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学业分层测评(十二)
(建议用时:45分钟)
学业达标]
1.(多选)当一个重核裂变时,它所产生的两个核( )
A.含有的质子数较裂变前重核的质子数不变
B.含有的中子数较裂变前重核的中子数不变
C.裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量
D.可能是多种形式的两个核的组合
【解析】 由于在裂变反应中吸收一个中子而释放2~3个中子,质子数并没有发生变化,而两个新核的中子数减少,故选项A正确,B错误;反应后质量发生了亏损而释放能量,并不等于俘获中子时得到的能量,在裂变反应中,产物并不是唯一的,而是多种多样的,故选项D正确,选项C错误.
【答案】 AD
2.(多选)关于重核的裂变,以下说法正确的是( )
A.核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B.中子从铀块中通过时,但不一定发生链式反应
C.重核裂变释放出大量能量,产生明显的质量亏损,所以核子数要减小
D.重核裂变为中等质量的核时,要发生质量亏损,放出核能
【解析】 根据重核发生裂变的条件和裂变释放核能的原理分析可知,裂变时因铀核俘获中子即发生核反应,是核能转化为其他形式能的过程.释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量.链式反应是有条件的,即铀块的体积必须大于其临界体积,如果体积小,中子从铀块中穿过时,碰不到原子核,则链式反应就不会发生.在裂变反应中质量数、电荷数均守恒;即核子数守恒,所以核子数是不会减小的,因此选项A、C错误,B正确;重核裂变为中等质量的原子核时,发生质量亏损,从而释放出核能,选项D正确.
【答案】 BD
3.铀核裂变时,对于产生链式反应的重要因素,下列说法中正确的是( ) 【导学号:64772108】
A.反应堆中铀的质量是重要因素与体积无关
B.为了使裂变的链式反应容易发生,最好直接利用裂变时产生的中子
C.若铀235的体积超过它的临界体积,裂变的链式反应就能够发生
D.能否发生链式反应与铀块的质量无关
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【解析】 要使铀核裂变发生链式反应,铀块的体积必须等于或大于临界体积,如果组成铀块的体积小于临界体积,则不会发生链式反应.裂变反应中产生的中子为快中子,这些快中子不能直接引发新的裂变.如果铀块的质量大,则其体积大,若超过临界体积则发生链式反应,由此知A、B、D错误,C正确.
【答案】 C
4.(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源,其一种裂变反应式是U+n→Ba+Kr+3n.下列说法正确的有( )
A.上述裂变反应中伴随着中子放出
B铀块体积对链式反应的发生无影响
C.铀核的链式反应可人工控制
D.铀核的半衰期会受到环境温度的影响
【解析】 根据裂变反应的规律和影响半衰期的因素解决问题.裂变反应式中的n为中子,铀块体积大于临界体积,才能发生链式反应,且铀核的链式反应是可控的,选项A、C正确,选项B错误;放射性元素的半衰期不受外界压强、温度的影响,选项D错误.
【答案】 AC
5.下列核反应中,表示核裂变的是( )
A.U―→Th+He
B.U+n―→Ba+Kr+3n
C.C―→N+e
D.Be+He―→C+n
【解析】 题目选项中,U―→Th+He是α衰变,C―→N+e是β衰变,Be+He―→C+n是人工转变,只有C选项是重核裂变,故B正确.
【答案】 B
6.(多选)2020年以前我国将新增投产2 300万千瓦的核电站,核电站与火电站相比较,下列说法正确的是( )
A.核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量
B.就可采储量来说,地球上核燃料资源远大于煤炭
C.在经济效益方面核电与火电不相上下
D.核电站没有任何污染
【解析】 核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量,A项正确;就可采储量所提供的能量来说,远大于煤炭所能提供的能量,而不是采储量,B
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项错;在经济效益方面核电与火电不相上下,C项正确;核电站是有污染的,核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性,要做特殊处理,D项错误.
【答案】 AC
7.下面是铀核裂变反应中的一个:U+n―→Xe+Sr+10n.已知铀235的质量为235.043 9 u,中子的质量为1.008 7 u,锶90的质量为89.907 7 u,氙136的质量为135.907 2 u,则此核反应中质量亏损Δm=________u,释放的核能ΔE=________MeV.
【导学号:64772053】
【解析】 质量亏损Δm=235.0439 u+1.0087 u-135.9072 u-89.9077 u-10×1.0087 u=0.1507 u
由ΔE=Δmc2可求得释放的核能ΔE=0.1507 uc2=0.1507×931.5 MeV=140.3771 MeV.
【答案】 0.1507 140.3771
8.落在日本广岛上的原子弹,相当于2万吨TNT炸药放出的能量.原子弹放出的能量约8.4×1013 J,试问有多少个U原子核进行分裂?该原子弹中含U的质量最小限度为多少千克?(一个U原子核分裂时所产生的能量约为200 MeV)
【解析】 一个U原子核分裂时所产生的能量约为200 MeV=200×106 eV=2.0×108×1.6×10-19 J=3.2×10-11 J.
设共有n个U核发生裂变:n=个≈2.6×1024个,铀的质量m=235×10-3×kg≈1.015 kg.
【答案】 2.6×1024个 1.015 kg
能力提升]
9.(多选)我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组,发电站的核能来源于U的裂变,下列说法正确的是( )
A.U原子核中有92个质子,143个中子
B.U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核,反应方程为U+n―→Xe+Sr+2n
C.U是天然放射性元素,常温下它的半衰期约为45亿年,升高温度半衰期缩短
D.一个U裂变能放出200 MeV的能量,合3.2×10-11 J
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【解析】 由U的质量数和电荷数关系易知A正确;由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知B正确;半衰期不受外界因素干扰,故C错误;因为200 MeV=200×106×1.6×10-19 J=3.2×10-11 J,所以D正确.
【答案】 ABD
10.(多选)人们发现,不同的原子核,其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图421所示的关系.下列关于原子结构和核反应的说法正确的是( )
图421
A.由图可知,原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损,要吸收能量
B.由图可知,原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损,要放出核能
C.由原子核A裂变成原子核B和C时要吸收能量
D.在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度
【解析】 原子核D和E的核子平均质量大,结合成原子核F时存在质量亏损,要释放能量,A错误;原子核A的核子平均质量大,裂变成原子核B和C时质量亏损,要放出核能,B正确、C错误;镉棒可以吸收中子,在反应堆中能控制反应速度,D正确.
【答案】 BD
11.U受中子轰击时会发生裂变,产生Ba和Kr,同时放出200 MeV的能量,现要建设发电能力是50万千瓦的核电站,用铀235作为原子锅炉的燃料,假设核裂变释放的能量全部被用来发电,那么一天需要纯铀235的质量为多少?(阿伏加德罗常数取6.02×1023 mol-1)
【解析】 每天发电的总量
E=24×3.6×103×5×108 J=4.32×1013 J.
要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目n==1.35×1024(个).
则对应的质量
m=·μ=×235×10-3 kg=0.527 kg.
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【答案】 0.572 kg
12.在所有能源中,核能具有能量密度大,地区适应性强的优势,在核电站中,核反应堆释放的核能被转化为电能.核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应,释放出大量核能.
(1)核反应方程式U+n―→Ba+Kr+aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种,n为中子,X为待求粒子,a为X的个数,则X为________,a=________.以mU、mBa、mKr分别表示U、Ba、Kr核的质量,mn、mp分别表示中子、质子的质量,c为光在真空中传播的速度,则在上述核反应过程中放出的核能ΔE是多少?
(2)有一座发电能力为P=1.00×106 kW的核电站,核能转化为电能的效率η=40%,假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应,已知每次核反应过程放出的核能ΔE=2.78×10-11 J,核的质量mU=390×10-27 kg,求每年(1年=3.15×107 s)消耗的92U的质量.
【解析】 (1)由反应方程可知:X为n,a为3,释放的能量为
ΔE=(mU-mBa-mKr-2mn)c2.
(2)因电站发电效率为40%,故电站消耗U的功率为P′== kW=2.5×106 kW,
电站每年消耗235U的能量为W=Pt=2.5×109×3.15×107 J=7.875×1016 J.
每年消耗U的质量为
M=mU= kg=1 105 kg.
【答案】 (1)n 3 (mU-mBa-mKr-2mn)c2
(2)1 105 kg
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