高中粤教版 (2019)第五节 裂变和聚变同步达标检测题

课时跟踪检测（十八）  裂变和聚变

A组—重基础·体现综合

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．β粒子   D．α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铀原子核使得裂变不断进行下去，故选项B正确。

2．(多选)下列关于核聚变的说法中正确的是(　　)

A．要使聚变发生，必须克服库仑斥力做功

B．轻核聚变需要几百万开尔文的高温，因此核聚变又叫作热核反应

C．原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应

D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应，在地球内部也可以自发地进行

解析：选ABC　轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15 m以内，所以必须克服库仑斥力做功，A正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万开尔文的高温下才有这样的能量，这样高的温度可通过原子弹爆炸获得，B、C正确；在太阳和其他恒星内部都存在着热核反应，但在地球内部不会自发地进行，D错误。

3．太阳发生氦闪之前进行的是氢聚变，关于核反应的类型，下列表述正确的是(　　)

A.U―→Th＋He是α衰变

B.N＋He―→O＋H是β衰变

C.He＋Al―→P＋n是核聚变

D.Se―→Kr＋2e是核裂变

解析：选A　A选项是α衰变，B选项是人工转变，C选项是人工转变，D选项是β衰变，故选A。

4．1938年哈恩用中子轰击铀核，发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射线。下列关于这个实验的说法中正确的是(　　)

A．这个实验的核反应方程是U＋n―→Ba＋Kr＋n

B．这是一个核裂变过程，反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和

C．这个反应中释放出的能量不可以用爱因斯坦的质能方程来计算

D．实验中产生的γ射线穿透能力极强

解析：选D　根据质量数守恒、电荷数守恒，铀核裂变的核反应方程应为：U＋n―→Ba＋Kr＋3n，选项A错误；铀核裂变过程中产生γ射线，放出能量，发生质量亏损，释放的能量根据爱因斯坦的质能方程计算，选项B、C错误；核反应中产生的γ射线，穿透能力极强，是能量极高的光子，选项D正确。

5．1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(NA为阿伏加德罗常数)(　　)

A．NA×196 MeV       B．235NA×196 MeV

C．235×196 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E＝×196 MeV，故D正确。

6．重核裂变和轻核聚变是人类获得核能的两种主要途径，关于裂变和聚变，下列叙述正确的是(　　)

A．裂变过程有质量亏损，聚变过程无质量亏损

B．核聚变反应方程H＋H―→He＋n中n表示质子

C．裂变和聚变都可以释放出巨大的能量

D．氢弹的核反应属于裂变，原子弹的核反应属于聚变

解析：选C　裂变和聚变都可以释放出巨大的能量，都伴随着质量的亏损，A错误，C正确；聚变反应方程H＋H―→He＋n中n表示中子，B错误；原子弹的核反应属于裂变，氢弹的核反应属于聚变，D错误。

7．一个U在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为U＋n―→X＋Sr＋2n，则下列说法正确的是(　　)

A．X的原子核中含有86个中子

B．X的原子核中含有141个核子

C．因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量数减少

D.U是天然放射性元素，它的半衰期约为7亿年，随着地球环境的不断变化，半衰期可能变短也可能变长

解析：选A　由核反应规律可知，X是Xe，X中有140个核子、86个中子，A项正确，B项错误；裂变过程质量亏损，总质量数守恒，C项错误；半衰期由核本身的因素决定，与外界条件无关，D项错误。

8．(多选)一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出3个中子，核反应方程是U＋X―→Ba＋Kr＋3n。已知部分原子核的比结合能与核子数的关系如图所示，下列说法正确的是(　　)

A．核反应方程中，X粒子是中子

B．核反应方程中，X粒子是质子

C.U、Ba和Kr相比，Ba核的比结合能最大，它最稳定

D.U、Ba和Kr相比，U核的核子数最多，它的结合能最大

解析：选AD　根据核反应质量数守恒和电荷数守恒可知题中的核反应方程中X粒子是中子，选项A正确，B错误；根据题图，核子数为80左右的原子核的比结合能最大，最稳定，所以U、Ba和Kr相比，Kr核的比结合能最大，最稳定，选项C错误；U、Ba和Kr相比，U的核子数最多，它的结合能最大，选项D正确。

9．假设有一种放射线是由铀核U衰变成Th，并释放一种粒子产生的。

(1)写出U衰变为Th的方程式；

(2)已知铀核质量为3.853 131×10－25 kg，钍核的质量为3.786 567×10－25 kg，α粒子的质量为6.646 72×10－27 kg，求衰变释放的能量。

解析：(1)反应方程式为U→Th＋He。

(2)核反应中质量亏损Δm＝mU－mTh－mα，

由质能方程得，释放的能量ΔE＝Δmc2＝(mU－mTh－mα)c2，

代入数据得ΔE＝8.7×10－13 J。

答案：(1)U→Th＋ He　(2)8.7×10－13 J

B组—重应用·体现创新

10．(2020·全国卷Ⅱ)(多选)氘核H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式6H―→2He＋2H＋2n＋43.15 MeV表示。海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J，1 MeV＝1.6×10－13 J，则M约为(　　)

A．40 kg  B．100 kg

C．400 kg D．1 000 kg

解析：选C　结合核反应方程知，1 kg海水中的氘核全部发生聚变反应放出的能量E＝×43.15×1.6×10－13 J≈1.15×1010 J，根据题意得M＝M0＝×1 kg≈400 kg，故A、B、D项错误，C项正确。

11．关于核知识的叙述，下列说法正确的是(　　)

A．太阳中的能量主要来源于氢核的聚变，发生聚变后产生的新核的比结合能增大

B．核电站的能量来源于重核裂变，发生裂变后产生的新核的比结合能减小

C．核聚变与核裂变相比平均每个核子放出的能量更多，现在应用也更广泛

D．原子核的结合能是指组成原子核的所有核子所具有的能量之和

解析：选A　太阳中的能量主要来源于氢核的聚变，聚变发生的过程中释放巨大的能量，可知产生的新核的比结合能比反应前原子核的比结合能大，选项A正确；核电站的能量来源于重核裂变，重核裂变过程中释放巨大的能量，可知发生裂变后产生的新核的比结合能增大，选项B错误；核聚变与核裂变相比平均每个核子放出的能量更多，但不容易控制，目前还没有广泛应用，选项C错误；原子核的结合能是组成原子核的所有核子结合成原子核时释放出来的能量，选项D错误。

12．(多选)月球土壤里大量存在着一种叫作“氦3(He)”的化学元素，这是热核聚变的重要原料。关于“氦3(He)”与氘核的聚变，下列说法正确的是(　　)

A．核反应方程为He＋H―→He＋H

B．核反应生成物的质量将大于反应物的质量

C．“氦3(He)”一个核子的结合能与氘(H)一个核子的结合能之和小于氦4(He)一个核子的结合能

D．“氦3(He)”的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量

解析：选AD　A选项中的核反应方程就是He和H发生核聚变的方程，在生成He和H的同时释放大量的能量，A正确；由于核反应的过程中释放大量的能量，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，可知生成物的质量小于反应物的质量，B错误；反应物的结合能之和大于生成物结合能之和，质量中等的核的比结合能最大，故使重核裂变为两个质量中等的核或使轻核聚变，都可使核更为稳定并放出能量，由此可知C错误，D正确。

13．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为

H＋C―→N＋Q1，　①

H＋N―→C＋X＋Q2，　②

方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量如表：

以下推断正确的是(　　)

A．X是He，Q2>Q1  B．X是He，Q2>Q1

C．X是He，Q2<Q1 D．X是He，Q2<Q1

解析：选B　由质量数守恒和电荷数守恒，可判断X为He，①式的质量亏损为Δm1＝1.007 8 u＋12.000 0 u－13.005 7 u＝0.002 1 u。②式的质量亏损为Δm2＝1.007 8 u＋15.000 1 u－12.000 0 u－4.002 6 u＝0.005 3 u，所以Δm2>Δm1。根据质能方程ΔE＝Δmc2可知Q2>Q1，故选B。

14．核潜艇是以核反应堆为动力来源的潜艇，假设某核潜艇的水下最大航速为45节(1节＝1.852 km/h)，核反应堆最大输出功率为4.5万千瓦，最大续航里程为20万海里(1海里＝1.852 km)。已知1个U核裂变放出的能量是200 MeV，铀矿石含铀235的浓度是4%。

(1)当核反应堆达到最大输出功率时，每秒至少有多少个铀235原子核发生裂变？

(2)若核潜艇一直以水下最大航速行驶，则核潜艇一次至少要装入铀矿石的质量为多少？

解析：(1)当核反应堆达到最大输出功率时，每秒发生裂变的铀235原子核个数

N＝＝个＝1.4×1018个。

(2)最大续航时间tm＝＝ h＝1.6×107 s

铀235的摩尔质量M＝235 g/mol

设需装铀矿石的质量为m，有Pmtm＝NΔE＝NAΔE

解得m＝＝ g

≈2.2×105 g＝220 kg。

答案：(1)1.4×1018个　(2)220 kg