2022-2023學年粵教版選擇性必修第三冊 5.5 裂變和聚變 作業(yè)

課時評價作業(yè)(十九)裂變和聚變A級基礎鞏固1．重核裂變和輕核聚變是人類利用核能的兩種主要方法，下列有關它們的說法正確的是()A．裂變和聚變的過程都有質(zhì)量虧損B．裂變過程有質(zhì)量虧損，聚變過程質(zhì)量有所增加C．裂變過程質(zhì)量有所增加，聚變過程有質(zhì)量虧損D．裂變和聚變過程中質(zhì)量都有所增加答案：A2．核裂變反應中釋放出的能量來自()A．核子消失轉(zhuǎn)化為能量B．原子中電子與原子核的電勢能減小C．入射的中子消失轉(zhuǎn)化為能量D．原子核的比結合能變大，釋放出能量答案：D3．在核反應堆中，控制鈾235核裂變反應速度的方法是()A．使用濃縮鈾B．改變鈾塊的臨界體積C．通過自動控制裝置，改變鎘棒插入的深度，以控制反應速度D．利用石墨與中子的碰撞來改變中子的速度答案：C4．(多選)一個質(zhì)子和一個中子結合成氘核，同時放出γ光子，以下說法正確的是()A．反應中氘核的質(zhì)量一定小于反應前質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和B．反應前后的質(zhì)量數(shù)不變，因而質(zhì)量不變C．γ光子的能量為Δmc2，Δm為反應中的質(zhì)量虧損，c為光在真空中的速度D．核反應方程是eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(2,1)H＋γ答案：ACD5．(多選)用中子(eq\o\al(1,0)n)轟擊鈾核(eq\o\al(235,92)U)產(chǎn)生裂變反應，會產(chǎn)生鋇核(eq\o\al(144,56)Ba)和氪核(eq\o\al(89,36)Kr)并釋放出中子(eq\o\al(1,0)n)，當達到某些條件時可發(fā)生鏈式反應；一個鈾核(eq\o\al(235,92)U)裂變時釋放的能量約為200MeV(1eV＝1.6×10－19J)．真空中的光速為3×108m/s，下列說法正確的是()A.eq\o\al(235,92)U的裂變方程為eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋2eq\o\al(1,0)nB.eq\o\al(235,92)U的裂變方程為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)nC．一個eq\o\al(235,92)U裂變時，質(zhì)量虧損約為7.1×10－28kgD．一個eq\o\al(235,92)U裂變時，質(zhì)量虧損約為3.6×10－28kgBD解析：eq\o\al(235,92)U的裂變方程為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，故A錯誤，B正確；一個鈾核(eq\o\al(235,92)U)裂變時釋放的能量約為200MeV，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得，質(zhì)量虧損Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(200×106×1.6×10－19,9×1016)kg≈3.6×10－28kg，故C錯誤，D正確．6．(2021·山東濟南長清一中高二下月考)關于核衰變和核反應的類型，下列表述正確的是()A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，是α衰變B.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，是β衰變C.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n是輕核聚變D.eq\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)Kr＋2eq\o\al(0,－1)e，是重核裂變A解析：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,92)Th＋eq\o\al(4,2)He，是α衰變，A正確；eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，是人工轉(zhuǎn)變，B錯誤；eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n，是重核裂變，C錯誤；eq\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)Kr＋2eq\o\al(0,－1)e，是β衰變，D錯誤．B級能力提升7．(2020·深圳中學高三上月考改編)(多選)快中子增殖反應堆是一種新型的核反應堆，運行時一方面消耗裂變?nèi)剂蟚q\o\al(239,94)Pu，一方面又生成eq\o\al(239,94)Pu，真正消耗的是在熱中子反應堆中不能利用的且在天然鈾中占99.3%的eq\o\al(238,92)U.在反應堆中，eq\o\al(238,92)U吸收eq\o\al(239,94)Pu經(jīng)過裂變反應釋放快中子后變成eq\o\al(239,92)U，eq\o\al(239,92)U很不穩(wěn)定，經(jīng)過β衰變后變成eq\o\al(239,94)Pu，則下列說法正確的是()A.eq\o\al(238,92)U與eq\o\al(239,92)U的中子數(shù)相同B.eq\o\al(239,92)U比eq\o\al(239,94)Pu少一個中子C．該核反應堆輸出能量的反應是裂變反應D.eq\o\al(239,92)U衰變成eq\o\al(239,94)Pu時經(jīng)過2次β衰變CD解析：同位素具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)，選項A錯誤；eq\o\al(239,92)U有239－92＝147個中子，eq\o\al(239,94)Pu有239－94＝145個中子，則eq\o\al(239,92)U比eq\o\al(239,94)Pu多2個中子，選項B錯誤；該核反應堆輸出能量的反應是裂變反應，選項C正確；eq\o\al(239,92)U衰變成eq\o\al(239,94)Pu時電荷數(shù)增加2而質(zhì)量數(shù)不變，所以經(jīng)過2次β衰變，選項D正確．8．(多選)根據(jù)新華社報道，由我國自行設計、研制的世界上第一套全超導核聚變實驗裝置，又稱“人造太陽”，已完成了首次工程調(diào)試．下列關于“人造太陽”的說法正確的是()A．“人造太陽”的核反應方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．“人造太陽”的核反應方程是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)nC．“人造太陽”釋放的能量大小計算公式是ΔE＝Δmc2D．“人造太陽”核能大小計算公式是ΔE＝eq\f(1,2)Δmc2AC解析：“人造太陽”的核反應是氘核和氚核進行的核聚變反應，故A正確；質(zhì)量較重的鈾核通過核反應產(chǎn)生中等質(zhì)量的鋇核和氪核，屬于核裂變反應，故B錯誤；核聚變過程中出現(xiàn)質(zhì)量虧損，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，可求出核反應釋放的能量，故C正確，D錯誤．9．(2021·金華義烏高三月考)(多選)2021年4月13日日本政府宣布將向太平洋傾倒125萬余噸福島核電站內(nèi)儲存的核廢水，消息一出舉世嘩然．福島核電站的裂變材料是鈾235，核廢水含有大量的氚以及鋇141、氪92、鍶90、鈷60、碘129等放射性元素．由于含氚的水和普通的水具有相同的化學性質(zhì)，物理性質(zhì)也相近，因而現(xiàn)有的廢水處理技術很難去除，鈾235的半衰期大約為12.5年．針對這一事件，下列同學的觀點正確的是()A．為了保護海洋環(huán)境，日本政府應在12.5年后再排放核廢水B．比較鈾235、鋇141、氪92、鍶90的原子核，鈾235的平均核子質(zhì)量最大C．比較鈾235、鋇141、氪92、鍶90的原子核，鈾235的比結合能最大D．核反應方程eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3X的X是中子BD解析：經(jīng)過一個半衰期還有半數(shù)鈾235未發(fā)生衰變，廢水還是具有放射性的，所以不能排放，A錯誤；比較鈾235、鋇141、氪92、鍶90的原子核，鈾235的平均核子質(zhì)量最大，B正確；比較鈾235、鋇141、氪92、鍶90的原子核，鈾235的比結合能最小，因為核子的平均質(zhì)量越大，比結合能越小，C錯誤；根據(jù)核反應過程中，遵循電荷數(shù)，質(zhì)量數(shù)守恒定律，所以核反應方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，即方程中的X是中子eq\o\al(1,0)n，D正確．10．(2021·河南名校聯(lián)盟高三下月考)太陽內(nèi)部的核聚變可以釋放出大量的能，這些能以電磁輻射的形式向四面八方輻射出去，其總功率達到P0＝3.8×1026W．設太陽上的熱核反應是4個質(zhì)子聚合成1個氦核同時放出2個中微子(質(zhì)量遠小于電子質(zhì)量，穿透能力極強的中性粒子，可用ν表示)和另一種帶電粒子(用eq\o\al(0,1)e表示)，且知每一次這樣的核反應質(zhì)量虧損為5.0×10－29kg，已知真空中的光速c＝3×108m/s，電子的電荷量e＝1.6×10－19C，則每秒鐘太陽產(chǎn)生中微子的個數(shù)約為()A．8×1037個 B．8×1038個C．2×1037個 D．2×1038個D解析：根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，得E0＝Δmc2＝5.0×10－29×(3×108)2J＝4.5×10－12J，每秒太陽發(fā)生的核反應的次數(shù)n＝eq\f(ΔE,E0)＝eq\f(P0Δt,E0)＝eq\f(3.8×1026,4.5×10－12)次＝8.4×1037次，每秒鐘太陽產(chǎn)生中微子的個數(shù)N＝2×n＝2×8.4×1037個≈2×1038個，故D正確．C級拓展創(chuàng)新11.eq\o\al(235,92)U受中子轟擊時會發(fā)生裂變，產(chǎn)生eq\o\al(144,56)Ba和eq\o\al(89,36)Kr，同時放出200MeV的能量．現(xiàn)要建設發(fā)電能力是50萬千瓦的核電站，用鈾235作為核反應堆的燃料，假設核裂變釋放的能量全部用來發(fā)電，那么一天需要的純鈾235的質(zhì)量為多少？(阿伏伽德羅常數(shù)取6.02×1023mol－1，結果保留三位有效數(shù)字)解析：核電站每天的發(fā)電量為E＝Pt＝50×104×103×24×3600J＝4.32×1013J.根據(jù)題意知，核電站一天的發(fā)電量就等于核電站在一天時間內(nèi)鈾235裂變所釋放的總能量，故核電站一天消耗的鈾235的原子數(shù)目為N＝eq\f(F,200×106×1.6×10－19J)＝eq\f(4.32×1013,3.2×10－11)個＝1.35×1024個，則核電站一天需要的純鈾235的質(zhì)量為m＝eq\f(N,NA)·m′＝eq\f(1.35×1024,6.02×1023)×235×10－3kg≈0.527kg.答案：0.527kg12．有一種核聚變反應是由氫的同位素氘(又叫重氫)和氚(又叫超重氫)聚合成氦，并釋放一個中子．若已知氘原子的質(zhì)量為2.0141u，氚原子的質(zhì)量為3.0162u，氦原子的質(zhì)量為4.0026u，中子的質(zhì)量為1.0087u，1u＝1.66×10－27kg.(1)寫出氘和氚聚合的核反應方程；(2)試計算這個核反應釋放出來的能量；(3)若建一座功率為3.0×105kW的核聚變電站，假設聚變所產(chǎn)生的能量有一半轉(zhuǎn)變成電能，每年要消耗氘的質(zhì)量是多少？(一年按3.2×107s計算，光速c＝3.0×108m/s，結果均保留兩位有效數(shù)字)解析：(1)核反應方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,