Giải chuyên đề học tập Hoá học 10 KNTT bài 2: Phản ứng hạt nhân

Câu hỏi đầu bài

Loại phản ứng nào liên quan đến phóng xạ được sử dụng để chẩn đoán và điều trị bệnh trong y học, sản xuất điện năng và xác định niên đại trong khảo cổ, …?

Đồng vị phóng xạ và phản ứng hạt nhân liên quan đến phóng xạ được sử dụng để chuẩn đoán và điều trị bệnh trong y học, sản xuất điện năng và xác định niên đại trong khảo cổ, …

I. Phản ứng hạt nhân

II. Phóng xạ tự nhiên

Câu hỏi 1: Hoàn thành phương trình hạt nhân sau đây:

a) $_{15}^{32}\textrm{P}\rightarrow ? + _{-1}^{0}\textrm{e}$

b) $_{19}^{43}\textrm{K}\rightarrow  _{20}^{40}\textrm{Ca} + ?$

Câu hỏi 2: Viết phương trình biểu diễn sự phóng xạ của các đồng vị:

a) $_{88}^{226}\textrm{Ra} \rightarrow ? + \alpha $

b)$ _{93}^{237}\textrm{Np}\rightarrow ? + \alpha $

c) $_{16}^{32}\textrm{S}\rightarrow ? + \beta $

d) $_{1}^{3}\textrm{H}\rightarrow ? +\beta $

Câu hỏi 3: Hạt nhân $_{90}^{223}\textrm{Th}$ bức xạ liên tiếp hai electron, tạo ra một đồng vị uranium. Viết phương trình biểu diễn quá trình đó.

Câu hỏi 1: 

a) $_{15}^{32}\textrm{P}\rightarrow ? + _{-1}^{0}\textrm{e}$

Đặt phần chưa biết có dạng: $_{Z}^{A}\textrm{X}$

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích: 15 = Z + (-1) ⇒ Z = 16 (Sulfur)

Áp dụng định luật bảo toàn số khối: 32 = A + 0 ⇒ A = 32

PT hạt nhân: $_{15}^{32}\textrm{P}\rightarrow _{16}^{32}\textrm{S}+ _{-1}^{0}\textrm{e}$

b) $_{19}^{43}\textrm{K}\rightarrow  _{20}^{40}\textrm{Ca} + ?$

Đặt phần chưa biết có dạng: $_{Z}^{A}\textrm{X}$

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích: 19 = 20 + Z⇒ Z = -1 (electron)

Áp dụng định luật bảo toàn số khối: 43 =  0 + A ⇒ A = 0

PT hạt nhân: $_{19}^{43}\textrm{K}\rightarrow  _{20}^{40}\textrm{Ca} + _{-1}^{0}\textrm{e}$

Câu hỏi 2: 

- Hạt ∝ là hạt nhân nguyên tử $_{2}^{4}\textrm{He}$ và hạt β là $_{-1}^{0}\textrm{e}$ 

- Trong phản ứng hạt nhân, cả số khối và điện tích đều được bảo toàn.

a) a) $_{88}^{226}\textrm{Ra} \rightarrow ? + \alpha $

Đặt phần chưa biết có dạng: $_{Z}^{A}\textrm{X}$

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích: 88 = Z + 2⇒ Z = 86 (Rn)

Áp dụng định luật bảo toàn số khối: 226 =  A + 4 ⇒ A = 222

PT hạt nhân: $_{88}^{226}\textrm{Ra} \rightarrow _{86}^{222}\textrm{Rn} + \alpha $

Tương tự ta có các PT hạt nhân

b)$ _{93}^{237}\textrm{Np}\rightarrow _{233}^{91}\textrm{Pa} + \alpha $

c) $_{16}^{32}\textrm{S}\rightarrow _{17}^{32}\textrm{Cl} + \beta $

d) $_{1}^{3}\textrm{H}\rightarrow _{2}^{3}\textrm{He} +\beta $

Câu hỏi 3:

Phương trình biểu diễn quá trình hạt nhân $_{90}^{223}\textrm{Th}$ bức xạ liên tiếp hai electron, tạo ra một đồng vị uranium:

$_{90}^{223}\textrm{Th}$ → $_{92}^{223}\textrm{U}$ + 2$_{-1}^{0}\textrm{e}$

III. Phóng xạ nhân tạo

Câu hỏi 4: Ở tầng cao khí quyển, do tác dụng của neutron có trong tia vũ trụ, $_{7}^{14}\textrm{N}$ phân rã thành $_{6}^{14}\textrm{C}$ và proton. Viết phương trình của phản ứng hạt nhân đó.

Câu hỏi 5: Hoàn thành các phản ứng hạt nhân sau:

a) $_{12}^{26}\textrm{Mg}$ + ? → $_{10}^{23}\textrm{Ne}$ + $_{2}^{4}\textrm{He}$

b) $_{9}^{19}\textrm{F}$ + $_{1}^{1}\textrm{H}$ → ? + $_{2}^{4}\textrm{He}$

c)  $_{94}^{242}\textrm{Pu}$ + $_{10}^{22}\textrm{Ne}$ → 4$_{0}^{1}\textrm{n}$ + ? 

d) $_{1}^{2}\textrm{H}$ + ? → 2($_{2}^{4}\textrm{He}$) + $_{0}^{1}\textrm{n}$

Câu hỏi 6: Xét phản ứng phân hạch đơn giản sau:

$_{92}^{235}\textrm{U}$ + $_{0}^{1}\textrm{n}$ → $_{52}^{137}\textrm{Te}$) + X 2($_{0}^{1}\textrm{n}$). X là hạt nhân nào sau đây?

A. $_{39}^{96}\textrm{Y}$.              B. $_{40}^{97}\textrm{Zr}$.

C. $_{43}^{97}\textrm{Tc}$.            D. $_{38}^{98}\textrm{Sr}$.

Câu hỏi 4:

Phương trình của phản ứng hạt nhân trên là:

$_{7}^{14}\textrm{N}$ + $_{0}^{1}\textrm{n}$ → $_{6}^{14}\textrm{C}$ + $_{1}^{1}\textrm{H}$

Câu hỏi 5:

a) $_{12}^{26}\textrm{Mg}$ + $_{0}^{1}\textrm{n}$  → $_{10}^{23}\textrm{Ne}$ + $_{2}^{4}\textrm{He}$

b) $_{9}^{19}\textrm{F}$ + $_{1}^{1}\textrm{H}$ → $_{8}^{16}\textrm{O}$  + $_{2}^{4}\textrm{He}$

c)  $_{94}^{242}\textrm{Pu}$ + $_{10}^{22}\textrm{Ne}$ → 4$_{0}^{1}\textrm{n}$ +  $_{104}^{260}\textrm{Rf}$ 

d) $_{1}^{2}\textrm{H}$ + $_{3}^{7}\textrm{Li}$ → 2($_{2}^{4}\textrm{He}$) + $_{0}^{1}\textrm{n}$

Câu hỏi 6:

Đáp án: B

$_{92}^{235}\textrm{U}$ + $_{0}^{1}\textrm{n}$ →$_{52}^{137}\textrm{Te}$ + $_{Z}^{A}\textrm{X}$ + 2($_{0}^{1}\textrm{n}$)

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích: 92 + 0 = 52 + Z + 2.0 ⇒ Z = 40

Áp dụng định luật bảo toàn số khối: 235 + 1 = 137 + A + 2.1 ⇒ A = 97

⇒ X là hạt nhân $_{40}^{97}\textrm{Zr}$

IV. Ứng dụng của đồng vị phóng xạ và phản ứng hạt nhân

Câu hỏi 7: Hãy nêu những ứng dụng quan trọng của các đồng vị sau: $_{27}^{60}\textrm{Co}, _{15}^{30}\textrm{P}, _{53}^{131}\textrm{I}, _{94}^{239}\textrm{Pu}$

Câu hỏi 8: Đồng vị phóng xạ plutonium ($_{94}^{239}\textrm{Pu}$) có khả năng phân hạch hạt nhân để giải phóng ra một năng lượng cực lớn và được sử dụng trong nhà máy điện nguyên tử để sản xuất ra điện. Đồng vị $_{94}^{239}\textrm{Pu}$ có thể phân rã theo ba cách: (1) Nhận 1 electron; (2) bức xạ 1 positron; (3) bức xạ 1 hạt ∝.

Hãy viết phương trình cho mỗi trường hợp đó.

Câu hỏi 7: 

$_{27}^{60}\textrm{Co}$ 

• Dùng để chụp ảnh, điều trị các khối u ở sâu trong cơ thể: $_{27}^{60}\textrm{Co}$ là nguồn phát xạ gama (γ) thông dụng nhất. Các tia γ phát ra từ Co có khả năng xuyên sâu nên bức xạ γ được dùng để chụp ảnh, điều trị các khối u ở sâu trong cơ thể, …

$_{27}^{59}\textrm{Co}$ + $_{0}^{1}\textrm{n}$ → $_{27}^{60}\textrm{Co}$ 

$_{27}^{60}\textrm{Co}$ → $_{28}^{60}\textrm{Ni}$ + $_{-1}^{0}\textrm{e}$    E ≈ 1,25 MeV

• Bảo quản lương thực thực phẩm: Sự chiếu xạ lương thực thực phẩm bằng tia gamma phát ra từ đồng vị $_{27}^{60}\textrm{Co} $có tác dụng diệt khuẩn và bảo quản lương thực thực phẩm lâu dài hơn

$_{15}^{30}\textrm{P}$

Các bệnh ung thư bên ngoài da như ung thư da có thể điều trị bằng các tia phóng xạ phát ra từ đồng vị $_{15}^{30}\textrm{P}$ bằng cách áp các túi nhựa đựng đồng vị phóng xạ vào vùng bị tổn thương.

$_{53}^{131}\textrm{I}$ dùng để chuẩn đoán và chữa bệnh bướu cổ.

$_{94}^{239}\textrm{Pu}$ dùng làm nhiên liệu trong các lò phản ứng hạt nhân để sản xuất ra điện (nhà máy điện nguyên tử) và các tàu phá băng, …

Câu hỏi 8:

Hạt positron hay còn gọi là electron dương  $_{+1}^{0}\textrm{e}$

 $_{94}^{239}\textrm{Pu}$ + $_{-1}^{0}\textrm{e}$ →  $_{93}^{239}\textrm{Np}$        (1)

 $_{94}^{239}\textrm{Pu}$  →  $_{93}^{239}\textrm{Np}$ + $_{+1}^{0}\textrm{e}$         (2)

 $_{94}^{239}\textrm{Pu}$ →  $_{92}^{235}\textrm{U}$ +  ∝                      (3)