2019年
第十九章 第六节 核裂变
基础夯实
一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题)
1. 92U吸收一个慢中子后，分裂成 54Xe和38Sr，还放出( C ) A．1个α粒子 C．10个中子
B．3个中子 D．10个质子
235
136
90
解析：设放出的粒子的质量数为x，电荷数为y，核反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒。由题意可知
???235＋1＝136＋90＋x?x＝10? 则? ?92＝54＋38＋y???y＝0
由此判定该核反应放出的一定是中子，且个数是10，C选项正确。
2．中国承诺到2020年碳排放量下降40%～45%。为了实现负责任大国的承诺，我国将新建核电站项目。目前关于核电站获取核能的基本核反应方程可能是( A )
A． 92U＋0n―→38Sr＋ 54Xe＋100n B．11Na―→12Mg＋－1e C． 7N＋2He―→ 8O＋1H D． 92U―→ 90Th＋2He
解析：重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核，A是裂变反应，A正确；B为β衰变，C是发现质子的反应，D是α衰变。
3．1938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γ射线。下列关于这个实验的说法中正确的是( D )
A．这个实验的核反应方程是 92U＋0n―→ 56Ba＋36Kr＋0n
B．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γ射线穿透能力极强
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： 92U＋0n―→ 56Ba＋36Kr＋30n，选项A不正确；铀核裂变过程中产生γ射线，放出能量，发生质量亏损，释放的能量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γ射线，穿透能力极强，是能量极高的光子，选项D正确。
4．在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是( C ) A．使用浓缩铀 B．改变铀块的临界体积
C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以改变参与反应的中子数 D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度
解析：在核反应中，使用的浓缩铀达到临界条件才能发生链式反应；在反应中石墨作为“慢化剂”使快中子
235
1
144
89
1
235
1
144
89
1
238
234
4
14
4
17
1
24
24
0
235
1
90
136
1
2019年
减速为慢中子，使铀核能进一步反应，故它们都不是用来控制核反应速度的方法，A、B、D错误。调节中子数目是控制反应速度的方法，镉棒具有很强的吸收中子的能力，C正确。
5．(重庆一中2015～2016学年高二下学期期中)下列说法正确的是( AC ) A．卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为2He＋ 7N→ 8O＋1H B．铀核裂变的核反应是 92U→ 56Ba＋36Kr＋20n
C．已知质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么，2个质子和2个中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c
D．铀( 92U)经过多次α、β衰变形成稳定的铅( 82Pb)的过程中，有4个中子转变成质子
解析：根据物理学史知选项A正确；铀核裂变必须吸收慢中子，B错误；根据爱因斯坦质能方程，知C正确；
238 92
238
206
2235
141
92
1
4
14
17
1
U→ 82Pb＋82He＋6－1e，有6个中子转变或原子，故D错误。 6．关于原子核反应堆，下列说法正确的是( ABD ) A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能 B．镉棒的作用是控制反应堆的功率 C．石墨的作用是吸收中子
D．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能
解析：铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，A正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制
2064 0
反应速度，即控制反应堆功率，B正确；慢中子最容易引发核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，C错误；水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，控制温度，D正确。
二、非选择题
7．一个铀235核裂变时释放出196MeV的能量，则1kg铀235完全裂变时所放出的能量为多少？它相当于多少吨优质煤完全燃烧时放出的能量。(煤的热值为3.36×10J/kg)
答案：8.03×10J 2.39×10t
解析：根据一个铀235原子核裂变后释放的能量为ΔE＝196MeV。 1kg铀235中含原子核的个数为
13
4
6
m10002324
N＝NA＝×6.02×10≈2.56×10 MU235
则1kg铀235原子核发生裂变时释放的总能量
ΔEN＝NΔE＝2.56×10×196MeV≈5.02×10MeV＝8.03×10J； 令q＝3.36×10J/kg为煤的热值，设m为煤的质量， 则有ΔEN＝qm，
ΔEN8.03×1074所以m＝＝6kg＝2.39×10kg＝2.39×10t。
q3.36×10
能力提升
一、选择题(1～2题为单选题，3、4题为多选题) 1．关于重核的裂变，以下说法正确的是( D )
13
6
24
26
13
2019年
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能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小
D．由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以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放能的原理分析可知，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。其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。在裂变反应中核子数是不会减小的，如 92U裂变为38Sr和 54Xe的核反应，其核反应方程为
235 92
235
90
136
U＋0n―→38Sr＋ 54Xe＋100n，
1901361
其中各粒子质量分别为
mU＝235.0439u，mn＝1.00867u， mSr＝89.9077u，mXe＝135.9072u，
质量亏损为
Δm＝(mU＋mn)－(mSr＋mXe＋10mn)＝0.1510u
可见铀裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的，核子数是不会减少的，因此选项A、B、C均错。重核裂变为中等质量的原子核时，由于核子平均质量小，会发生质量亏损，从而释放出核能。
综上所述，选项D正确。
2．我国秦山核电站第三期工程中有两个60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于 92U的裂变，现有四种说法：
① 92U原子核中有92个质子，143个中子；
② 92U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 92U＋0n→ 54Xe＋38Sr＋20n； ③ 92U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； ④一个 92U裂变能放出200MeV的能量，合3.2×10以个说法中完全正确的是( D ) A．①②③ C．①③④
235235
－11
235235
235
1
139
95
1
235
235
J。
B．②③④ D．①②④
解析：由92U的质量数和电荷数关系易知①正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知②正确；半衰期不受外界因素干扰，故③错误；通过计算知④正确，故答案为D。
3．下面是铀核裂变反应中的一个： 92U＋0n―→ 54Xe＋38Sr＋100n
已知铀235的质量为235.0439u，中子质量为1.0087u，锶90的质量为89.9077 u，氙136的质量为135.9072u，则此核反应中( BD )
A．质量亏损为Δm＝235.0439u＋1.0087u－89.9077 u－135.9072u
B．质量亏损为Δm＝(235.0439＋1.0087－89.9077－135.9072－10×1.0087)u
C．释放的总能量为ΔE＝(235.0439＋1.0087－89.9077－135.9072－10×1.0087)×(3×10)J
82
235
1
136
90
1
2019年
D．释放的总能量为ΔE＝(235.0439＋1.0087－89.9077－135.9072－10×1.0087)×931.5MeV
解析：计算亏损质量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错误，B正确；质量单位为“u”时，可直接用“1u的亏损放出能量931.5MeV”计算总能量，故D正确，当质量单位为“kg”时直接乘以(3.0×10)，总能量单位才是焦耳，故C错误。
4．2011年3月由9.0级地震引发的海啸摧毁了日本福岛第一核电站的冷却系统，导致大量 53I泄露在大气中， 53I是一种放射性物质，会发生β衰变而变成Xe元素。下列说法中正确的是( BC )
A．福岛第一核电站是利用原子核衰变时释放的核能来发电 B． 53I发生β衰变的方程式为 53I→ 54Xe＋－1e C． 53I原子核内有53个质子，78个中子
D．如果将碘131的温度降低到0度以下，可以延缓其衰变速度
解析：核电站是利用核裂变来发电，A错；根据原子核的结构和方程式书写规则可判BC正确；衰变与物质所处的物理、化学状态无关，D错。
二、非选择题
5．(湖北省部分重点中学2015～2016学年高二下学期期中)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，释放出大量的核能。
(1)核反应方程 92U＋0n→ 56Ba＋36Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，则a的值为多少，X表示哪一种核？
(2)有一座核能发电站，发电能力P＝1×10kW，核能转化为电能的效率η＝45%，设反应堆中发生的裂变反应全是(1)中的核反应，已知每次核反应过程中放出的核能ΔE＝2.78×10求每年需要消耗的铀的质量。(结果保留2位有效数字)
答案：(1)3 中子 (2)0.98t
解析：(1)根据质量数和核电荷数守恒可得： X的电荷数为0，质量数为1，X为中子，a＝3。
(2)该核能发电站一年发出的电能为：W1＝Pt＝1×10×365×24×3600J＝3.1536×10J 需要核反应产生的能量为：W＝＝7.008×10J 这么多核能需要燃烧的铀核质量为m＝－11
2.78×10代入数据，解得：m＝980kg＝0.98t
9
16
－11
6
235
1
141
92
131131
131
131
0
131
131
82
J，铀核的质量mU＝3.9×10
－25
kg，
W1η16
WmU
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