練案[40]第2講　原子結(jié)構(gòu)與原子核一、選擇題(本題共12小題，1～7題為單選，8～12題為多選)1．(2022·湖南卷)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和微觀粒子波粒二象性，下列說法正確的是( C )A．盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型解釋了原子光譜的分立特征B．玻爾的原子理論完全揭示了微觀粒子運動的規(guī)律C．光電效應(yīng)揭示了光的粒子性D．電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣揭示了電子的粒子性[解析]盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型解釋的是α粒子散射實驗現(xiàn)象，A項錯誤；玻爾原子理論只解釋了氫原子光譜分立特征，但無法解釋其他原子如氦的原子光譜，B項錯誤；光電效應(yīng)說明光具有能量，具有粒子性，C項正確；電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣說明電子的波動性，D項錯誤。2．(2021·全國甲卷)如圖，一個原子核X經(jīng)圖中所示的一系列α、β衰變后，生成穩(wěn)定的原子核Y，在此過程中放射出電子的總個數(shù)為( A )A．6  B.8 C.10  D.14[解析]由圖分析可知，核反應(yīng)方程X→Y＋aHe＋be，設(shè)經(jīng)過a次α衰變，b次β衰變。由電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒，可將：92＝82＋2a－b,238＝206＋4a；解得a＝8，b＝6。放出6個電子，故A正確，BCD錯誤。3．(2023·安徽蕪湖一中高三階段練習(xí))如圖為氫原子的能級圖，下列說法正確的是( C )A．當(dāng)氫原子的電子由外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道時，電子動能增加，原子總能量不變B．大量氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向低能級躍遷時放出的所有光子都能使逸出功為2.29 eV的金屬鈉發(fā)生光電效應(yīng)C．若已知可見光的光子能量范圍為1.61～3.10 eV，則處于n＝4激發(fā)態(tài)的大量氫原子，發(fā)射光的譜線在可見光范圍內(nèi)的有2條D．用能量為11.0 eV的光子照射處于基態(tài)的氫原子，可以使氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)[解析]氫原子的電子由外層躍遷到內(nèi)層軌道時，原子總能量減小，A錯誤；從n＝3躍遷到n＝2的光子能量為1.89 eV，不能使金屬鈉發(fā)生光電效應(yīng)，B錯誤；若已知可見光的光子能量范圍為1.61～3.10 eV，處于n＝4激發(fā)態(tài)的大量氫原子躍遷時，從n＝4躍遷到n＝3的光子能量為0.66 eV不是可見光，從n＝4躍遷到n＝2的光子能量為2.55 eV為可見光，從n＝4躍遷到n＝1的光子能量為12.75 eV不是可見光，從n＝3躍遷到n＝2的光子能量為1.89 eV為可見光，從n＝3躍遷到n＝1的光子能量為12.09 eV不是可見光，從n＝2躍遷到n＝1的光子能量為10.2 eV不是可見光，故處于n＝4激發(fā)態(tài)的大量氫原子，發(fā)射光的譜線在可見光范圍內(nèi)的有2條，C正確；用能量為11.0 eV的光子照射處于基態(tài)的氫原子，不能使氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)，D錯誤。4．(2023·西安高三階段檢測)14C斷定年代的原理是，不論處在古代還是現(xiàn)代，活的生物體因不斷從外界吸收14C，使得體內(nèi)14C的數(shù)量與排泄和衰變達到相對平衡，因而活的生物體內(nèi)，每秒鐘因14C的β衰變輻射出的電子數(shù)目N也基本穩(wěn)定，但生物體死亡后，體內(nèi)的14C的數(shù)量會因β衰變而減少，每秒鐘輻射出的電子數(shù)目n也隨著年代的久遠而減少，根據(jù)14C的半衰期τ和測得的N、n的數(shù)值，便可推算出生物體死亡的年代t。以下判斷正確的是( B )A．n＝B．14C發(fā)生β衰變的核反應(yīng)方程為C→e＋NC．測量N和n時，需使被測生物體所處環(huán)境的溫度相同D．測量N和n時，需將生物體內(nèi)處于化合態(tài)的14C分離成單質(zhì)態(tài)的14C[解析]根據(jù)半衰期的定義可得n＝N，故A項錯誤；14C發(fā)生β衰變時，釋放出一個電子，衰變的核反應(yīng)方程為C→e＋N，故B項正確；14C發(fā)生β衰變的半衰期與14C所處的環(huán)境，包括溫度高低、處于單質(zhì)狀態(tài)還是化合狀態(tài)等均無關(guān)，故CD錯誤。5．(2023·哈爾濱高三課時練習(xí))下列核反應(yīng)方程中錯誤的是( C )A．α衰變方程U→Th＋HeB．查德威克發(fā)現(xiàn)中子He＋Be→C＋nC．重核裂變U→Ba＋Kr＋2nD．輕核聚變H＋H→He＋n[解析]該衰變方程中有238＝234＋4,92＝90＋2，電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒，A正確；該人工核反應(yīng)中4＋9＝12＋1,2＋4＝6＋0，電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒，B正確；重核裂變時，需要有中子去撞擊鈾核，即反應(yīng)核中應(yīng)該有中子，C錯誤；輕核聚變方程有2＋3＝4＋1,1＋1＝2＋0，電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒，D正確。6．(2023·河南安陽模擬預(yù)測)盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子的同時，發(fā)現(xiàn)氮原子核變成了氧原子核，產(chǎn)生了氧的一種同位素O。已知質(zhì)子的質(zhì)量為mp，中子的質(zhì)量為mn，O原子核的質(zhì)量為M，真空中的光速為c，則O的比結(jié)合能為( A )A.(8mp＋9mn－M)c2  B.(9mp＋8mn－M)c2C.(M－8mp－17mn)c2  D.(M－8mp－9mn)c2[解析]O核內(nèi)有8個質(zhì)子和9個中子，根據(jù)結(jié)合能的概念結(jié)合質(zhì)能方程可知，O核的結(jié)合能為E＝(8mp＋9mn－M)c2，則O的比結(jié)合能為E′＝＝(8mp＋9mn－M)c2，故選A。7．(2023·湖北恩施市第一中學(xué)模擬預(yù)測)2022年下半年，全國不同地區(qū)都出現(xiàn)了“電荒”。為了緩解“電荒”，利用核能是一個重要的途徑，核反應(yīng)堆里鈾原子在中子的撞擊下裂變產(chǎn)生熱量轉(zhuǎn)換成蒸汽，推動汽輪機轉(zhuǎn)動做功，最終產(chǎn)生電能。如圖所示是原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)的關(guān)系圖，下列說法正確的是( A )A．核反應(yīng)發(fā)生后，產(chǎn)物中核子的平均質(zhì)量減小B．核電站的原理是熱核反應(yīng)C．隨著質(zhì)量數(shù)增大，原子核的結(jié)合能先增大后減小D．能夠持續(xù)進行下去的裂變反應(yīng)叫作衰變[解析]核反應(yīng)過程中釋放能量，由愛因斯坦質(zhì)能方程可知，反應(yīng)后產(chǎn)物的質(zhì)量一定減小，又反應(yīng)前、后質(zhì)量數(shù)守恒，則反應(yīng)后產(chǎn)物中核子的平均質(zhì)量減小，A正確；熱核反應(yīng)指核聚變，核電站的原理是可控核裂變反應(yīng)，不是熱核反應(yīng)，B錯誤；質(zhì)量數(shù)越大，結(jié)合能越大，C錯誤；根據(jù)定義可知，由重核裂變產(chǎn)生的中子使核裂變反應(yīng)一代接一代能夠持續(xù)進行下去的過程叫做核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，D錯誤。8．(2022·浙江1月卷)2021年12月15日秦山核電站迎來了安全發(fā)電30周年，核電站累計發(fā)電約6.9×1011 kW ·h，相當(dāng)于減排二氧化碳六億多噸。為了提高能源利用率，核電站還將利用冷卻水給周圍居民供熱。下列說法正確的是( CD )A．秦山核電站利用的是核聚變釋放的能量B．秦山核電站發(fā)電使原子核虧損的質(zhì)量約為27.6 kgC．核電站反應(yīng)堆中需要用鎘棒控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度D．反應(yīng)堆中存在U＋n→Ba＋Kr＋3n的核反應(yīng)[解析]秦山核電站利用的是重核裂變釋放的能量，故A錯誤；原子核虧損的質(zhì)量全部轉(zhuǎn)化為電能時，約為Δm＝＝ kg≈27.6 kg，核電站實際發(fā)電還要考慮到核能的轉(zhuǎn)化率和利用率，則原子核虧損的質(zhì)量大于27.6 kg，故B錯誤；核電站反應(yīng)堆中需要用鎘棒能吸收中子的特性，通過中子的數(shù)量控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度，故C正確；反應(yīng)堆利用鈾235的裂變，生成多個中核和中子，且產(chǎn)物有隨機的兩分裂、三分裂，即存在U＋n→Ba＋Kr＋3n的核反應(yīng)，故D正確。9．(2023·長沙高三階段檢測)放射性元素U衰變有多種可能途徑，其中一種途徑是先變成Bi，而Bi可以經(jīng)一次衰變變成X(X代表某種元素)，也可以經(jīng)一次衰變變成Tl，X和Tl最后都變成Pb，衰變路徑如圖所示。則( CD )A．a(chǎn)＝82，b＝211B.Bi→X是α衰變，Bi→Tl是β衰變C.X→Pb是α衰變，Tl→Pb是β衰變D.Tl經(jīng)過一次β衰變變成Pb[解析]Bi經(jīng)過一次衰變變成X，質(zhì)量數(shù)沒有發(fā)生變化，為β衰變，即Bi→X＋e，解得a＝84，Bi經(jīng)過一次衰變變成Tl，核電荷數(shù)少2，為α衰變，即Bi→Tl＋He，解得b＝206，故AB錯誤，C正確；經(jīng)過一次α衰變核電荷數(shù)少2，一次β衰變核電荷數(shù)增加1，則Tl(Tl)經(jīng)過一次β衰變變成Pb，故D正確。10．(2023·蘭州高三檢測)對結(jié)合能、比結(jié)合能的認識，下列說法正確的是( BD )A．自由核子結(jié)合為原子核時，要吸收能量B．自由核子結(jié)合為原子核時，要釋放能量C．結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定D．比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定[解析]自由核子結(jié)合成原子核的過程中，核力做正功，釋放出能量，反之，將原子核分開為自由核子需要賦予它相應(yīng)的能量，該能量就是原子核的結(jié)合能，A錯誤，B正確；結(jié)合能與核子數(shù)的比值叫比結(jié)合能，比結(jié)合能的大小反映了原子核的穩(wěn)定性，比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，結(jié)合能大的，比結(jié)合能不一定大，C錯誤，D正確。11．(2023·青島高三檢測)如圖甲為氫原子光譜，圖乙為氫原子能級圖。已知可見光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之間，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，電子電荷量e＝1.6×10－19C，則( AB )A．Hγ對應(yīng)光子的能量比Hα大B．圖甲所示的四條譜線均對應(yīng)可見光C．Hβ譜線對應(yīng)的躍遷是氫原子從n＝5能級躍遷到n＝2能級D．Hδ對應(yīng)光子的能量約為10.2 eV[解析]由題圖甲可知，Hγ譜線對應(yīng)光子的波長小于Hα譜線對應(yīng)光子的波長，結(jié)合E＝h可知，Hγ譜線對應(yīng)光子的能量大于Hα譜線對應(yīng)光子的能量，故A正確；由題圖甲可知，Hα譜線對應(yīng)光子的波長最長，其光子的能量最小，為Eα＝h＝ J≈3.03×10－19 J≈1.89 eV，Hδ譜線對應(yīng)光子的波長最短，其光子的能量最大，為Eδ＝h＝ J≈4.85×10－19 J≈3.03 eV，可知，這四條譜線對應(yīng)的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之間，即題圖甲所示的四條譜線均對應(yīng)可見光，故B正確，D錯誤；Hβ譜線對應(yīng)光子的能量為Eβ＝h＝ J≈4.09×10－19 J≈2.56 eV，氫原子從n＝5能級躍遷到n＝2能級釋放光子的能量為－0.54 eV－(－3.4 eV)＝2.86 eV。故C錯誤。12．(2023·河北高三模擬)在勻強磁場中用α粒子(He)轟擊靜止的鋁(Al)原子核時，產(chǎn)生了P、Q兩個粒子，如圖所示，已知勻強磁場方向垂直紙面向里，各粒子的速度方向均與磁場方向垂直，粒子P的運動軌跡在圖中未畫出，粒子Q做勻速直線運動，α粒子的質(zhì)量為m1，鋁原子核的質(zhì)量為m2，P粒子的質(zhì)量為m3，Q粒子的質(zhì)量為m4，光在真空中的速度為c，則下列說法正確的是( CD )A．Q粒子可能是質(zhì)子B．P粒子沿順時針方向運動C．P粒子的電荷量大于鋁原子核的電荷量D．核反應(yīng)過程中釋放出的能量為(m1＋m2－m3－m4)c2[解析]由于Q粒子做勻速直線運動，所以Q粒子不帶電，是中子，選項A錯誤；由于Q粒子不帶電，則P粒子一定帶正電，由左手定則可知，P粒子沿逆時針方向運動，選項B錯誤；由核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均守恒可知，P粒子的電荷量大于鋁原子核的電荷量，選項C正確；由愛因斯坦的質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，可知核反應(yīng)過程中釋放出的能量ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2，選項D正確。二、非選擇題13．(2023·北京海淀模擬預(yù)測)H的質(zhì)量是3.016 050 u，質(zhì)子的質(zhì)量是1.007 277 u，中子的質(zhì)量是1.008 665 u。u為12C原子質(zhì)量的，稱為原子質(zhì)量單位。根據(jù)質(zhì)能方程可知，1 u相當(dāng)于931.5 MeV。已知h＝6.63×10－34 J·s。則：(1)一個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合為氚核時，是吸收還是放出能量？該能量為多少？(2)氚核的結(jié)合能和比結(jié)合能各是多少？(3)如果這些能量是以光子形式放出的，則光子的頻率是多少？[答案]　(1)放出能量，7.97 MeV　(2)7.97 MeV，2.66 MeV　(3)1.92×1021 Hz[解析](1)一個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合成氚核的核反應(yīng)方程是H＋2n→H，一個質(zhì)子和兩個中子的總質(zhì)量為m總＝mp＋2mn＝1.007 277 u＋2×1.008 665 u＝3.024 607 u，m總大于H的質(zhì)量，故一個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合為氚核時，有質(zhì)量虧損，是放出能量，根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程知，放出能量ΔE為ΔE＝Δmc2＝0.008 557×931.5 MeV≈7.97 MeV。(2)氚核的結(jié)合能為ΔE＝7.97 MeV，比結(jié)合能＝＝＝2.66 MeV。(3)由光子的能量E＝hν，放出光子的頻率為ν＝＝≈1.92×1021 Hz。 

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