Phản ứng hạt nhân

Bài 36. Năng lượng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân.

Câu 1. Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Năng lượng liên kết là toàn bộ năng lượng của nguyên tử gồm động năng và năng lượng nghỉ.

B. Năng lượng liên kết là năng lượng tối thiểu để phá vỡ hạt nhân thành các nuclôn riêng biệt.

C. Năng lượng liên kết là năng lượng toàn phần của nguyên tử tính trung bình trên số nuclôn.

D. Năng lượng liên kết là năng lượng liên kết các êlectron và hạt nhân nguyên tử.

Trả lời:

Năng lượng liên kết là năng lượng tối thiểu để phá vỡ hạt nhân thành các nuclôn riêng biệt.

Chọn đáp án B.

Câu 2. Năng lượng liên kết riêng của một hạt nhân A. có thể dương hoặc âm.

B. càng lớn thì hạt nhân càng bền.

C. càng nhỏ thì hạt nhân càng bền.

D. có thể bằng 0 với các hạt nhân đặc biệt.

Trả lời :

Năng lượng riêng liên kết của hạt nhân càng lớn thì hạt nhân càng bền vững.

Chọn đáp án B.

Câu 3. Giả sử ban đầu có Z prôtôn và N nơtron đứng yên, chưa liên kết với nhau, có khối lượng tổng cộng là mo, khi chúng kết hợp lại với nhau thì tạo thành một hạt nhân có khối lượng m. Gọi c là vận tốc ánh sáng trong chân không. Năng lượng liên kết của hạt nhân này được xác định bởi biểu thức

A. Wlk = (mo – m)c².

B. Wlk = mo.c². C. Wlk = m.c². D. Wlk = (mo – m)c.

Trả lời :

Ta có: Wlk = Δm.c² = (mo – m)c². Chọn đáp án A.

Câu 4. Độ hụt khối của hạt nhân ^A_ZXlà (đặt N = A – Z) A. Δm = Nmn – Zmp.

B. Δm = mX – Nmp – Zmp. C. Δm = (Nmn + Zmp ) – mX. D. Δm = Zmp – Nmn.

Trả lời :

Độ hụt khối của hạt nhân là  =m

(

Nmn +Zmp

)

−m. Chọn đáp án C.

Câu 5. Cho hạt nhân ²⁷₁₃Al (nhôm) có mAl = 26,9972u. Tính độ hụt khối của hạt nhân biết mp = 1,0073u, mn = 1,0087u.

A. Δm = 0,1295u.

B. Δm = 0,0295u.

C. Δm = 0,2195u.

D. Δm = 0,0925u.

Trả lời :

+ Từ kí hiệu hạt nhân ²⁷₁₃Al ta suy ra được hạt nhân có 13p và 14n.

+ Độ hụt khối

Δm = (Z.mp + N.mn) – mAl

= (13.1,0073u + 14.1,0087u) – 26,9972u = 0,2195u.

Chọn đáp án C.

Câu 6. Hạt nhân đơteri ²₁D có khối lượng 2,0136 u. Biết khối lượng của prôtôn là 1,0073 u và khối lượng của nơtron là 1,0087 u. Năng lượng liên kết của hạt nhân

2

1Dlà bao nhiêu ? Biết 1u = 931,5 MeV/c². A. 0,67 MeV.

B. 1,86 MeV.

C. 2,02 MeV.

D. 2,23 MeV.

Trả lời :

Năng lượng liên kết của hạt nhân ₁²Dlà:

( )

2 2

lk p n

W = m.c = Zm +Nm −m c =2, 23MeV.

Chọn đáp án D.

Câu 7. Cho hạt nhân²³⁰₉₀Th(Thori) có mTh = 230,0096u. Tính năng lượng liên kết riêng của hạt nhân²³⁰₉₀Th, biết khối lượng các nuclôn là mp = 1,0073u, mn = 1,0087u, 1u = 931,5 MeV/c².

A. 1737,62 MeV/nuclôn.

B. 5,57 MeV/nuclôn.

C. 7,55 MeV/nuclôn.

D. 12,41 MeV/nuclôn.

Trả lời :

Năng lượng liên kết của hạt nhân²³⁰₉₀Thlà:

( )

2 2

lk p n

W = m.c = 90m +140m −m c =1737,62MeV Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân ²³⁰₉₀Thlà W^lk

A =7,55MeV/nuclôn.

Chọn đáp án C.

Câu 8. Cho hạt nhân ²⁷₁₃Al (nhôm) có mAl = 26,9972u. Tính năng lượng liên kết của hạt nhân ²⁷₁₃Al, biết khối lượng các nuclôn là mp = 1,0073u, mn = 1,0087u, 1u = 931,5 MeV/c².

A. Wlk = 217,5 MeV.

B. Wlk = 204,5 MeV.

C. Wlk = 10 MeV.

D. Wlk = 71,6 MeV.

Trả lời :

Ta có Wlk = m.c² =

(

13.1,0073 14.1,0087+

)

−26,9972 .931,5 =204,5 MeV

( )

. Chọn đáp án B.

Câu 9. Hạt nhân²¹⁰₈₄Po có mPo = 210,0913u. Tính năng lượng liên kết riêng của hạt nhân²¹⁰₈₄Po,biết khối lượng các nuclôn là mp = 1,0073u, mn = 1,0087u, 1uc² = 931,5 MeV.

A. 1507,26 MeV/nuclôn.

B. 17,94 MeV/nuclôn.

C. 5,17 MeV/nuclôn.

D. 7,17 MeV/nuclôn.

Trả lời :

Năng lượng liên kết của hạt nhân là:

( )

2 2

lk p n

W = mc = Zm +Nm −m c =1507, 26 MeV.

Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân là W^lk

7,17MeV / nuclon

A = .

Chọn đáp án D.

Câu 10. Hạt nhân ⁴₂Hecó năng lượng liên kết là 28,4 MeV; hạt nhân ⁶₃Licó năng lượng liên kết là 39,2 MeV; hạt nhân ²₁Dcó năng lượng liên kết là 2,24 MeV. Hãy

sắp theo thứ tự tăng dần về tính bền vững của ba hạt nhân này.

A. ⁴₂He, Li, D.⁶₃ ²₁ B. ²₁D, ⁴₂He, Li.⁶₃ C. ⁴₂He, D, Li.²₁ ⁶₃ D. ²₁D, Li, He.⁶₃ ⁴₂ Trả lời :

Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân Ta có ^Wlk

( )

^{He 28, 4} 7,1 MeV / nuclon

( )

A = 4 = ,

( ) ( )

Wlk 39,2

Li 6,533 MeV / nuclon

A = 6 = ,

( ) ( )

Wlk 2, 24

D 1,12 MeV / nuclon

A = 2 =

( ) ( ) ( )

lk lk lk

W W W

He Li D

A A A

   .

Chọn đáp án D.

Câu 11. Cho khối lượng các hạt nhân²¹⁰₈₄Po, ²³⁸₉₂U, ²³²₉₀Th lần lượt là mPo = 210u, mU = 238u, mTh = 230u. Biết khối lượng các nuclôn là mp = 1,0073u, mn = 1,0087u, 1uc² = 931,5 MeV. Hãy sắp theo thứ tự giảm dần về tính bền vững của ba hạt nhân này.

A. ²¹⁰₈₄Po, ²³⁸₉₂U, ²³²₉₀Th.

B. ²³⁸₉₂U, ²³²₉₀Th, ²¹⁰₈₄Po.

C. ²¹⁰₈₄Po, ²³²₉₀Th,²³⁸₉₂U.

D. ²³²₉₀Th, ²³⁸₉₂U, ²¹⁰₈₄Po.

Trả lời:

Xác định năng lượng liên kết Wlk = mc² =

(

Zmp +Nmn −m c

)

² của các hạt nhân :

210

84Po có: Wlk

( )

Po = mc² =

(

Zmp +Nmn −m c

)

² =1592,3MeV

238

92U có: Wlk

( )

U = mc² =

(

Zmp +Nmn −m c

)

² =1808,8MeV

232

90Th có: Wlk

( )

Th = mc² =

(

Zmp +Nmn −m c

)

² =3625,8MeV Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân

( )

lk Po

W 1592,3

7,58 MeV / nuclon

A = 210 = ,

( )

lk U

W 1808,8

7,599 MeV / nuclon

A = 238 = ,

( )

lk Th

W 3625,8

15,63 MeV / nuclon

A = 232 =

lk lk lk

Po U Th

W W W

A A A

   .

Chọn đáp án D.

Câu 12. Cho ba hạt nhân X, Y, Z có số nuclôn tương ứng là AX, AY, AZ với AX = 2AY = 0,5AZ. Biết năng lượng liên kết của từng hạt nhân tương ứng là EX, EY,

EZ với EZ < EX < EY. Sắp xếp các hạt nhân này theo thứ tự tính bền vững giảm dần là

A. Y, X, Z.

B. Y, Z, X.

C. X, Y, Z.

D. Z, X, Y.

Trả lời :

Ta đặt: _X ^X

X

E A

 =  , _Y ^Y

Y

E A

 =  , _Z ^Z

Z

E A

 = 

Với AX = 2AY = 0,5AZ và EZ < EX < EY.

Mặt khác: ^{X Y X Y}

X Y Y Y

E E E E

A A 2A A

   

   ( luôn đúng )    _{Y X}

Z X Z X

Z X X X

E E E E

A A 2A A

       (luôn đúng)    _{X Z}      _{Y X Z}.

Chọn đáp án A.

Câu 13. Cho khối lượng của prôtôn, nơtron, ⁴⁰₁₈Ar; Li⁶₃ lần lượt là: 1,0073 u; 1,0087u;

39,9525u; 6,0145u và 1u = 931,5 MeV/c². So với năng lượng liên kết riêng của hạt nhân ⁶₃Li thì năng lượng liên kết riêng của hạt nhân ⁴⁰₁₈Ar

A. lớn hơn một lượng là 5,20 MeV/nuclon.

B. lớn hơn một lượng là 3,42 MeV/nuclon.

C. nhỏ hơn một lượng là 3,42 MeV/nuclon.

D. nhỏ hơn một lượng là 5,20 MeV/nuclon.

Trả lời :

Áp dụng công thức tính năng lượng liên kết cho các hạt nhân ta được:

lk

( )

W Ar =344,9 MeV và Wlk

( )

Li =31, 2 MeV Ta có ^Wlk

( )

^Ar 8,62 MeV / nuclon

( )

A = ,

( ) ( )

Wlk

Li 5, 2 MeV / nuclon

A =

Năng lượng riêng kết riêng của hạt nhân ₁₈⁴⁰Ar lớn hơn năng lượng riêng kết riêng của ⁶₃Li một lượng 3,42 MeV/nuclon.

Chọn đáp án B.

Câu 14. Đại lượng nào đặc trưng cho mức độ bền vững của một hạt nhân?

A. Năng lượng liên kết.

B. Năng lượng liên kết riêng.

C. Số hạt prôlôn.

D. Số hạt nuclôn.

Trả lời:

Đặc trưng cho mức độ bền vững của một hạt nhân là năng lượng liên kết riêng.

Chọn đáp án B.

Câu 15. Các hạt nhân bền vững có năng lượng liên kết riêng vào cỡ 8,8 MeV/nuclôn, các hạt nhân đó có số khối A trong phạm vi

A. 50 < A < 80.

B. 50 < A < 95.

C. 60 < A < 95.

D. 80 < A < 160.

Trả lời:

Các hạt nhân bền vững có năng lượng liên kết riêng vào cỡ 8,8 MeV/nuclôn có số khối A trong phạm vi 80.

Chọn đáp án A.

Câu 16. Hạt nhân nào sau đây có năng lượng liên kết riêng lớn nhất ? A. Hêli.

B. Cacbon.

C. Sắt.

D. Urani.

Trả lời:

Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho sự bền vững của hạt nhất

 Năng lượng liên kết riêng lớn nhất là sắt vì số khối của sắt là 56 nằm trong khoảng từ 50 đến 80.

Chọn đáp án C.

Câu 17. Chọn đáp án câu sai?

A. Các hạt nhân có số khối trung bình là bền vững nhất.

B. Các nguyên tố đứng đầu bảng tuần hoàn như H, He kém bền vững hơn các nguyên tố ở giữa bảng tuần hoàn.

C. Hạt nhân có năng lượng liên kết càng lớn thì càng bền vững.

D. Hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững.

Trả lời:

C – sai vì các hạt nhân có năng lượng liên kết riêng càng lớn thì càng bền vững.

Chọn đáp án C.

Câu 18. Cho phản ứng hạt nhân sau ^{1 2 3 4}

1 2 3 4

A

A A A

Z A+ Z B⎯⎯→ Z C+ Z D. Năng lượng liên kết của các hạt nhân tương ứng là ΔEA, ΔEB, ΔEC, ΔED. Năng lượng của phản ứng ΔE được tính bởi công thức

A. ΔE = ΔEA + ΔEB – ΔEC – ΔED. B. ΔE = ΔEA + ΔEB + ΔEC + ΔED. C. ΔE = ΔEC + ΔEB – ΔEA – ΔED. D. ΔE = ΔEC + ΔED – ΔEA – ΔEB. Trả lời:

Năng lượng của phản ứng là  = E E_C+ E_D − E_A − E_B. Chọn đáp án D.

Câu 19. Năng lượng tối thiểu cần thiết để chia hạt nhân ¹²₆C thành 3 hạt α là bao nhiêu? Cho biết mC = 11,9967u, mα = 4,0015u.

A. ΔE = 7,2618 J.

B. ΔE = 7,2618 MeV.

C. ΔE = 1,16189.10^–19 J.

D. ΔE = 1,16189.10^–13 MeV.

Trả lời:

Năng lượng tối thiểu cần để thiết để chia hạt nhân thành các hạt α bằng với năng lượng liên kết của hạt nhân.

Ta có  = E mc² =

(

mC −3m_

)

931,5= −7,2618 MeV

( )

. Chọn đáp án B.

Câu 20. Hạt nhân ¹⁴₆C phóng xạ β^– (có kí hiệu ⁰₋₁e). Hạt nhân con sinh ra có A. 5p và 6n.

B. 6p và 7n.

C. 7p và 7n.

D. 7p và 6n.

Trả lời:

Viết phương trình phản ứng hạt nhân và sử dụng các định luật bảo toàn điện tích và bảo toàn số nuclôn.

Phương trình ¹⁴₆ C→  +^{− A}_Z X 14 0 A A 14

6 1 Z Z 7

= + =

 

 = − +  =

 

Suy ra: ¹⁴₆ C→  +^{− 14}₇ N. Hạt nhân con sinh ra có 7p và 7n.

Chọn đáp án C.

Câu 21. Khi một hạt nhân nguyên tử phóng xạ lần lượt một tia α (⁴₂He) và một tia β^– (⁰₋₁e) thì hạt nhân nguyên tử sẽ biến đổi như thế nào?

A. Số khối giảm 2, số prôtôn tăng 1.

B. Số khối giảm 2, số prôtôn giảm 1.

C. Số khối giảm 4, số prôtôn tăng 1.

D. Số khối giảm 4, số prôtôn giảm 1.

Trả lời:

Viết phương trình phản ứng hạt nhân và sử dụng các định luật bảo toàn điện tích và bảo toàn số nuclôn. Phương trình ¹⁴₆ X→  +  +^{− A}_Z Y có:

14 0 4 A A 10

6 1 2 Z Z 5

= + + =

 

 = − + +  =

 

Suy ra: ¹⁴₆ X→  +  +^{− 10}₅ Y.

Khi đó số khối giảm 4, số prôtôn giảm 1.

Chọn đáp án D.

Câu 22. Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về phản ứng hạt nhân?

A. Phản ứng hạt nhân là sự va chạm giữa các hạt nhân.

B. Phản ứng hạt nhân là sự tác động từ bên ngoài vào hạt nhân làm hạt nhân đó bị vỡ ra.

C. Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi của chúng thành các hạt nhân khác.

D. A, B và C đều đúng.

Trả lời:

Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi của chúng thành các hạt nhân khác.

Chọn đáp án C.

Câu 23. Trong một phản ứng hạt nhân, tổng khối lượng của các hạt nhân tham gia A. được bảo toàn.

B. luôn tăng.

C. luôn giảm.

D. tăng hoặc giảm tuỳ theo phản ứng.

Trả lời:

Trong một phản ứng hạt nhân, do có sự hụt khối trong từng hạt nhân nên trong phản ứng hạt nhân không có sự bảo toàn khối lượng, tổng khối lượng của các hạt nhân tham gia có thể tăng hoặc giảm.

Chọn đáp án D.

Câu 24. Phản ứng hạt nhân sau: ⁶₃Li+²₁H⎯⎯→⁴₂He+ ⁴₂He. Biết mLi = 6,0135u ; mD

= 2,0136u; mHe = 4,0015u, 1u = 931,5 MeV/c². Năng lượng toả ra trong phản ứng sau là:

A. 17,26 MeV.

B. 12,25 MeV.

C. 15,25 MeV.

D. 22,45 MeV.

Trả lời:

Ta có: m0 − =m

(

mLi+mD

)

−2mHe =0,0241u 0 Do đó năng lượng mà phản ứng toả ra là:

(

0

)

^{2 2}

W= m −m c =0,0241uc =0,0241.931,5=22,45 MeV.

Chọn đáp án D.

Câu 25. Bắn phá hạt nhân¹⁴₇N đứng yên bằng một hạt α thu được hạt prôtôn và một hạt nhân Oxi. Cho khối lượng của các hạt nhân mN = 13,9992u; mα = 4,0015u; mp = 1,0073u; mO = 16,9947u; 1u = 931 MeV/c². Phản ứng trên

A. thu 1,39.10^–6 MeV.

B. tỏa 1,21 MeV.

C. thu 1,21 MeV.

D. tỏa 1,39.10^–6 MeV.

Trả lời:

Ta có: ^m0 − =^m

(

^mN +^m

)

−

(

^mp +^mO

)

= −^{1,3.10 u−3} ⁰ Do đó năng lượng mà phản ứng thu vào là:

(

0

)

^{2 3 2 3}

E m m c 1,3.10 uc⁻ 1,3.10 .931 1,21 MeV.⁻

 = − = = =

Chọn đáp án C.

Câu 26. Cho phản ứng hạt nhân ³⁷₁₇Cl+ ⎯⎯p →³⁷₁₈Ar+n, khối lượng của các hạt nhân là m(Ar) = 36,956889u, m(Cl) = 36,956563u, m(n) = 1,008670u, m(p) = 1,007276u, 1u = 931MeV/c². Năng lượng mà phản ứng này toả ra hoặc thu vào là bao nhiêu?

A. Toả ra 1,60132 MeV.

B. Thu vào 1,60132 MeV.

C. Toả ra 2,562112.10^–19 J.

D. Thu vào 2,562112.10^–19 J.

Trả lời:

Ta có: ^{m0 − =m}

(

^mCl+mp

)

⁻

(

^{mAr +mn}

)

^{= −1,72.10 u−3 0}

Do đó năng lượng mà phản ứng thu vào là:

(

0

)

^{2 3 2 3}

E m m c 1,72.10 uc⁻ 1,72.10 .931 1,60132 MeV.⁻

 = − = = =

Chọn đáp án B.

Câu 27. Giả sử trong một phản ứng hạt nhân, tổng khối lượng của các hạt trước phản ứng nhỏ hơn tổng khối lượng các hạt sau phản ứng là 0,02 u. Phản ứng hạt nhân này A. thu năng lượng 18,63 MeV.

B. thu năng lượng 1,863 MeV.

C. tỏa năng lượng 1,863 MeV.

D. tỏa năng lượng 18,63 MeV.

Trả lời:

Do tổng khối lượng của các hạt trước phản ứng nhỏ hơn tổng khối lượng các hạt sau phản ứng là 0,02u nên phản ứng năng thu:

(

0

)

^{2 2}

E m m c 0,02 uc 0,02.931,5 MeV 18,63 MeV.

 = − = = =

Chọn đáp án A.

Câu 28. ²³⁸₉₂Usau một số lần phân rã α và β^– biến thành hạt nhân chì ²⁰⁶₈₂ Pbbền vững.

Hỏi quá trình này đã phải trải qua bao nhiêu lần phân rã α và β^– ?

A. 8 lần phân rã α và 12 lần phân rã β^– . B. 6 lần phân rã α và 8 lần phân rã β^–. C. 6 lần phân rã α và 8 lần phân rã β^–. D. 8 lần phân rã α và 6 lần phân rã β^–. Trả lời:

Viết phương trình phản ứng hạt nhân ₉₂²³⁸U→  +  +n m ^{− 206}₈₂ Pb Áp dụng các định luật bảo toàn điện tích và bảo toàn số nuclôn

( )

238 4.n 0.m 206 n 8 92 2.n 1 .m 82 m 6

= + +

  =

 = + − +  =



Suy ra: ²³⁸₉₂ U→₈₂²⁰⁶ U+  +8⁴₂ 6 e₋⁺⁰₁ . Chọn đáp án D.

Câu 29. Hãy chỉ ra câu sai. Trong một phản ứng hạt nhân có định luật bảo toàn A. năng lượng toàn phần.

B. điện tích.

C. động lượng.

D. khối lượng.

Trả lời:

Trong phản ứng hạt nhân không có định luật bảo toàn khối lượng.

Chọn đáp án D.

Câu 30. Kết quả nào sau đây là sai khi nói về khi nói về định luật bảo toàn số khối và định luật bảo toàn điện tích? Phương trình phản ứng hạt nhân

1 2 3 4

1 2 3 4

A

A A A

Z X1+Z X2 →Z X3+Z X4

A. A1 + A2 = A3 + A4. B. Z1 + Z2 = Z3 + Z4. C. A1 + A2 + A3 + A4 = 0.

D. pX1 +pX2 =pX3 +pX4 . Trả lời:

Định luật bảo toàn số khối: A₁+A₂ =A₃ +A₄ Định luật bảo toàn điện tích: Z₁+Z₂ =Z₃ +Z₄. Định luật bảo toàn động lượng:

1 2 3 4

X X X X

p +p =p +p Chọn đáp án C.