专题一:核化学
【知识储备】
一、放射性衰变
α衰变
核电荷数减少2意味着子核在元素周期表中的位置左移2格, 叫作α衰变的位移定则。
β衰变
β衰变的位移定则是,子核在元素周期表中的位置右移1格。
γ衰变 + γ(高能电子波)
二、 核化学方程式
书写核化学方程式的规则:(a) 方程式两端的质量数之和相等;(b) 方程式两端的原子序数之和相等。
三、放射性碳-14纪年
例、埃及一法老古墓发掘出来的木质遗物样品中, 放射性碳-14的比活度为432 Bq•g-1 [即 s-1•(gC)-1], 而地球上活体植物组织相应的比活度则为756 Bq•g-1,试计算该古墓建造的年代。
衰变反应是: 根据一级反应的速率方程和半衰期公式: lnct( )= -kt + lnc0( ) , t1/2 = 0.693/k 得: k = 0.693/t1/2 = 0.693/5730 a = 1.21×10-4 a-1
t = ln[756 Bq•g-1/432 Bq•g-1]/(1.21×10-4 a-1) = 4630 a即该古墓大约是公元前2625年建造的。 四、核能
1、核裂变 (nuclear fission)是大核分裂为小核的过程. 普通的核武器和核电站都依赖于裂变过程产生的能量。
2、核聚变(nuclear fusion)由两个或多个轻核聚合形成较重核的过程。
五、人工核反应
1919年卢瑟夫实现了第一个核嬗变反应
通式为: 式中X为靶核,a为入射粒子,Y为产物核,b为出射粒子,通常简写为A1X(a,b)A3Y。 【练习】
.最近有人用高能26Mg核轰击 Cm核,发生核合成反应,得到新元素X。研究者将X与氧气一起加热,检出了气态分子XO4,使X成为研究了化学性质的最重元素。已知的X同位素如下表所示,上述核反应得到的核素是其中之一,该核素的衰变性质保证了其化学性质实验获得成功。
质量数 半衰期 衰变方式
263 1s 释放α粒子
264 0.00008s 释放α粒子;或自发裂变
265 0.0018s 释放α粒子;或自发裂变
266 不详 不详
267 0.033s 释放α粒子;或自发裂变
268 不详 不详
269 9.3s 释放α粒子
(1)X的元素符号是 。
(2)用元素符号并在左上角和左下角分别标注其质量数和质子数,写出合成X的核反应方程式(方程式涉及的其他符号请按常规书写)。
.β衰变为核素的一种基本类型,主要是:
n→ P+ e+ v( v代表中微子)
(1)元素 A经三次β衰变成元素B的一种核素,试写出衰变的反应式。
(2)在衰变过程中有一元素能以+4价离子存在于水溶液中,且具有强氧化性,还原产物为+3价离子。其+4价离子的硝酸盐和硝酸铵可按1︰2形成一种复盐,它常作为分析中的一种基准物质,写出该复盐的化学式。
(3)该复盐常用来测定某样品中Fe2+的含量,请写出滴定反应的化学方程式。
.(1)1941年Anderson用中子轰击196Hg和198Hg,实现了把廉价的金属转变为金的梦想,前者形成了稳定的197Au后者形成核发生β衰变后得到199Hg,写出以上3个反应式。
(2)某金属能形成几种氧化物,它在其中一种氧化物中的氧化态为“n”,在另一种氧化物中为“n+5”。后者转化为前者时失36.1%(质量)的氧。确定金属种类及其氧化物。
.2004年2月2日,俄国杜布纳实验室宣布用核反应得到了两种新元素X和Y。X是用高能48Ca撞击 Am靶得到的。经过100微秒,X发生α-衰变,得到Y。然后Y连续发生4次α-衰变,转变为质量数为268的第105号元素Db的同位素。以X和Y的原子序数为新元素的代号(左上角标注该核素的质量数),写出上述合成新元素X和Y的核反应方程式。
.迄今已合成的最重元素是112号,它是用 Zn高能原子轰击 Pb的靶子,使锌核与铅核熔合而得。科学家通过该放射性元素的一系列衰变的产物确定了它的存在,总共只检出一个原子。该原子每次衰变都放出一个高能粒子,最后得到比较稳定的第100号元素镄的含153个中子的同位素。
(1)112号是第几周期第几族元素?(2)它是金属还是非金属?(3)你认为它的最高氧化态至少可以达到多少?
(4)写出合成112元素的反应式(注反应式中的核素要用诸如 H、 Pb等带上下标的符号来表示,112号元素符号未定,可用M表示)。
.放射性同位素 C被考古学家称为“碳钟”。它可以用来断定古生物体死亡至今的年代。此项研究成果获得1960年诺贝尔化学奖。
(1)宇宙射线中高能量中子碰撞空气中的氮原子后,就会形成 C,写出它的核反应方程式。
(2) C很不稳定,容易发生β衰变,其半衰期5730年。写出它发生衰变的方程。
(3) C的生成和衰变通常是平衡的,即空气中、生物活体中 C的含量是不变的。当机体死亡后,机体内的 C含量将会不断减少,若测得一具古生物遗骸中 C含量只有活体中的12.5%,则这具遗骸死亡至今应有多少年?
.放射性同位素氪( )气,经β衰变成铷( ),半衰期为11年,铷最后成固态。有一容积为0.448L的密闭容器,内盛温度为0℃,压强为1atm的纯净的氪气。
(1)此容器内氪气的质量是多少?(2)写出氪( Kr)气的β衰变方程。
(3)将此容器埋入地下22年后取出,加热到100℃,此时容器内气体的压强多大?
(24届)2009年10月合成了第117号元素,从此填满了周期表第七周期所有空格,是元素周期系发展的一个里程碑。117号元素是用249Bk轰击48Ca靶合成的,总共得到6个117号元素的原子,其中1个原子经p次α衰变得到270Db后发生裂变;5个原子则经q次α衰变得到281Rg后发生裂变。用元素周期表上的117号元素符号,写出得到117号元素的核反应方程式(在元素符号的左上角和左下角分别标出质量数和原子序数)。