3)4］2＋的呢？2.配位化合物(1)寫出向CuSO4溶液中滴加氨水，得到深藍(lán)色溶液整個過程的反應(yīng)離子方程式。____________________________________;___________________________________________________________________________.Cu(OH)2+4NH3·H2O===［Cu(NH3)4］2++2OH-+4H2O(2)［Cu(NH3)4］SO4的名稱為_______________________,它的外界為__________，內(nèi)界為________________，中心原子為______，配位體為_______分子，配位數(shù)為_______。(3)配合物的同分異構(gòu)體：含有兩種或兩種以上配位體的配合物，若配位體在____________________不同，就能形成不同幾何構(gòu)型的配合物，如Pt(NH3)2Cl2存在______和______兩種異構(gòu)體。硫酸四氨合銅［Cu(NH3)4］2＋Cu2+NH34空間的排列方式順式反式想一想2.順式Pt(NH3)2Cl2和反式Pt(NH3)2Cl2的化學(xué)式相同，它們的性質(zhì)也相似嗎？提示：不同，由于結(jié)構(gòu)不同，所以其化學(xué)性質(zhì)不相同。二、配合物的應(yīng)用1.在實驗研究中，人們常用形成配合物的方法來檢驗__________、分離物質(zhì)、定量測定物質(zhì)的組成。(1)向AgNO3溶液中逐滴加入氨水的現(xiàn)象為:_________________________________。產(chǎn)生的配合物是____________________。金屬離子先生成沉淀，然后沉淀再溶解［Ag(NH3)2］OH(2)向FeCl3溶液中滴入KSCN溶液的現(xiàn)象：____________________________。產(chǎn)生的配合物是______________。2.在生產(chǎn)中，配合物被廣泛用于________、______、___________、___________領(lǐng)域。3.生命體中的許多金屬元素都以配合物形式存在。4.配合物在醫(yī)療方面應(yīng)用也很廣泛。5.模擬生物固氮也與配合物有關(guān)。有血紅色溶液出現(xiàn)Fe(SCN)3染色電鍍硬水軟化金屬冶煉自主體驗1.配合物［Zn(NH3)4］Cl2的中心原子的配位數(shù)是()A.2 B.3C.4 D.5解析：選C。配合物［Zn(NH3)4］Cl2的中心原子是Zn2＋，配位體是NH3，配位數(shù)是4。2.下列不能形成配位鍵的組合是()A.Ag＋、NH3 B.H2O、H＋C.Co3＋、CO D.Ag＋、H+解析：選D。配位鍵的形成條件必須是一方能提供孤電子對，另一方能提供空軌道，A、B、C三項中，Ag＋、H＋、Co3＋能提供空軌道，NH3、H2O、CO能提供孤電子對,所以能形成配位鍵，而D項Ag＋與H＋都只能提供空軌道，而無法提供孤電子對,所以不能形成配位鍵。3.下列不屬于配離子的是()A.［Ag(NH3)2］＋ B.［Cu(CN)4］2－C.［Fe(SCN)6］3－ D.MnO－4解析：選D。MnO－4無配位原子。4.向下列配合物的水溶液中加入AgNO3溶液,不能生成AgCl沉淀的是()A.［Co(NH3)4Cl2］Cl B.［Co(NH3)3Cl3］C.［Co(NH3)6］Cl3 D.［Co(NH3)5Cl］Cl2解析：選B。在配合物中，內(nèi)界以配位鍵結(jié)合很牢固，難以在溶液中電離；內(nèi)界和外界之間以離子鍵相結(jié)合，在溶液中能夠完全電離。不難看出A、C、D三項中配合物在水中均電離產(chǎn)生Cl-，而B項無外界離子，不能電離。要點突破講練互動探究導(dǎo)引1指出配合物[Pt(NH3)4Cl2]Cl2的配離子、中心離子、配位體、配位數(shù)及配位原子。提示：配離子指配合物的內(nèi)界，中心原子指提供空軌道的原子或離子，要點一配合物的組成和結(jié)構(gòu)配位體指提供孤電子對的分子或離子，配位數(shù)是配位體的總個數(shù)，配位原子指配位體中提供孤電子對的原子。配合物[Pt(NH3)4Cl2]Cl2的配離子為[Pt(NH3)4Cl2]2＋,中心原子是Pt4＋，配位體是NH3、Cl－，配位數(shù)為6，配位原子為N和Cl。探究導(dǎo)引2配離子[Ag(NH3)2]＋是如何形成的？提示：配離子[Ag(NH3)2]＋是由Ag＋和NH3分子反應(yīng)生成的，由于Ag＋空的5s軌道和5p軌道形成sp雜化軌道，接受2個NH3分子提供的孤電子對，形成直線形的[Ag(NH3)2]＋，該過程圖示如下。

要點歸納1.配合物的組成內(nèi)界：中心體(原子或離子)與配位體，以配位鍵成鍵。外界：與內(nèi)界電荷平衡的相反離子。有些配合物不存在外界，如[PtCl2(NH3)2]、[CoCl3(NH3)3]等。另外，有些配合物是由中心原子與配位體構(gòu)成，如[Ni(CO)4]、[Fe(CO)5]等。2.配合物的結(jié)構(gòu)配位數(shù)雜化軌道類型空間構(gòu)型結(jié)構(gòu)示意圖實例2sp直線形[Ag(NH3)2]＋[Cu(NH3)2]＋配位數(shù)雜化軌道類型空間構(gòu)型結(jié)構(gòu)示意圖實例4sp3正四面體形[Zn(NH3)4]2＋[ZnCl4]2－dsp2(sp2d)平面正方形[Ni(CN)4]2－[Cu(NH3)4]2＋6sp3d2(d2sp3)正八面體[AlF6]3－[Co(NH3)6]3＋即時應(yīng)用1.化學(xué)家維多克·格利雅因發(fā)明了格氏試劑(RMgX)而榮獲諾貝爾化學(xué)獎。RMgX是金屬鎂和鹵代烴反應(yīng)的產(chǎn)物，它在醚的稀溶液中以單體形式存在，并與二分子醚絡(luò)合，在濃溶液中以二聚體存在，結(jié)構(gòu)如下圖：上述2種結(jié)構(gòu)中均存在配位鍵，把你認(rèn)為是配位鍵的用“→”在結(jié)構(gòu)圖中標(biāo)出。解析:配位鍵是由孤電子對與空軌道形成的,Mg最外層有兩個電子，可以與R、X形成離子鍵，而O原子中存在孤電子對，所以兩個O(C2H5)2可以與Mg形成配位鍵。在二聚體中，同理，一個Mg與R、X相連，則另外一個X和O(C2H5)2，則與Mg形成配位鍵。答案：要點二配合物的性質(zhì)探究導(dǎo)引現(xiàn)有兩種配合物晶體[Co(NH3)6]Cl3和[Co(NH3)5Cl]Cl2，一種為橙黃色，另一種為紫紅色。請設(shè)計實驗方案將這兩種配合物區(qū)別開來。提示：在[Co(NH3)6]Cl3中Co3＋與6個NH3分子配合成[Co(NH3)6]3＋，3個Cl－都是外界離子。而[Co(NH3)5Cl]Cl2中Co3＋與5個NH3分子和1個Cl－配合成[Co(NH3)5Cl]2＋,只有兩個Cl－是外界離子。由于配合物中內(nèi)界以配位鍵結(jié)合很牢固，難以在溶液中電離，而內(nèi)界和外界之間以離子鍵結(jié)合，在溶液中能夠完全電離。不難看出，相同質(zhì)量的兩種晶體在溶液中能夠電離出的Cl－數(shù)是不同的，我們可以利用這一點進(jìn)行鑒別。要點歸納1.配合物的顏色：當(dāng)簡單離子形成配合物時,其性質(zhì)往往有很大的差異，顏色發(fā)生改變就是一種常見的現(xiàn)象，多數(shù)配離子都有顏色，如[Fe(SCN)6]3－為血紅色、[Cu(NH3)4]2＋為深藍(lán)色、[Cu(H2O)4]2＋為藍(lán)色、[CuCl4]2－為黃色、[Fe(C6H6O)6]3－為紫色等等。我們根據(jù)顏色的變化就可以判斷配離子是否生成，如Fe3＋離子與SCN－離子在溶液中可生成配位數(shù)為1～6的硫氰合鐵(Ⅲ)配離子，這種配離子的顏色是血紅色的，反應(yīng)如下：Fe3＋＋nSCN－====[Fe(SCN)n]3－n，實驗室通常用這一方法檢驗鐵離子的存在。2.配合物的溶解性:有的配合物易溶于水，如[Ag(NH3)2]OH、[Cu(NH3)4]SO4、Fe(SCN)3等。利用配合物的這一性質(zhì)，可將一些難溶于水的物質(zhì)如AgOH、AgCl、Cu(OH)2等溶解在氨水中形成配合物。如在照相底片的定影過程中，未曝光的AgBr常用硫代硫酸鈉(Na2S2O3)溶解，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：AgBr＋2Na2S2O3====Na3[Ag(S2O3)2]＋NaBr。金和鉑之所以能溶于王水中，也是與生成配合物的溶解性有關(guān)，反應(yīng)式為：Au＋HNO3＋4HCl====H[AuCl4]＋NO↑＋2H2O，3Pt＋4HNO3＋18HCl====3H2[PtCl6]＋4NO↑＋8H2O。配合物的顏色和溶解性還與配合物的空間結(jié)構(gòu)有關(guān)，如順式[Pt(NH3)2Cl2]和反式[Pt(NH3)2Cl2]的溶解性和顏色等性質(zhì)有一定的差異，其中順式[Pt(NH3)2Cl2]為極性分子,根據(jù)相似相溶原理,它在水中的溶解度較大,具體情況見前面的表格。3.配合物的穩(wěn)定性：配合物具有一定的穩(wěn)定性，配合物中的配位鍵越強(qiáng),配合物越穩(wěn)定.當(dāng)作為中心原子的金屬離子相同時，配合物的穩(wěn)定性與配位體的性質(zhì)有關(guān)。例如，血紅素中的Fe2＋與CO分子形成的配位鍵比Fe2＋與O2分子形成的配位鍵強(qiáng)，因此血紅素中的Fe2＋與CO分子結(jié)合后，就很難再與O2分子結(jié)合，血紅素就失去了輸送氧氣的功能，從而導(dǎo)致人體CO中毒。即時應(yīng)用2.配合物CrCl3·6H2O的中心原子Cr3＋的配位數(shù)為6，H2O和Cl－均可作配位體，H2O、Cl－和Cr3＋有三種不同的連接方式，形成三種物質(zhì)：一種呈紫羅蘭色、一種呈暗綠色、一種呈亮綠色。將它們配成相同物質(zhì)的量濃度溶液，各取相同體積的溶液，向其中分別加入過量的AgNO3溶液，完全反應(yīng)后，所得沉淀的物質(zhì)的量之比為3∶2∶1。(1)請推斷出三種配合物的內(nèi)界，并簡單說明理由；(2)寫出三種配合物的電離方程式。解析：CrCl3·6H2O的中心原子Cr3＋的配位數(shù)為6，H2O和Cl－均可作配位體，則其化學(xué)式可表示為：[Cr(H2O)6－nCln]Cl3－n·nH2O，當(dāng)其與AgNO3反應(yīng)時，只有外界的氯離子可形成AgCl沉淀，再根據(jù)它們與AgNO3反應(yīng)時生成AgCl沉淀的物質(zhì)的量之比為3∶2∶1，可知分別有3個氯離子、2個氯離子、1個氯離子在外界，進(jìn)而可分別寫出各自的化學(xué)式，紫羅蘭色：[Cr(H2O)6]Cl3，暗綠色：[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O，亮綠色：[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O，再分別寫出其內(nèi)界.答案:(1)紫羅蘭色：[Cr(H2O)6]3＋,暗綠色：[Cr(H2O)5Cl]2＋，亮綠色：[Cr(H2O)4Cl2]＋.根據(jù)它們與AgNO3反應(yīng)時生成沉淀的物質(zhì)的量之比