OLYMPIC hóa học 10 CHUYÊN đề hóa học hạt NHÂN

TÀI LIỆU ƠN THI OLYMPIC 10

CHUN ĐỀ: HĨA HỌC HẠT NHÂN
A. CẦN NHỚ
1. Định luật bảo tồn điện tích và số khối
A1
Z1

X1 +

A2
Z2

X2 →

A3
Z3

X3 +

A4
Z4

X4

Cho phản ứng:
* Định luật bảo toàn số số khối: A1 + A2 = A3 + A4
* Định luật bảo tồn điện tích: Z1 + Z2 = Z3 + Z4
Các loại phóng xạ:
Tên gọi
Proton

Deuteri
Triti
alpha
Beta
Positron
neutron
Gamma

Kí hiệu
P
D
T
α

Cơng thức
1
1

H
H

3
1

H

4
2

He

-

0
−1

e

+

0
+1

e

β
β
n

γ

hay

2
1

1
0

n

0
0

γ

1
1

hay
hay

p

2
1

D

3
1

T

t1 =
2. Chu kỳ bán hủy theo hằng số phóng xạ (k):

2

ln2

k

2,303log
3. Khối lượng chất phóng xạ cịn lại sau thời gian t:

2,303log

m0
= kt
m

N0
= kt
N

4. Số ngun tử phóng xạ cịn lại sau thời gian t:
5. Xác định niên đại (tuổi) của những di vật khảo cổ bằng các chất phóng xạ:
N
2,303
t=
log 0
k
N
6. Năng lượng của phản ứng
∆E = [∑ m0(trướ
c) −∑ m0(sau)]c2

(đơn vị: J )

∆E = [∑ m0(trướ

c) −∑ m0(sau)].931,5 (đơn vịMeV)

Nế
u:
∆E < 0: phả
n ứ
ng thu nă
ng lượng.
∆E > 0: phả
n ứ
ng tỏ
a nă
ng lượng
B. Áp dụng
Trang 1


TÀI LIỆU ÔN THI OLYMPIC 10

Bài 1. Hãy xác định kiểu phóng xạ ở mỗi giai đoạn và viết phương trình phân huỷ phóng xạ tương

ứng:
238
92

226
U → 234
Th→ 234
Pa → 234
U → 230

Th→88
Ra
90
91
92
90

Giải
238
92

234
U →90
Th + 42 He

234
90

234
Th →91
Pa + 0−1 e

234
91

234
Pa →92
U + 0−1 e

234

92

230
U →90
Th + 42 He

230
90

226
Th →88
Ra + 42 He

Bài 2. Hồn chỉnh các phương trình phản ứng sau, tra bảng tuần hoàn xem X là hạt gì?
a.
b.
c.

6
3

Li + X →74 Be +10 n

10
5

Be + X →37 Li + 24 He

35
17

32
Cl + X →16
S + 24 He

Giải
2
1

a. D

1
0

b. n

1
1

c. H

Bài 3.
Dưới tác động của nơtron năng lượng cao trong tia vũ trụ, hạt nhân N-14 biến
đổi
thành hạt nhân C-12 cùng với sự tạo thành hạt nhân triti. Hãy viết phương
trình
của
phản
ứng
hạt nhân nói trên.

b. Dưới tác động của nơtron nhiệt trong tia vũ trụ, hạt nhân N-14 biến đổi thành
hạt
nhân C-14 cùng với sự tạo thành hạt nhân 1H. Hãy viết phương trình của phản
ứng
hạt
nhân
nói trên.
Giải
a.

1
12
3
a. 14
7 N + 0 n →6 C +1 T
1
14
1
b. 14
7 N + 0 n →6 C +1 H

Bài 4. Coban-60 được dùng trong Y học để điều trị một số bệnh ung thư vì nó có khả năng phát ra

tia α để hủy diệt các tế bào ung thư. Coban-60 khi phân rã phát ra hạt β và tia γ có chu kì bán hủy
là 5,27 năm:
60
Co →60
Ni + −01 e + 00 γ
27
28

Giả sử mẫu ban đầu có 3,42mg Coban-60 thì sau 30 năm còn lại bao nhiêu gam?
Giải

Trang 2


TÀI LIỆU ÔN THI OLYMPIC 10

k=

ln 2 ln 2
m
ln 2
=
→ 2,303log
=
× 30 → m = 0, 066mg
t1
5, 27
3, 42 5, 27
2

Bài 5. Iot-131 là đồng vị phóng xạ được dùng dưới dạng natri iotua để điều trị ung thư tuyến giáp

trạng. Chất này phóng xạ α với chu kì bán hủy 8,05 ngày.
a) Viết phương trình hóa học của phản ứng phân rã hạt nhân I-131.
b) Nếu mẫu ban đầu có chứa 1,0 microgam I-131 thì trong mỗi phút bao nhiêu hạt α được
phóng ra?
Giải
a)

131
53

4
I →127
51 Sb + 2 He

k=

ln 2
ln 2
=
t1
8, 05.24.60
2

2,303log

b)

m0
1, 0.10−6
ln 2
= kt ⇔ 2,303log
=
×1
m
m
8, 05.24.60

⇒ m = 9,9994.10 −7 gam

1, 0.10−6 − 9,9994.10−7
.6, 02.1023 = 2, 757.1011
131

Vậy mỗi phút phóng ra:
hạt alpha.
Bài 6. Một chất thải phóng xạ chu kì bán hủy là 200 năm được chứa trong thùng kín và chơn dưới
đất. Phải trong thời gian bao lâu thì tốc độ phân rã giảm từ 6,50.10 12 nguyên tử /phút xuống còn
3,00.10-13 nguyên tử /phút?
Giải
2,303log(

6,50.1012
ln 2
)=
× t ⇒ t = 16835, 78
−13
3, 00.10
200

năm.
Bài 7. Stronti-90 là một đồng vị phóng xạ có chu kì bán hủy là 28 năm được sinh ra khi nổ bom

nguyên tử. Nó là một đồng vị phóng xạ khá bền và có xu hướng tích tụ vào tủy xương nên đặc
biệt nguy hiểm cho người và động vật.
a) Viết và cân bằng phương trình hóa học của phản ứng phân hủy phóng xạ biết đây là đồng
vị phóng xạ β.

b) Một mẫu Sr-90 phóng xạ 2000 hạt β trong 1 phút. Hỏi cần bao nhiêu năm sự phóng xạ
mới giảm xuống 125 hạt β trong 1 phút.
Giải
a)

90
38

0
Sr →90
39 Y + −1 e

k=

ln2 ln2
=
28
t1
2

2,303log

2000 ln2
=
× t ⇒ t = 112,02nă
m
125
28

b)

Bài 8. Khi nghiên cứu một mảnh gỗ lấy từ một hang động của dãy Hy Mã Lạp Sơn người ta thấy

tốc độ phân rã (đối với mỗi gam cacbon) chỉ bằng 0,636 lần tốc độ phân rã của cacbon trong gỗ
ngày nay. Hãy xác định tuổi của mảnh gỗ đó biết rằng C-14 phóng xạ α có chu kì bán hủy là 5730
năm.
Trang 3


TÀI LIỆU ƠN THI OLYMPIC 10

Giải
k=

ln2 ln2
=
5730
t1
2

N = 0,636N0
2,303log

N0
0,636N0

=

ln2
× t ⇒ t = 3741,8naê
m

5730

Bài 9. Cerium-137 tham gia phản ứng trong lị phản ứng hạt nhân, có chu kì bán hủy 30,2 năm.

Ce-137 là một trong những đồng vị bị phát tán mạnh ở nhiều vùng của châu Âu sau một vụ tai
nạn hạt nhân. Sau bao lâu lượng chất độc này còn 1% kể từ lúc sự cố tai nạn xẩy ra?
Giải
k=

ln2 ln2
=
30,2
t1
2

N = 1%N 0
N
ln2
2,303log 0 =
× t ⇒ t = 200,7nă
m
1%N0 30,2
Bài 10. Hoạt tính phóng xạ của đồng vị

210
84

Po

giảm đi 6,85% sau 14 ngày. Xác định hằng số tốc độ

của quá trình phân rã, chu kì bán hủy và thời gian để cho nó bị phân rã 90%.
Giải
2,303log
t1 =
2

N0
(100− 6,85)%N0

=

ln2
× 14 ⇒ 5,07.10−3 ngà
y−1
k

ln2
ln2
=
= 136,7ngà
y
k
5,07.10−3

2,303log

N0
(100− 90)%N0

= 5,07.10−3.t ⇒ t = 454,2ngaø

y
206

Bài 11. Một mẫu đá uranynit có tỉ lệ khối lượng
238

U
là 4,55921.109 năm. Tính tuổi của mẫu đá đó.
Giải

Trang 4

Pb:238 U = 0,0435
. Biết chu kì bán hủy của


TÀI LIỆU ƠN THI OLYMPIC 10
238
92

206

U 
→82 Pb

Giảsửkhố
i lượng Pb là0,0435 gam, củ
a U là1 gam
Lượng U phâ
n rãthà

nh Pb
0,0435
0,0435
0,0435
nPb =
mol → nU =
mol → m =
× 238
206
206
206
Lượng U ban đầ
u
0,0435
m0 = 1+
× 238
206
ln2
ln2
k=
=
nă
m−1
t1
4,55921.109
2

0,0435
1+
× 238

ln2
206
2,303log
=
×t
1
4,55921.109
⇒ t = 3,23.108 nă
m
Bài 12. Xét một phản ứng hạt nhân:

2
1

H +12 H →32 He +10 n

. Biết khối lượng của các hạt nhân m H =
2,0135u ; mHe = 3,0149u ; mn = 1,0087u ; 1 u = 931,5MeV/c 2. Phản ứng trên thu hay tỏa bao
nhiêu năng lượng ?
Giải
∆E = (2.2,0135− 3,0149 − 1,0087).932,5 = 3,1671MeV

Vậy phản ứng trên tỏa ra 3,1671 MeV
23
20
23
Na +11 H →24 He +10
Ne
Na
11

11
Bài 13. Cho phản ứng hạt nhân:
. Lấy khối lượng các hạt nhân
;
20
4
1
Ne 2 He 1H
10
;
;
lần lượt là 22,9837 u; 19,9869 u; 4,0015 u; 1,0073 u và 1u = 931,5MeV/c 2. Phản
ứng trên thu hay tỏa bao nhiêu năng lượng ?
Giải
∆E = (22,9837+ 1,0073− 4,0015− 19,9869).932,5 = 2,4219MeV

Vậy phản ứng trên tỏa ra 2,4219 MeV.
210
Po
84
Bài 14. Pơlơni
phóng xạ α và biến đổi thành chì Pb. Biết khối lượng các hạt nhân Po; α; Pb
lần lượt là: 209,937303 u; 4,001506 u; 205,929442 u và 1 u = 931,5MeV/c 2 . Tính năng lượng tỏa
ra khi một hạt nhân pôlôni phân rã?
Giải
210
84

206
Po →82

Pb + 24 He

∆E = (209,937303− 4,001506 − 205,929442).931,5 = 5,92MeV

Vậy phản ứng tỏa ra 925,6 MeV

Trang 5