1、6 核裂变考试要求知识内容 核裂变c课时要求1.知道裂变的概念，知道重核裂变能够释放核能.2.知道链式反应及其条件，知道临界体积的概念.3.了解裂变反应堆的基本结构和工作原理.一、核裂变及链式反应导学探究 如图 1 为铀核裂变示意图图 1(1)铀核裂变是如何发生的？试写出一种铀核裂变的核反应方程(2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗？答案 (1)当中子进入铀 235 后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变反应一代接一代
2、继续下去，形成链式反应U n Ba Kr3 n23592 10 14456 8936 10(2)铀块体积应大于或等于临界体积才能发生链式反应知识梳理1核裂变重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程2铀核裂变用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是 U23592n Ba Kr3 n.10 14456 8936 103链式反应当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应4链式反应的条件(1)铀块的体积大于或等于临界体积或铀块的质量大于或等于临界质量(2)有足够数量的慢中子二、核电
3、站核反应堆的结构认识1核电站是利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它主要由以下几部分组成：(1)燃料：铀棒(2)慢化剂：铀 235 容易捕获慢中子发生反应，采用石墨、重水或普通水作慢化剂(3)控制棒：采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉吸收中子 的能力很强的特性，控制链式反应的速度2工作原理核燃料裂变释放能量，使反应区温度升高3核污染的处理在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下即学即用 判断下列说法的正误(1)铀核的裂变是一种天然放射现象( )(2)铀块的质量大于或等于临界质量时链式反应才能不停地进行下去( )(3
4、)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变( )(4)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度( )(5)铀核裂变的产物是钡和氪，且固定不变，同时放出三个中子( )(6)核反应堆用过的核废料无毒无害( )一、重核裂变与其释放核能的计算1常见的裂变方程(1) U n Xe Sr2 n23592 10 13954 9538 10(2) U n Ba Kr3 n23592 10 14456 8936 102链式反应发生的条件(1)铀块的体积大于或等于临界体积体积超过临界体积时，保证中子能够碰到铀核(2)有足够浓度的铀 235.(3)有足够数量的慢中子3铀的同位素中铀 235 比铀 238 更容易发生链式反
5、应4裂变释放的核能及计算(1)铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量一个铀 235 核裂变时释放的能量如果按 200MeV 估算， 1kg 铀 235 全部裂变放出的能量相当于 2800t 标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温(2)在计算释放的核能时：质量单位为“u”时，可直接用 “1u 的质量亏损放出能量931.5MeV”计算总能量；当质量单位为“kg”时直接乘以 (3.0108)2，总能量单位才是焦耳例 1 核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电， U 是核电站常用的核燃23592料. U 受一个中子轰击后裂变成 Ba 和 Kr 两部分，并产生_个
6、中子要使链23592 14456 8936式反应发生，裂变物质的体积要_( 选填“大于”或“小于”) 它的临界体积答案 3 大于解析 由质量数和电荷数守恒可知： U n Ba Kr3 n，可见产生了 3 个中子，23592 10 14456 8936 10链式反应的一个条件是裂变物质的体积必须大于或等于它的临界体积例 2 关于重核的裂变，下列说法正确的是 ( )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，一定发生链式反应C重核裂变释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少D重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能答案 D解析 核裂变释放的能量来源于裂变
7、过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A 错误，D 正确；发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于或等于临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，B 错误；重核裂变时，核子数守恒， C 错误例 3 用中子轰击铀核( U)，其中的一个可能反应是分裂成钡( Ba)和氪( Kr)两部分，23592 14156 9236放出 3 个中子各个核和中子的质量如下：mU390.313910 27 kg，m n1.674910 27 kg；mBa 234.00161027 kg，m Kr152.604710 27 kg.试写出核反应方程
8、，求出反应中释放的核能答案 n U Ba Kr3 n 3.220210 11 J10 23592 14156 9236 10解析 铀核裂变方程为 n U Ba Kr3 n，10 23592 14156 9236 10则核反应前后的质量亏损为mm Um nm Bam Kr3m n3.57810 28 kg，由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为 Emc 23.57810 28 (3108)2J3.220210 11 J.二、核电站1核电站的主要组成：核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃料是铀 235，它的主要部件列表如下：部件名称项目 慢化剂 控制棒 热循环介质 保护层采用的材料石墨、重水或普
9、通水(也叫轻水)镉 水或液态的金属钠 很厚的水泥外壳作用降低中子速度，便于铀 235 吸收吸收中子，控制反应速度把反应堆内的热量传输出去屏蔽射线，防止放射性污染2.核电站发电的优点：(1)消耗的核燃料少(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量所提供的能量大(3)对环境的污染要比火力发电小例 4 秦山核电站第三期工程的两个 6105kW 发电机组已实现并网发电，发电站的核能来源于 U 的裂变，下列说法正确的是 ( )23592A反应堆中核反应速度通常是采用调节 U 的体积来控制的23592B. U 的一种可能裂变是 U n Xe Sr2 n23592 23592 10 13954 9538 1
10、0C. U 是天然放射性元素，升高温度后它的半衰期会缩短23592D虽然核电站能提供很大的能量，但它对环境的污染比火电站严重答案 B解析 反应堆中核反应速度由控制棒(镉棒) 吸收中子的多少来控制， A 错； U 裂变有多23592种可能性，这是其中常见的一种，B 对；放射性元素的半衰期由原子核本身决定，与温度、压强等外界条件无关，C 错；核电对环境的污染比火电小，D 错1(核裂变及链式反应)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应为U n Ba Kr3 n，下列说法正确的有( )23592 10 14456 8936 10A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
11、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答案 AC解析 从裂变反应方程式可以看出裂变反应中伴随着中子放出，A 对；铀块体积对链式反应的发生有影响，B 错；铀核的链式反应可人工控制， C 对；铀核的半衰期不会受到环境温度的影响，D 错2(核利用及核污染)日本福岛第一核电站在地震后，数秒内就将控制棒插入核反应堆芯，终止了铀的裂变链式反应但海啸摧毁了机组的冷却系统，因裂变遗留的产物铯、钡等继续衰变不断释放能量，核燃料棒温度不断上升，对周边环境产生了巨大的危害则下列说法正确的是( )A控制棒通过吸收中子来实现对核反应的控制B日本后来向反应堆灌注海水，可以降温，但大量的被污染的海水外泄，
12、对周边环境产生了巨大的危害C核裂变遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀原子质量大D核泄漏中放射性物质对人类是有害的答案 ABD解析 控制棒通过吸收中子来实现对核反应速度的控制，选项 A 正确；日本后来向反应堆灌注海水，大量的被污染的海水外泄，泄漏的放射性物质对周边环境产生了巨大的危害，选项 B、D 正确；因为核反应有能量释放，可知铯、钡等原子的质量比铀原子质量小，故C 错误3(裂变释放核能的计算)(2016浙江 10 月选考16)用中子 ( n)轰击铀核( U)产生裂变反10 23592应，会产生钡核( Ba)和氪核( Kr)并释放出中子( n)，当达到某些条件时可发生链式反14456 8936
13、10应一个铀核( U)裂变时，释放的能量约为 200MeV(1eV1.610 19 J)以下说法正确23592的是( )A. U 的裂变方程为 U Ba Kr2 n23592 23592 14456 8936 10B. U 的裂变方程为 U n Ba Kr3 n23592 23592 10 14456 8936 10C. U 发生链式反应的条件与铀块的体积有关23592D一个 U 裂变时，质量亏损约为 3.61028 kg23592答案 BCD解析 铀核在裂变过程中需要中子的轰击，产生链式反应，所以选项 A 错误，选项 B 正确链式反应在进行过程中，需要铀矿达到临界体积才能维持链式反应持续不断
14、进行下去，所以选项 C 正确根据释放出来的核能，结合质能方程 E mc2 可知，反应过程中，亏损质量为 m kg3.610 28 kg，选项 D 正确2001061.610 19310824(裂变释放核能的计算)裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核 U 为燃料23592的反应堆中，当 U 俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表23592示为U n Xe Sr 3 n23592 10 13954 9438 102350439 1.0087 138.9178 93.9154反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量(以原子质量单位 u 为单位) ，已知 1u 的质量对
15、应的能量为 931.5MeV，此裂变反应释放出的能量约是 _MeV.答案 180解析 此裂变反应的质量亏损为：(235.04391.0087) u(138.917893.915431.0087) u0.1933u，由于 1u 的质量对应的能量为 931.5MeV，则 E931.50.1933MeV 180MeV.一、选择题考点一 重核的裂变及链式反应1链式反应中，重核裂变时放出的可使裂变不断进行下去的粒子是( )A质子 B中子 C 粒子 D 粒子答案 B解析 在重核的裂变中，铀 235 需要吸收一个慢中子后才可以发生裂变，所以重核裂变时放出的可使裂变反应不断进行下去的粒子是中子2铀核裂变时，对
16、于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是( )A铀块的质量是重要因素，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快中子C只有铀 235 的体积不小于它的临界体积，裂变的链式反应才能够发生D能否发生链式反应与铀的质量无关答案 C3当一个重核裂变时，它所产生的两个核( )A含有的质子数比裂变前重核的质子数少B含有的中子数比裂变前重核的中子数少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答案 BD解析 一个重核裂变时，在产生两个核的同时，也放出中子，所以新产生的两个核的中子数比裂变前重核的要少，选项 B 正确；重核裂变的产物是多种多样的，选项
17、D 正确4中国承诺到 2020 年碳排放量比 2005 年下降 40%45%，为了实现负责任大国的承诺，我们将新建核电站项目目前关于核电站获取核能的基本核反应方程可能是( )A. U n Sr Xe10 n23592 10 9038 13654 10B. Na Mg e2411 2412 0 1C. N He O H147 42 178 1D. U Th He23892 23490 42答案 A5在众多的裂变反应中，有一种反应方程为 U n Ba KraX，其中 X 为某23592 10 14156 9236种粒子，a 为 X 的个数，则( )AX 为中子，a2 BX 为中子，a3CX 为质子
18、，a2 DX 为质子，a3答案 B解析 根据核电荷数守恒可知，X 的电荷数为 0，X 必为中子 n，由质量数守恒可知10a3，选项 B 正确考点二 核裂变及核能的计算6一个 U 原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应的裂变方程为23592U nX Sr2 n，则下列叙述正确的是( )23592 10 9438 10AX 原子核中含有 86 个中子BX 原子核中含有 141 个核子C因为裂变时释放能量，根据 Emc 2，所以裂变后的总质量数增加D因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少答案 A解析 X 原子核中的核子数为 (2351)(94 2)140 个， B 错误；中子
19、数为140(9238)86 个，A 正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，C、D 错误71938 年哈恩用中子轰击铀核，发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些 射线下列关于这个实验的说法中正确的是( )A这个实验的核反应方程是 U n Ba Kr n23592 10 14456 8936 10B这是一个核裂变过程，反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和C这个反应中释放出的能量不可以用爱因斯坦的质能方程来计算D实验中产生的 射线穿透能力极强答案 D解析 根据质量数守恒、电荷数守恒，铀核裂变的核反应方程应为： U n Ba23592 10 14456Kr 3
20、n，选项 A 不正确；铀核裂变过程中产生 射线，放出能量，发生质量亏损，释8936 10放的能量可根据爱因斯坦的质能方程计算，选项 B、C 不正确；核反应中产生的 射线，穿透能力极强，是能量极高的光子，选项 D 正确8一个铀 235 吸收一个中子发生核反应时大约放出 196MeV 的能量，则 1g 纯 U 完全23592发生核反应时放出的能量为(N A 为阿伏加德罗常数)( )AN A196MeV B235N A196MeVC235196MeV D. 196MeVNA235答案 D解析 由于 1 mol 的铀核质量为 235 g,1 g 铀 235 的摩尔数为 ，因此 1 g 纯 U 完全发1
21、235 23592生核反应时释放的能量 E 196 MeV，故 D 正确NA2359铀核裂变反应中的一个核反应方程为： U n Xe Sr10 n.已知 U 核的23592 10 13654 9038 10 23592质量为 235.0439u，中子的质量为 1.0087u，锶 90 核的质量为 89.9077u，氙 136 核的质量为135.9072u，则此核反应中( )A质量亏损为 m(235.0439 1.008789.9077135.9072)uB质量亏损为 m(235.0439 1.008789.9077135.9072 101.0087)uC释放的总能量为 E(235.04391.
22、008789.9077135.9072 101.0087)(310 8)2JD释放的总能量为 E(235.04391.008789.9077135.9072101.0087)931.5MeV答案 BD解析 计算质量亏损时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用 u 或 kg 作单位，故 A 错，B 对；质量单位为 u 时，可直接用“1 u 的质量亏损放出能量 931.5 MeV”计算总能量，故 D 对；当质量单位为 kg 时，直接乘以(310 8)2，总能量单位才是 J，故 C错10核电站的核能来源于 U 核的裂变，下列说法中正确的是( )23592A反应后的核废料已不具有放射性，不
23、需要进一步处理B. U 的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，如 Xe 和 Sr，反应方程式23592 13954 9538为 U n Xe Sr2 n23592 10 13954 9538 10C. U 原子核中有 92 个质子、143 个中子23592D一个 U 核裂变的质量亏损为 m0.2155u，则释放的核能约 201MeV23592答案 BCD解析 反应后的核废料仍然具有放射性，需要进一步处理，故 A 错误；发生核反应的过程满足电荷数和质量数守恒，可判断 B 正确；92 为 U 元素的质子数，中子数为：23592143，故 C 正确；根据质能方程与质量亏损可知，裂变时释放的能量
24、是Emc 20.2155 931.5MeV201MeV，故 D 正确二、非选择题11(裂变释放核能的计算)现有的核电站常用的核反应之一是： U n NdZr323592 10 14360n8 e10 0 1 (1)核反应方程中的 是反中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数；(2)已知铀核的质量为 235.0439u，中子的质量为 1.0087u，钕 (Nd)核的质量为 142.9098u，锆(Zr)核的质量为 89.9047u，试计算 1kg 铀 235 裂变释放的能量为多少？(1u1.660610 27 kg)答案 (1)40 90 (2)8.1 1013J解析
25、 (1)锆的电荷数 Z92 60840，质量数 A23614690.核反应方程中用符号 Zr 表示904(2)1kg 铀 235 中铀核的个数为n 2.5610 24(个)1235.04391.660610 27不考虑核反应中生成的电子质量，1 个铀 235 核裂变产生的质量亏损为m0.212u，释放的能量为E0.212931.5MeV 197.5MeV则 1kg 铀 235 完全裂变释放的能量为EnE2.5610 24197.5MeV8.110 13J.12(裂变释放核能的计算)(2016路桥中学高二月考)一个中子轰击铀核( U)可裂变生成23592钡( Ba)和氪( Kr)，已知 U、 B
26、a、 Kr 和中子的质量分别是14156 9236 23592 14156 9236235.0439u、140.9139u、91.8973u 和 1.0087u.(1)写出铀核裂变的核反应方程；(2)计算 235g 的 U 裂变时放出的能量 (NA6.0210 23mol1 )(保留两位有效数字)23592答案 (1)见解析 (2)1.2 1026MeV解析 (1)根据质量数和电荷数守恒可得该核反应方程为：U n Ba Kr3 n；23592 10 14156 9236 10(2)反应前后质量亏损为：m(235.043 91.008 7140.913 991.897 331.008 7) u0.215 3 u根据爱因斯坦质能方程 Emc 2 可以求出释放的能量为：Emc 20.215 3931.5 MeV201 MeV235 g 铀 235 的摩尔数为 n 1；235235235 g 铀 235 个数为 N16.02 10236.0210 23 个；因此 235 g 铀 235 完全裂变时释放的能量 ENE 6.0210 23201 MeV1.210 26 MeV.
