核反应方程及核反应类型的判断
高中核物理-核反应：核能、重核裂变
介绍
mu 390.3139 1027 kg mBa 234.0016 1027 kg mKr 152.6047 1027 kg mn 1.6749 1027 kg
计算“质量亏损” Δm =(mu + mn)－(mBa + mKr + 3mn)= 0.3578×10－27kg ΔE = ΔmC2 = 201MeV 1kg铀完全裂变，释放的核能为：
解：
m =6.644929×10 -27kg
m p =1.672648×10 -27kg
me=9.11×10-31kg
将六个方程式相加，得到
4p
2 e +2 +
ΔE= mc2 =(4m p– m 2me )c 2 -
代入数字，经计算得到
ΔE=3.95×10-12 J
链式反应的示意图：
(3)重核裂变的应用
核电站
核心设施：核反应堆 浓缩铀制成的铀棒 石墨、重水或普通水，用于减 减速剂： 小中子的速度 控制棒：镉，用于 吸收中子，控制 核反应的快慢。
原子弹： 不可控的核反应原子弹爆ຫໍສະໝຸດ 时的蘑菇云 “小男孩”（前）和“胖
1.两个中子和两个质子可以结合成一个 氦核, 已知中子的质量是1.008665u, 质子的质量 是1.007276u, 氦核的质量是4.0026u, 求此核反 应的质量亏损和结合能, (1u=1.66×10-27千克, c=3×108米／秒)
解：△m＝0.029282u △E＝ △mc2=931.5 × 0.029282= 27.3MeV
或 △E ＝ △mc2
＝ 0.029282 × 1.66×10-27 × (3×108 )2 ＝ 4.37 ×10－12J＝27.3MeV
2020年高考物理素养提升专题16 原子结构与原子核(解析版)
素养提升微突破16 原子结构与原子核——认知物体的微观结构原子结构与原子核原子结构与原子核是最近两年调整为必考考点，考试中一般以选择题形式出现，难度不高，属于理解记忆为主，但微观结构看不见，需要考生有丰富的想象能力建模能力。
【2019·新课标全国Ⅰ卷】氢原子能级示意图如图所示。
光子能量在1.63 eV~3.10 eV 的光为可见光。
要使处于基态（n =1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为A ．12.09 eVB ．10.20 eVC ．1.89 eVD ．1.5l eV【答案】A【解析】由题意可知，基态（n=1）氢原子被激发后，至少被激发到n=3能级后，跃迁才可能产生能量在1.63eV~3.10eV 的可见光。
故 1.51(13.60)eV 12.09eV E ∆=---=。
故本题选A 。
【素养解读】本题考查波尔原子理论和能级跃迁，意在考查考生的理解能力。
一、原子的核式结构1．电子的发现英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，提出了原子的“枣糕模型”。
2．α粒子散射实验 (1)α粒子散射实验装置(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被“撞了回来”。
【典例1】【2019·江苏卷】100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子．后来，人们用α粒子轰击6028Ni 核也打出了质子：460621228291He+Ni Cu+H X →+；该反应中的X 是 （选填“电子”“正电子”或“中子”）．此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能．目前人类获得核能的主要方式是 （选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”）。
【答案】中子 核裂变【解析】由质量数和电荷数守恒得：X 应为：10n 即为中子，由于衰变是自发的，且周期与外界因素无关，核聚变目前还无法控制，所以目前获得核能的主要方式是核裂变；【素养解读】本题通过原子核的人工转变考查了核反应方程中的质量数守恒、电荷数守恒等规律。
核反应、核能跟化学反应、反应热的区别
｝ Ｈ＋ｆ Ｈ一 ； Ｈｅ ＋ ｎ － － Ｉ １ ７ ． ６ Ｍｅ Ｖ（ 聚变 ） 琵Ｕ一 。 Ｈ＋ Ｈｅ ＋７ （ ａ 衰变 ， 为光 子 ， 代表能量） 提示 ： 衰 变 和原 子 核 的 人 工 转 变 不 同 ． 衰 变 是 元 素 的 原 子
核 自发进 行 的 核 转 变 ， 与 所 处 的 周 围环 境 无 关 ， 人 工 无 法 控 制； 其 核 反 应 方 程式 左 边 只 有 一 个 放 射 性 元 素 的 原 子 核 ． 人 工
压 力等） ． 核反应方程 式反应 前后 用箭 头连 接 ； 参 加 反 应 的 原
子 核须写上质量数 和核的电荷数．
（ ２ ） 参加反应 的物 质不 同． 对 核反 应 ， 参 加 反 应 的 物 质 为
原 子核 ， 与核 外电子无 关 ， 在 反 应 中有 新 元 素 生 成 ． 对 化 学 反 应 ， 参加反应 的物质为 原子 中的 电子 ， 与原 子核 无关 ， 在 反 应
（ ２ ） 化学方程式和反应热 ：
１
中无 新 元 素 生 成 ， 只不过是各种原子相互组合 ． （ ３ ） 反 应 遵 循 的规 律 不 同． 核反 应遵 循 电荷 数 守 恒 和 质 量
数守恒 ； 化学反应遵循 电子数守恒和质量守恒．
（ ４ ） 方 程 式 中 注 明 的 能 量 的 意 义 不 同． 核 反 应 中 的能 量 都
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为
１ ｕ １
×１ ８ ０ ｇ ：０ ． ７ ６ ５ ｇ ．
经过上 面实例的对 比， 可以看出化学反应 和核反应 （ 在 核
文就通过几个 实际例子 的对 比， 一 同 总 结 这 两 部 分 知 识 的 一
核反应
核反应一衰变：α衰变：He Th U 422349023892+→（核内He n 2H 2421011→+） β衰变：e Pa Th 012349123490-+→（核内e H n 011110-+→）γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。
二原子核的人工转变用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程，其核反应方程的一般形式为：xX A Z+y Y A Z+。
式中X A Z是靶核的符号，x 为入射粒子的符号，Y A Z ''是新生核符号，y 是放射出的粒子的符号。
① 卢瑟福发现质子的核反应方程为：H O He N 1117842147+→+ ② 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素的核反应方程为：n P He Al 103015422713+→+ 三．重核的裂变①所谓重核即为质量数很大的原子核．②重核俘获一个中子后分裂为两个或几个中等质量数的原子核的反应过程叫重核的裂变。
在裂变的同时，还会放出几个中子和大量能量． 裂变方程式例举：2351901361920385410U n Sr Xe n +→++ 四 轻核的聚变①所谓轻核是指质量数很小的原子核，如氢核、氘核等．②某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程叫做轻核的聚变，同时放出大量的能量．轻核聚变方程例举 21H ＋11H →42He ＋10n轻核聚变只能发生在超高温（需要几百万度高温）条件下，故轻核聚变也叫做热核反应． 1．有下列4个核反应方程：①2411Na →2412Mg+01-e ②23592U+10n →14156Ba+9236Kr+310n ③199F+42He →2210Ne+11H ④32He+21H →42He+11H 上述核反应依次属于：( D )A ．衰变、人工转变、人工转变、聚变B ．裂变、裂变、聚变、聚变C ．衰变、衰变、聚变、聚变D ．衰变、裂变、人工转变、聚变2(单)太阳能的产生是太阳内部所发生的一系列核反应形成的，其主要的核反应过程可表示为( A )A ．e He H 01421124+→ B ．HO He N 1117842147+→+C ．nSr Xe n U 10903813654102359210++→+ D ．HeTh U 422349023892+→3(单)原子核A ZX 与氘核21H 反应生成一个α粒子和一 个质子。
化学反应中的核反应
化学反应中的核反应核反应是一种在化学反应中发生的重要现象，其与常见的化学反应有所不同。
在核反应中，原子核发生变化，产生新的核素和放射性辐射。
本文将就核反应的基本概念、类型及其应用进行探讨。
一、核反应的基本概念核反应是指原子核之间发生的转化过程，其中包括核裂变和核聚变两种主要类型。
核反应常涉及原子核中的质子（氢核）和中子之间的相互作用。
核反应由于涉及原子核，其能量密度远远高于化学反应。
核反应的基本方程式可表示为：核反应类型可根据入射核和产生的新核所含的粒子种类进行分类。
常见的核反应包括α衰变、β衰变、聚变反应等。
二、核反应的类型1. α衰变α衰变是指某些重核的衰变过程，其中母核放出一个α粒子，变为一个新的核。
α衰变的例子包括铀238衰变为钍234，放出一个α粒子。
2. β衰变β衰变是指在核反应过程中，母核放出一个β粒子，转变为一个新的核。
其中包括β-衰变和β+衰变两种类型。
β-衰变是指中子转变为质子，放出一个电子和一个反中子，新核具有更多的质子和少于一个中子。
β+衰变则是指质子转变为中子，放出一个正电子和一个正中子，新核具有更少的质子和一个额外的中子。
3. 聚变反应聚变反应是核反应中的一种，通常需要高温和高能量条件。
聚变反应发生时，两个轻核聚变成一个较重的核，并释放出巨大的能量。
聚变反应在太阳和恒星中常见，是太阳能等清洁能源的重要来源。
三、核反应的应用核反应具有广泛的应用，以下列举几个重要的应用领域：1. 核能发电核能发电是利用核反应中释放的能量，通过核反应堆产生蒸汽驱动涡轮，进而发电。
核能发电具有高效可靠、低碳环保的特点，被广泛应用于全球的电力供应。
2. 放射性标记放射性同位素通过核反应进行标记，在医学诊断和生物学研究中起到关键作用。
例如，使用放射性同位素碘-131进行甲状腺扫描，可以有效检测甲状腺功能异常。
3. 放射治疗核反应产生的放射线具有很强的穿透力，可用于治疗某些疾病，如肿瘤。
通过控制放射线的能量和剂量，可以精确照射肿瘤，杀灭癌细胞。
核反应方程
核反应方程核反应方程是描述核反应过程的化学方程式。
核反应是指核内的原子核发生变化的化学反应，通常包括核聚变和核裂变两种类型。
核反应是放射性衰变、核能发电和核武器爆炸等重要现象的基础。
核反应的基本概念核反应的主要特点是涉及到原子核的变化。
在核反应中，原子核可以发生不同的转化过程，这些转化过程是由所涉及的核粒子之间的相互作用引起的。
核反应产生的变化通常包括粒子的发射、核素的转化以及释放的能量等。
核反应可以分为核聚变和核裂变两种类型。
1.核聚变：核聚变是指两个或更多轻质原子核结合成一个更重的原子核的过程。
在核聚变中，质量数相对较小的原子核结合形成质量数较大的原子核，同时释放大量能量。
核聚变是太阳和恒星内部的能量源，也是氢弹爆炸的基础原理。
2.核裂变：核裂变是指质量较重的原子核在吸收中子后发生裂变的过程。
在核裂变中，原子核分裂成两个或更多质量较小的原子核，同时释放大量能量。
核裂变是核能发电和原子弹爆炸等重要应用的基础。
核反应方程的表示方法核反应方程用来描述核反应过程中原子核的变化。
它由反应物、产物和反应条件等组成。
核反应方程的一般形式如下：反应物 + 反应物→ 产物 + 产物在核反应方程中，反应物和产物都是由元素符号和相应的质量数表示的。
核反应方程中的元素符号用化学元素的缩写表示，质量数以上标形式书写。
核反应方程还需要满足以下几个基本的守恒法则：1.质量守恒：核反应方程中质量的总和在反应前后保持不变。
2.电荷守恒：核反应方程中电荷数目的总和在反应前后保持不变。
3.动量守恒：核反应方程中动量的总和在反应前后保持不变。
4.能量守恒：核反应方程中能量的总和在反应前后保持不变。
核反应方程的例子下面是几个常见核反应方程的例子：1.氘核聚变反应方程：D + D → He + H在这个反应中，氘核（质子数为1，中子数为1）与氘核发生聚变，形成氦核（质子数为2，中子数为2）和氢核（质子数为1，中子数为0），同时释放大量能量。
2021_2022学年新教材高中物理第五章原子核4_5核裂变与核聚变“基本”粒子课件新人教版选择性必
解析：A 错，B 对：29325U 的裂变方程为29325U＋10n→15464Ba＋8396Kr ＋310n.
C 错，D 对：一个铀核29325U裂变时，释放的能量约为 200 MeV，根据质能方程得质量亏损 Δm＝ΔcE2 ＝200×1036××110.86×2 10－19
kg≈3.6×10－28kg.
(2)由爱因斯坦质能方程，得 ΔE＝Δmc2＝0.193 3×931.5 MeV≈180.06 MeV 【答案】 (1)0.193 3 (2)180.06 MeV
变式训练 1 秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理
的第一座 30 万千瓦压水堆核电站．在一次核反应中一个中子轰 击29325U 变成15346Xe、9308Sr 和若干个中子，已知29325U、15346Xe、9308Sr 的 比结合能分别为 7.6 MeV、8.4 MeV、8.7 MeV，则( )
答案：BD
◆裂变的理解要点 (1)核裂变的特点 ①重核裂变是中子轰击质量较大的原子核，使之分裂成中等 质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多中子的过程． ②重核裂变需要在人工控制的核反应中进行，自然界不会自 发产生，这也是与核衰变的区别之一． ③裂变情形的多样性 用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的， 其中两种典型的反应是 29325U＋10n→15464Ba＋8396Kr＋310n 29325U＋10n→15349Xe＋9358Sr＋210n
1.6×107K，在此高温下，氢核聚变成氮核的反应不停地进行着， 太阳能就来自于太阳内部__核__聚__变____释放的核能．
2．受控热核反应 (1)聚变的优点：第一：轻核聚变产能效率高．第二：地球 上核聚变燃料的储量丰富．第三：轻核聚变更为安全、清洁．
高中物理教科版选修3-5教学案：第三章 章末盘点 Word版含答案
专题三
半衰期的计组成的放射性样品中，放射性元素的原子核有一半发生衰变所需的时间。
2、计算公式
N′＝N0( )n或m′＝m0( )n，其中n＝t/T。(式中N′、m′为衰变后剩余的原子数量和质量，N0、m0为衰变前原子数量和质量，n为半衰期个数，t是所用时间)。
(4)在写核反应方程时，应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置上；然后根据质量数守恒和电荷数守恒规律计算出未知核(或未知粒子)的电荷数和质量数；最后根据未知核(或未知粒子)的电荷数确定它们是哪种元素(或哪种粒子)，并在核反应方程一般形式中的适当位置填写上它们的符号。
[例1]关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有()
详细解析:选ACE密立根通过油滴实验测出了元电荷即基本电荷的数值，A项正确；贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核具有复杂的结构，卢瑟福通过α粒子散射实验确定了原子的核式结构模型，B项错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素，C项正确；卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮的原子核，从中找出了新的粒子，通过测定其质量和电荷，确定该粒子为氢的原子核，证实了原子核内部存在质子，D项错误；汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况确定了阴极射线的本质是带电的粒子流，并测出了这种粒子的比荷，E项正确。
5、太阳能是由于太阳内部高温高压条件下的聚变反应产生的，下列核反应属于聚变反应的是()
图1
A. H＋ H―→ He＋ n
B. 7N＋ He―→ 8O＋ H
C. 92U＋ n―→ 54Xe＋ Sr＋10 n
D. 92U―→ 90Th＋ He
详细解析:选AA是聚变反应，B是人工转变的核反应，C是裂变反应，D是α衰变反应，故选项A是正确的。
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放出三个中子是核裂变反应，A、C 正确．
答案 AC
解析显隐
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3.规律方法
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规律方法 对书写核反应方程式的理解
(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向 箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接． (2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个 守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程． (3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应 前后的总质量一般会发生变化． (4)核反应遵循电荷数守恒．
31H＋21H―→42He＋10n＋17.6 MeV
使核发生聚变需要几百万度以上的高温，因此聚变又叫热__核__反__应__.
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2．核反应的四种类型 类 型 可控性
衰 α 衰变 自发 变 β 衰变 自发
核反应方程典例 29328U→29304Th＋42He 29304Th→29314Pa＋－01e
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【典例 2】 (2012·广东卷，18)能源是社会发展的基础，发展核
能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程，表
述正确的有( )．
A.31H＋21H→42He＋10n 是核聚变反应 B.31H＋21H→42He＋10n 是 β 衰变 C. 29325U＋10n→15464Ba＋8396Kr＋310n 是核裂变反应 D.29325U＋10n→15440Xe＋9348Sr＋210n 是 α 衰变
核反应有以下类型: α衰变；β衰变；轻核聚变； 重核裂变；原子核的人工 核转变
D.42He＋2173A1―→1350P＋10n 是原子核的人工转变方程
解析 核反应类型分四种，方程特点各有不同，衰变方程的左
边只有一个原子核，右边出现α或β粒子．聚变方程的左边是两
个轻核反应，右边是中等原子核．裂变方程的左边是重核与中
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【真题】(2014·上海卷，2)核反应方程94Be＋42He→126C＋X 中的 X 表示( ) A．质子 B．电子 C．光子 D．中子
解析 设X的质子数为m，质量数为n。则有4＋2＝m＋6，9＋4
＝12＋n，所以m＝0，n＝1，即X为中子，故A、B、C错误，
D正确。
29325U＋10n―→15464Ba＋8396Kr＋310n. 由重核裂变产生的中子使裂变反应能持续地进行的过程称为链式 反应，发生链式反应的条件是：裂变物质的体积__大__于__等__于__临界 体积． 裂变的应用：原子弹、核反应堆． (2)轻核聚变：聚变是两个轻核结合成__质__量__较__大__的核的反应过 程．如：
＋1－2＝234，质子数应为 92，A 项中的质量数为 140＋93＝233，
B 项中质量数是 141＋92＝233，C 项中质量数为 141＋93＝234，
质子数为 56＋38＝94，D 项中质量数为 140＋94＝234，质子数为
54＋38＝92，综上可知，答案为 D.
答案 D
解析显隐
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【跟踪训练】下列说法正确的是( )．
提示
A.175N＋11H―→162C＋42He 是 α 衰变方程 B.11H＋21H―→32He＋γ 是核聚变反应方程 C.29328U―→29304Th＋42He 是核裂变反应方程
的原子核发生了如下的裂变反应；23952U＋10n―→a＋b＋210n 则
a＋b 可能是( A.14504Xe＋9336Kr C.14516Ba＋9338Sr
). B.14516Ba＋9336Kr D.15440Xe＋9348Sr
利用核反应中原子核 的质量数守恒和核电 荷数守恒判定.
解析 根据核反应中的质量数守恒可知，a＋b 的质量数应为 235
控制 很难控制
29325U＋10n―→15464Ba＋3869Kr＋310n 29325U＋10n―→15346Xe＋9308Sr＋1010n
21H＋31H―→42He＋10n
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知 识 卡 片
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核反应方程的书写方法
(1)熟记常见基本粒子的符号是正确书写核反应方程的基 础．如质子(11H)、中子(10n)、α 粒子(42He)、β 粒子(0-1e)、正电 子(01e)、氘核(21H)、氚核(31H)等．
A．①是裂变，②是 β 衰变，③是聚变
B．①是聚变，②是裂变，③是 β 衰变
C．①是 β 衰变，②是裂变，③是聚变
D．①是 β 裂变，②是聚变，③是裂变
(2)现有四个核反应：
A.21H＋31H―→42He＋10n B.29325U＋10n―→X＋3869Kr＋310n
C.1214Na―→2142Mg＋－01e
答案 D
解析显隐
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子反应，右边是中等原子核．人工核转变方程的左边是氦核与
常见元素的原子核反应，右边也是常见元素的原子核，由此可
知B、D两选项正确．
答案 BD
解析显隐
第13页
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【跟踪训练】 (1)现有三个核反应方程：
①2114Na―→2142Mg＋－01e ②29325U＋10n―→15461Ba＋9326Kr＋310n ③21H＋31H―→42He＋10n 下列说法正确的是( )．
注意这几种 核反应类型 的区别！
解析 β 衰变时释放出电子( 0-1e)，α 衰变时释放出氦原子核(42He)， 可知选项 B、D 错误；选项 A 中一个氚核和一个氘核结合成一个
氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应；选项 C 中一个 U 235
原子核吸收一个中子，生成一个 Ba 原子核和一个 Kr 原子核并释
(2)掌握核反应方程遵守的规律：质量数守恒和电荷数守 恒的规律．
(3)熟悉核反应的四种基本类型:衰变、人工转变、裂变和 聚变．可以帮助我们理清思路,很快写出正确的核反应方程.
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2. 典例剖析
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【典例 1】 (2013·重庆理综，2)铀是常用的一种核燃料,若它
选修3-5 动量守恒 波粒二相性 原子结构与原子核
考点强化：
核反应方程及核反应类型 的判断
1.考点精讲 2.典例剖析 3.规律方法 4.跟踪训练 5.真题演练
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1.考点精讲
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1．裂变反应和聚变反应 (1)重核裂变：是重核分裂成中等质量的核的反应过程．如：
人工 转变
174N＋42He→187O＋11H(卢瑟福发现质子) 42He＋94Be→162C＋10n(查德威克发现中子) 人工控制 2173Al＋42He―→3105P＋10n，3105P―→1340Si＋＋01e 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时
发现正电子
重核裂变 轻核聚变
比较容易 进行人工
D.42He＋94Be―→162C＋10n
①___D_____是发现中子的核反应方程，___B_____是研究原子弹的
基本核反应方程，___A_____是研究氢弹的基本核反应方程．
②求 B 中 X 的质量数和中子数．（144 ； 88）
转解析
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5.真题演练
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