1、第5节核_裂_变一、核裂变1定义重核分裂为几个中等质量原子核的过程。2裂变常见的方程UnBaKr3n特别提醒同一重核发生裂变时，产生的中等核可能不同。二、链式反应1链式反应一个反应过程的产物能够再次引起这种反应，从而使反应一旦开始就能自动延续下去，这种反应过程就称为链式反应。2临界体积能够发生链式反应的裂变物质的最小体积。三、核电站1核电站利用核能发电，它的核心设施是核反应堆，它主要由以下几部分组成：燃料、慢化剂、控制棒。2工作原理核燃料裂变释放能量，使反应区温度升高。3能量输出利用水或液态的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。4注重核污染的防护1判断：(1)
2、铀核的裂变是一种天然放射现象。()(2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去。()(3)铀核裂变时会吸收大量的能量。()(4)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变。()(5)核能发电对环境的污染比火力发电要小。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)2思考：核反应堆中的控制棒是由什么制成的？控制棒起什么作用？提示：控制棒由镉棒制成，镉吸收中子的能力很强，在铀棒之间插进一些镉棒，可以控制链式反应的速度。对重核裂变和链式反应的分析1.铀核的裂变和裂变方程(1)核子受激发：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。(2)核子分裂：核
3、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2或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能。(3)常见的裂变方程：UnXeSr2nUnBaKr3n2链式反应的条件(1)铀块的体积大于临界体积。(2)铀块的质量大于临界质量。以上两个条件满足一个即可。3裂变反应的能量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200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t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。4铀的同位素中铀235最易
4、发生链式反应在天然铀中，主要有两种同位素，99.3%的是铀238，0.7%的是铀235，中子能引起这两种铀核发生裂变，但它们和中子发生作用的情况不同。(1)铀235：俘获各种能量的中子都会发生裂变，且俘获低能量的中子发生裂变的概率大。(2)铀238：只有俘获能量大于1 MeV的中子才能发生裂变，且裂变的几率小。能量低于1 MeV的中子只与铀核发生弹性碰撞，不引起裂变。因此，为了使链式反应容易发生，最好利用纯铀235。1链式反应中，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是()A质子B中子C粒子 D粒子解析：选B重核裂变链式反应发生依靠中子不断地轰击原子核使得裂变不断进行下去，故选项B正确。
5、裂变反应堆原子核的链式反应可以在人工控制下进行，使核能较平缓地释放出来，这样释放的核能就可以为人类的和平建设服务。裂变反应堆的结构和工作原理如下表所示：组成部分材料作用裂变材料(核燃料)浓缩铀(U)提供核燃料慢化剂(减速剂)石墨、重水或普通水使裂变产生的快中子减速控制棒镉吸收减速后的中子，控制反应速度反射层石墨阻止中子逃逸热交换器水产生高温蒸气，推动汽轮发电机发电防护层金属套和钢筋混凝土防止射线对人体及其他生物体的侵害2.如图是慢中子反应堆的示意图，对该反应堆的下列说法中正确的是()A铀235容易吸收快中子后发生裂变反应B快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘
6、获而引起裂变反应C控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些D要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些解析：选B快中子容易与铀235擦肩而过，快中子跟减速剂(慢化剂)的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应，选项B正确，A错误；控制棒由镉做成，镉吸收中子的能力很强，当反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，选项C、D都错误。重核的裂变例1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
7、核能来源于U的裂变，现有4种说法：U原子核中有92个质子，有143个中子U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程式为：UnXeSr2nU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，半衰期缩短一个U裂变能放出200 MeV的能量，合3.21011 J以上说法中正确的是()ABC D解析由U的质量数和电荷数关系易知正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知正确；半衰期不受外界因素干扰，故错误；通过计算知正确，故正确选项为D。答案D裂变核能的计算例2利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电，这就是核电站。核电站消耗的“燃料”很少，但功率却很大，目前，核能发
8、电技术已经成熟，我国已经具备了发展核电的基本条件。(1)核反应堆中的“燃料”是U，完成下面的核反应方程式，UnXeSr10n。(2)一座100万千瓦的核电站，每年需要多少浓缩铀？已知铀核的质量为235.043 9 u，氙核质量为135.907 2 u，锶核质量为89.907 7 u。1 u1.661027 kg，中子的质量为1.008 7 u，浓缩铀中铀235的含量占2%。(保留两位有效数字，NA6.021023 mol1)解析(1)UnXeSr10n。(2)核电站每年放出的热量QPt1.01093.610324365 J3.151016 J一个U裂变放出的热量Emc2(235.043 989
9、.907 7135.907 291.008 7)1.661027(3108)2 J2.251011 J需要浓缩铀的质量mmU0.235 kg2.7104 kg。答案(1)UnXeSr10n(2)2.7104 kg(1)裂变反应方程满足电荷数和质量数守恒。(2)核电站向外输送的能量是一个个核反应释放核能的累加的结果，核反应次数n是以核能全部转化为电能为前提的。1下列说法正确的是()A粒子大角度散射表明粒子很难进入原子内部B氢原子跃迁发出的光从空气射入水时可能发生全反射C裂变反应有质量亏损，质量数不守恒D射线是一种波长很短的电磁波解析：选D粒子大角度散射现象说明原子中原子核很小，原子内部十分“空旷
10、”，A错误；发生全反射的条件之一是光由光密介质向光疏介质中传播，故光从空气射入水中，不可能发生全反射，B错误；所有的核反应都遵循电荷数与质量数守恒，反应过程中，质量有亏损，C错误；射线是一种电磁波，且频率很高，波长很短，D正确。2关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是()A镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度B用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量C利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量D镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度解析：选C镉棒并不能释放中子，也不能使中子减速，对铀核裂变也没有阻碍作用，而是利用其对中子吸
11、收能力强的特点，控制中子数量的多少而控制核反应速度，故C正确。3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.UnSrXe10nB.NaMgeC.NHeOHD.UThHe解析：选A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为衰变，C是发现质子的反应，D是衰变。4. U吸收一个慢中子后，分裂成Xe和Sr，同时还放出()A一个粒子 B一个氘核C三个中子 D两个中子解析：选C该裂变反应的方程为UnXeSr3n，放出的粒子只能是3个中子，故C正确。5关于重核的裂
12、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，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，所以核子数要减少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：选D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，碰不到原子核，则链式反应不会发生。在裂变反应中由电荷数与质量数守恒得核子数是不
13、会减少的，要发生质量亏损，放出核能，因此选项A、B、C均错，D正确。6多选关于铀核裂变，下述说法中正确的是()A铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核B铀核裂变时还能同时释放23个中子C为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯铀235D铀块的体积对产生链式反应无影响解析：选BC铀核受到中子的轰击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性，但裂变成两块的情况多，也有的分裂成多块，并放出几个中子，铀235受中子的轰击时，裂变的概率大，而铀238只有俘获能量在1 MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率小。而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积。故上述选项B、C正确。7
14、一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程式为UnXSr2n，则下列叙述正确的是()AX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Emc2，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解析：选A根据电荷数守恒、质量数守恒可知，X原子核质量数为140，电荷数为54，其中子数为1405486，核子数为140，故A正确，B错误；裂变过程中释放核能，反应前后总质量不同，但质量数守恒，故C、D均错误。81个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196 MeV的能量，则1 g纯铀235完全发生核反应放出的能量为
15、(NA为阿伏加德罗常数)()ANA196 MeV B235NA196 MeVC235196 MeV D.196 MeV解析：选D由于1 mol的铀核质量为235 g,1 g铀235的物质的量为 mol，因此1 g铀235释放的能量E196 MeV，故D正确。9多选2016年8月12日，海南昌江核电项目一期工程全面建成投产。核电站与火电站相比较，其优势有()A核燃料释放出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，地球上核燃料所能提供的能量远多于煤炭所能提供的能量C核电站造成的污染远小于相等发电能力的火电站D核电站比火电站更容易建造解析：选ABC核电站与火电站相比，相等质量的核燃料放出的
16、能量比煤放出的能量要大很多，地球上可采核燃料所能提供的能量远多于煤炭所能提供的能量，只要措施得当，核电站造成的污染很小，A、B、C正确；核电站的建造难度较大，D错误。10曾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8.41013 J，试问有多少个U原子核进行分裂？该原子弹中含铀U的质量最小限度为多少千克？(一个铀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 MeV200106 eV2.01081.61019 J3.21011 J。设共有n个U核发生裂变：n个2.61024个，铀的质量m235103 kg1.015
17、 kg。答案：2.61024个1.015 kg11若U俘获一个中子裂变成Sr及Xe两种新核，且三种原子核的质量分别为235.043 9 u、89.907 7 u和135.907 2 u，中子质量为1.008 7 u(1 u1.660 61027 kg,1uc2相当于931.50 MeV)(1)写出铀核裂变的核反应方程；(2)求9.2 kg纯铀235完全裂变所释放的能量是多少？(取两位有效数字)解析：(1)UnSrXe10n。(2)因为一个铀核裂变的质量亏损m(235.043 9 u1.008 7 u)(89.907 7 u135.907 2 u101.008 7 u)0.150 7 u，故9.2 kg的铀裂变后总的质量亏损为M6.0210230.150 79.2103/235 u3.551024 u，所以EMc23.551024931.50 MeV3.31027 MeV。答案：(1)UnSrXe10n(2)3.31027 MeV
