放射性元素的衰变分析课件

2放射性元素的衰变主题主题1 1 原子核的衰变原子核的衰变 研读教材研读教材自主认知自主认知1.1.原子核衰变的定义原子核衰变的定义:原子核放出原子核放出_粒子粒子,由于由于_变了变了,它在元素周期表中的位置就变了它在元素周期表中的位置就变了,变成另一种变成另一种_。我们把这种变。我们把这种变化称为化称为_。或或核电荷数核电荷数原子核原子核原子核的衰变原子核的衰变2.2.原子核衰变的种类原子核衰变的种类:(1)(1)衰变衰变:放出放出_的衰变叫作的衰变叫作衰变。衰变。铀铀238238核放出一个核放出一个粒子后粒子后,核的质量数核的质量数_,_,核电荷数核电荷数_,_,变变成新核成新核钍钍234234核。核。衰变方程式衰变方程式:粒子粒子减少减少4 4减少减少2 22384922U_He23490Th(2)(2)衰变衰变:放出放出_的衰变叫作的衰变叫作衰变。钍衰变。钍234234核也具有放射性核也具有放射性,它能放出一个它能放出一个粒子而变成粒子而变成 衰变方程式衰变方程式 3.3.原子核衰变的规律原子核衰变的规律:原子核衰变时原子核衰变时_和和_都守恒。都守恒。粒子粒子23491Pa()镤。234234090911ThPae电荷数电荷数质量数质量数合作探究合作探究核心归纳核心归纳伴随着天然放射现象伴随着天然放射现象,一直发生着衰变。请结合两种衰变的示意图思一直发生着衰变。请结合两种衰变的示意图思考下列问题考下列问题:(1)(1)原子核辐射射线会发生什么变化原子核辐射射线会发生什么变化?提示提示:天然放射性元素的原子核辐射天然放射性元素的原子核辐射或或射线射线,原子核的核电荷数就原子核的核电荷数就发生了变化发生了变化,变成了另一种原子核变成了另一种原子核,也就是原子核发生了衰变。也就是原子核发生了衰变。(2)(2)原子核衰变过程中符合哪些规律原子核衰变过程中符合哪些规律?发生发生衰变时衰变时,原子核的电荷数原子核的电荷数和质量数发生了怎样的变化和质量数发生了怎样的变化?提示提示:原子核的衰变符合质量数守恒和电荷数守恒。原子核的衰变符合质量数守恒和电荷数守恒。粒子的质量数粒子的质量数是是4,4,电荷数是电荷数是2,2,所以发生所以发生衰变的原子核的质量数减少衰变的原子核的质量数减少4,4,电荷数减少电荷数减少2,2,新核在元素周期表中的位置向前提了两位新核在元素周期表中的位置向前提了两位,核反应方程为核反应方程为 AA 44ZZ 22XYHe。(3)(3)发生发生衰变的原子核的电荷数和质量数发生了怎样的变化衰变的原子核的电荷数和质量数发生了怎样的变化?衰变衰变时的核电荷数为什么会增加时的核电荷数为什么会增加?释放的电子从哪里来的释放的电子从哪里来的?提示提示:粒子的质量数是粒子的质量数是0,0,电荷数是电荷数是-1,-1,所以发生所以发生衰变的原子核质量衰变的原子核质量数不变数不变,电荷数增加电荷数增加1,1,新核在元素周期表中的位置向前进一位新核在元素周期表中的位置向前进一位,核反应核反应方程为方程为 原子核内虽然没有电子原子核内虽然没有电子,但核内的质子和中子但核内的质子和中子是可以相互转化的是可以相互转化的,当核内的中子转化为质子时当核内的中子转化为质子时,同时要产生一个电子同时要产生一个电子并从核内释放出来并从核内释放出来,就形成了就形成了衰变衰变,从而新核少了一个中子从而新核少了一个中子,但增加但增加了一个质子了一个质子,核电荷数增加核电荷数增加,并辐射出来一个电子。并辐射出来一个电子。AA0ZZ 11XYe。(4)(4)原子核发生衰变的实质是什么原子核发生衰变的实质是什么?提示提示:衰变的实质是原子核内的衰变的实质是原子核内的2 2个质子和个质子和2 2个中子结合成一个个中子结合成一个粒粒子放射出来子放射出来,衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子放射出来。可见电子放射出来。可见,放射出的放射出的粒子和粒子和粒子是原子核内的质子或粒子是原子核内的质子或中子转化而成的。中子转化而成的。【归纳总结】【归纳总结】1.1.衰变的实质衰变的实质:在放射性元素的原子核中在放射性元素的原子核中,2,2个质子和个质子和2 2个中子结合得个中子结合得比较紧密比较紧密,有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来,这就是放这就是放射性元素发生的射性元素发生的衰变衰变,其反应式为其反应式为 2.2.衰变的实质衰变的实质:原子核里虽然没有电子原子核里虽然没有电子,但是核内的中子可以转化成但是核内的中子可以转化成质子和电子质子和电子,产生的电子从核内发射出来产生的电子从核内发射出来,这就是这就是衰变衰变,其反应式为其反应式为 1141022 H2 nHe。110011nHe。过关小练过关小练即时应用即时应用1.(20151.(2015北京高考北京高考)下列核反应方程中下列核反应方程中,属于属于衰变的是衰变的是()【解析】【解析】选选B B。选项。选项A A是人工核反应是人工核反应,选项选项B B是是衰变衰变,选项选项C C是核聚变是核聚变,选项选项D D是是衰变衰变,选项选项B B正确。正确。2.(20152.(2015宿迁高二检测宿迁高二检测)原子核原子核 经放射性衰变经放射性衰变变为原子核变为原子核 继而经放射性衰变继而经放射性衰变变为原子核变为原子核 再经放射性衰变再经放射性衰变变变为原子核为原子核 放射性衰变放射性衰变、和和依次为依次为()()A A衰变、衰变、衰变和衰变和衰变衰变B B衰变、衰变、衰变和衰变和衰变衰变C C衰变、衰变、衰变和衰变和衰变衰变D D衰变、衰变、衰变和衰变和衰变衰变23892U23490Th，23491Pa，23492U。【解析】【解析】选选A A。，质量数少，质量数少4 4，电荷数少，电荷数少2 2，说明，说明为为衰变。衰变。，质子数加，质子数加1 1，说明，说明为为衰变，中子转化衰变，中子转化成质子。成质子。，质子数加，质子数加1 1，说明，说明为为衰变，中子转化衰变，中子转化成质子，成质子，A A正确。正确。【补偿训练】【补偿训练】1.(1.(多选多选)元素元素X X是放射性元素是放射性元素Y Y的同位素的同位素,X,X与与Y Y分别进行了这样的衰变分别进行了这样的衰变过程过程:则下列叙述中则下列叙述中,正确的是正确的是()A.QA.Q和和S S是同位素是同位素B.XB.X和和R R的原子序数相同的原子序数相同C.XC.X和和R R的质量数相同的质量数相同D.RD.R的质子数多于上述任一元素的质子数的质子数多于上述任一元素的质子数【解析】【解析】选选A A、D D。X X和和Y Y是同位素是同位素,Q,Q和和S S是它们发生了一次是它们发生了一次衰变和一衰变和一次次衰变的产物衰变的产物,它们的质子数相同它们的质子数相同,故为同位素故为同位素,A,A项正确项正确;R;R是是Y Y发生发生一次一次衰变的产物衰变的产物,它的原子序数比它的原子序数比Y Y多多1,1,质量数与质量数与Y Y相同相同,D,D正确正确;X;X与与Y Y的原子序数相同的原子序数相同,质量数不同质量数不同,故故X X与与R R原子序数不同原子序数不同,质量数也不同质量数也不同,B,B、C C错误。错误。2.2.核经一系列的衰变后变为核经一系列的衰变后变为 核核,问问:(1)(1)一共经过几次一共经过几次衰变和几次衰变和几次衰变衰变?(2)(2)相比相比,质子数和中子数各少多少质子数和中子数各少多少?(3)(3)综合写出这一衰变过程的方程。综合写出这一衰变过程的方程。23892U20682Pb2062388292PbU与【解题探究】【解题探究】(1)(1)衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒。衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒。(2)(2)根据每发生一次根据每发生一次衰变原子核的质子数和中子数均减少衰变原子核的质子数和中子数均减少2,2,每发生每发生一次一次衰变原子核的中子数减少衰变原子核的中子数减少1,1,质子数增加质子数增加1 1。【解析】【解析】(1)(1)设设 衰变为衰变为 经过经过x x次次衰变和衰变和y y次次衰变。由质衰变。由质量数守恒和电荷数守恒可得量数守恒和电荷数守恒可得238=206+4x238=206+4x92=82+2x-y92=82+2x-y联立联立解得解得x=8,y=6,x=8,y=6,即一共经过即一共经过8 8次次衰变和衰变和6 6次次衰变。衰变。(2)(2)由于每发生一次由于每发生一次衰变质子数和中子数均减少衰变质子数和中子数均减少2,2,每发生一次每发生一次衰衰变中子数减少变中子数减少1,1,而质子数增加而质子数增加1,1,故故 质子数少质子数少10,10,中子数少中子数少2222。(3)(3)核反应方程为核反应方程为 答案答案:(1)8(1)86 6(2)10(2)102222(3)(3)见解析见解析23892U20682Pb2062388292PbU较23820640928221UPb8 He6 e。【通法悟道】【通法悟道】确定衰变次数的两种方法确定衰变次数的两种方法(1)(1)根据电荷数和质量数守恒求解根据电荷数和质量数守恒求解:设放射性元素设放射性元素 经过经过n n次次衰变衰变和和m m次次衰变后衰变后,变成稳定的新元素变成稳定的新元素 则衰变方程为则衰变方程为 根据电荷数和质量数守恒可列方程根据电荷数和质量数守恒可列方程:A=A+4n,Z=Z+2n-mA=A+4n,Z=Z+2n-m以上两式联立解得以上两式联立解得:AZXAZY,AA40ZZ21XYn Hem eAAAAn,mZZ42(2)(2)根据衰变规律求解根据衰变规律求解:因为因为衰变对质量数无影响衰变对质量数无影响,先由质量数的改先由质量数的改变确定变确定衰变的次数衰变的次数,然后再根据衰变规律确定然后再根据衰变规律确定衰变的次数。衰变的次数。主题主题2 2 半衰期半衰期 研读教材研读教材自主认知自主认知1.1.定义定义:放射性元素的原子核有放射性元素的原子核有_发生衰变所需的时间。发生衰变所需的时间。2.2.决定因素决定因素:放射性元素衰变的快慢是由放射性元素衰变的快慢是由_的因素决定的的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。不同的放射性元素跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。不同的放射性元素,半半衰期衰期_。3.3.应用应用:利用半衰期非常利用半衰期非常_这一特点这一特点,可以测量其衰变程度可以测量其衰变程度,推断推断时间。时间。半数半数核内部自身核内部自身不同不同稳定稳定合作探究合作探究核心归纳核心归纳1.1.半衰期的含义是什么半衰期的含义是什么?它是怎么得到的它是怎么得到的?对于某个或选定的几个原子对于某个或选定的几个原子核什么时候发生衰变能否根据半衰期算出核什么时候发生衰变能否根据半衰期算出?提示提示:(1)(1)半衰期是某种放射性元素的大量的原子核有半数发生衰变所半衰期是某种放射性元素的大量的原子核有半数发生衰变所需要的时间需要的时间,是通过大量统计规律总结得到的。是通过大量统计规律总结得到的。(2)(2)对于某个或几个特定的原子核的衰变时间是不能预测的。对于某个或几个特定的原子核的衰变时间是不能预测的。2.2.半衰期的应用半衰期的应用:半衰期的公式及意义是什么半衰期的公式及意义是什么?如何根据半衰期推算放如何根据半衰期推算放射性元素的剩余质量或根据剩余质量推算衰变的时间射性元素的剩余质量或根据剩余质量推算衰变的时间?提示提示:半衰期的公式为半衰期的公式为N N余余=式中式中N N0 0表示核的个数表示核的个数,此式也可以此式也可以演变成演变成m m余余=式中式中m m0 0表示放射性物质的质量。表示放射性物质的质量。tT01N()2，tT01m()23.3.什么因素能影响放射性元素的半衰期什么因素能影响放射性元素的半衰期?能否通过增大压强或提高温能否通过增大压强或提高温度的方法加快某种放射性元素衰变的速度度的方法加快某种放射性元素衰变的速度?提示提示:(1)(1)放射性元素衰变的快慢由原子核内部因素决定。跟原子所处放射性元素衰变的快慢由原子核内部因素决定。跟原子所处的物理状态的物理状态(如温度、压强如温度、压强)或化学状态或化学状态(如单质、化合物如单质、化合物)无关。无关。(2)(2)不能通过增大压强或提高温度的方法加快某种放射性元素的衰变不能通过增大压强或提高温度的方法加快某种放射性元素的衰变速度速度,也不能通过物理或化学的方法减缓放射性元素的衰变速度。也不能通过物理或化学的方法减缓放射性元素的衰变速度。【归纳总结】【归纳总结】1.1.半衰期半衰期:(1)(1)意义意义:表示放射性元素衰变快慢的物理量。表示放射性元素衰变快慢的物理量。(2)(2)适用条件适用条件:是一个统计规律是一个统计规律,对某几个特定的原子核不符合此规律。对某几个特定的原子核不符合此规律。(3)(3)相关因素相关因素:它是由元素的原子核内部结构决定的它是由元素的原子核内部结构决定的,不受外部物理和不受外部物理和化学环境的影响。化学环境的影响。2.2.半衰期公式半衰期公式:N:N余余=m=m余余=式中式中N N0 0、m m0 0表示衰变前的原表示衰变前的原子数和质量子数和质量,N,N余余、m m余余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量,t,t表表示衰变时间示衰变时间,T,T表示半衰期。表示半衰期。tT01N()2，tT01m()2。过关小练过关小练即时应用即时应用1.1.下列有关半衰期的说法正确的是下列有关半衰期的说法正确的是()A.A.放射性元素的半衰期越短放射性元素的半衰期越短,表明有半数原子核发生衰变所需的时间表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短越短,衰变速度越快衰变速度越快B.B.放射性元素的样品不断衰变放射性元素的样品不断衰变,随着剩下未衰变的原子核的减少随着剩下未衰变的原子核的减少,元素元素半衰期也变长半衰期也变长C.C.把放射性元素放在密封的容器中把放射性元素放在密封的容器中,可以减慢放射性元素的衰变速度可以减慢放射性元素的衰变速度D.D.降低温度或增大压强降低温度或增大压强,让该元素与其他物质形成化合物让该元素与其他物质形成化合物,均可减小衰均可减小衰变速度变速度【解析】【解析】选选A A。放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发。放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需的时间生衰变所需的时间,它反映了放射性元素衰变速度的快慢它反映了放射性元素衰变速度的快慢,半衰期越短半衰期越短,则衰变越快则衰变越快,故故A A正确正确;某种元素的半衰期长短由其本身因素决定某种元素的半衰期长短由其本身因素决定,与它与它所处的物理、化学状态无关所处的物理、化学状态无关,B,B、C C、D D错误。错误。2.(2.(多选多选)(2015)(2015山东高考山东高考)1414C C发生放射性衰变成为发生放射性衰变成为1414N,N,半衰期约半衰期约57005700年。已知植物存活期间年。已知植物存活期间,其体内其体内1414C C与与1212C C的比例不变的比例不变;生命活动结束生命活动结束后后,1414C C的比例持续减少。现通过测量得知的比例持续减少。现通过测量得知,某古木样品中某古木样品中1414C C的比例正的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是()A.A.该古木的年代距今约该古木的年代距今约57005700年年B.B.1212C C、1313C C、1414C C具有相同的中子数具有相同的中子数C.C.1414C C衰变为衰变为1414N N的过程中放出的过程中放出射线射线D.D.增加样品测量环境的压强将加速增加样品测量环境的压强将加速1414C C的衰变的衰变【解析】【解析】选选A A、C C。剩余的碳。剩余的碳1414占占 表明经过了一个半衰期表明经过了一个半衰期,A,A正确正确;碳碳1414、1313、1212的质子数相同的质子数相同,质量数不同质量数不同,中子数不同中子数不同,B,B错误错误;碳碳1414变为变为氮氮14,14,质量数未变质量数未变,放出的是电子流放出的是电子流,即即射线射线,C,C正确正确;半衰期不受外界半衰期不受外界环境影响环境影响,D,D错误。错误。12，【补偿训练】【补偿训练】1.(20141.(2014重庆高考重庆高考)碘碘131131的半衰期约为的半衰期约为8 8天天,若某药物含有质量为若某药物含有质量为m m的的碘碘131,131,经过经过3232天后天后,该药物中碘该药物中碘131131的含量大约还有的含量大约还有()mmmmA.B.C.D.481632【解析】【解析】选选C C。由原子核的衰变公式。由原子核的衰变公式m m余余=m()=m()n n,其中其中 为衰变的次数为衰变的次数,解得解得m m余余=,=,故选故选C C。12t32n4T8，m162.2.1414C C测年法是利用测年法是利用1414C C衰变规律对古生物进行年代测定的方法。若以衰变规律对古生物进行年代测定的方法。若以横坐标横坐标t t表示时间表示时间,纵坐标纵坐标m m表示任意时刻表示任意时刻1414C C的质量的质量,m,m0 0为为t=0t=0时时1414C C的质的质量。下面四幅图中能正确反映量。下面四幅图中能正确反映1414C C衰变规律的是衰变规律的是()【解析】【解析】选选C C。由半衰期公式。由半衰期公式m mt t=m=m0 0 并结合数学知识可知并结合数学知识可知C C答案正答案正确。确。tT12（）