高中化學試題中的半衰期

精品文檔-下載后可編輯高中化學試題中的半衰期半衰期是高中物理必修要求，在高中化學試題中呈現(xiàn)出來半衰期要求與物理有所不同，主要是核衰變半衰期和化學反應的半衰期。

1.核反應的半衰期

核衰變的半衰期是指一定數(shù)量的放射性同位素，其中的一半發(fā)生衰變所需要的時間。如圖1為半衰期數(shù)與同位素百分含量關系。

核反應的半衰期最常運用于測定物體的年齡。例如考古常用C-14年代測定法。C-14的半衰期是5730年，在一塊木化石中C-14的含量是現(xiàn)今存活的相同粗細的樹木中C-14含量的6.25%，那么該木化石形成時間的計算為：先確定C-14含量所經(jīng)歷的半衰期個數(shù)，在每一個半衰期后，放射性同位素的一半原子發(fā)生衰變，所以需要找出幾個1/2相乘才是6.25%。經(jīng)過計算，發(fā)現(xiàn)4個1/2相乘為6.25%，所以共過去了4個半衰期。因為經(jīng)歷了4個半衰期，每一次都是5730年，所以共花去的時間為5730年×4=22920年，所以這棵樹是在22920年前形成的。

原子核衰變常見有α衰變（產(chǎn)生氦原子）、β衰變（產(chǎn)生電子）、γ射線衰變，這部分更多的是物理要求。在化學試題中，半衰期沒有核衰變的計算，而只要求對概念的常識性了解就可以了。

例1（2022年全國高考）分析發(fā)現(xiàn)，某隕石中含有半衰期極短的鎂的一種放射性同位素28Mg，該同位素的原子核內(nèi)的中子數(shù)是（）。

A.12B.14C.16D.18

解析此題雖然有出現(xiàn)半衰期，但并沒有考查這個知識點，題目考查了組成原子的基本粒子（質子、中子和核外電子）之間的基本關系及體現(xiàn)在兩個重要的等式上，理解了這兩個等式就容易解答本題。鎂是12號元素，其原子核內(nèi)質子數(shù)為12，該同位素的質量數(shù)為28，所以該原子核內(nèi)的中子數(shù)為28-12=16。正確解答C。

例2近日，香港大學化學系蔡教授發(fā)表一則關于化學元素的新發(fā)現(xiàn)，此元素的名稱定義為：男元素（man），迄今為止未發(fā)現(xiàn)其特殊的性質，只發(fā)現(xiàn)對乙醇和尼古丁有吸附性，半衰期為30年。

下列描述正確的是（）。

A.乙醇和尼古丁都是有機物

B.男元素的吸附性屬于物理性質

C.該元素組成的物質易老化

D.自然界存在該元素組成的純粹樣品

解析本題是考查元素周期律和元素周期表的應用。尼古丁是含有碳元素的有機物，所以乙醇和尼古丁都是有機物，故A正確；男元素的吸附后，形成了新物質，所以屬于化學性質，故B錯誤；半衰期為30年，不易老化，故C錯誤；迄今為止未發(fā)現(xiàn)其特殊的性質，所以成熟的純粹的樣品在自然界不存在，故D錯誤；故應選A。

2.化學反應的半衰期

化學反應的半衰期要求只有符合一級動力學的化學反應才具有穩(wěn)定的半衰期數(shù)據(jù)，其反應物濃度變化也與圖1相似。與核衰變不同的是，化學反應的半衰期數(shù)據(jù)并非一成不變，而是會受到溫度因素的影響，對于一般的反應，當溫度上升時，反應速率常數(shù)會升高，半衰期會相應縮短，反之則會延長。

非一級動力學反應的半衰期會隨著起始狀態(tài)的變化而發(fā)生變化，隨時檢測反應體系濃度的變化可以了解半衰期與起始狀態(tài)之間的聯(lián)系，從而了解一個化學反應表觀速率常數(shù)。

化學反應半衰期知識點在高考考試大綱中不做要求。但半衰期可以以圖形或表格表示時間與反應物濃度的關系呈現(xiàn)出來，用以考查學生對圖形或表格信息的提取、判斷與歸納和運用的能力，這點符合高考對學生能力考查的要求。這類題型抓住濃度消耗一半所需要的時間進行推理就可迎刃而解了。

圖2

例3（2022年福建高考理綜12）化合物Bilirubin在一定波長的光照射下發(fā)生分解反應，反應物

濃度隨反應時間變化如圖2所示，計算反應4～8min間的平均反應速率和推測反應16min反應物的濃度，結果應是（）。

A.2.5μmol?L-1?min-1和2.0μmol?L-1

B.2.5μmol?L-1?min-1和2.5μmol?L-1

C.3.0μmol?L-1?min-1和3.0μmol?L-1

D.5.0μmol?L-1?min-1和3.0μmol?L-1

解析本題考查化學反應速率有關計算。4～8min間的平均反應速率較易計算，其反應速率為（20-10）μmol?L-1/4min=2.5μmol/（L?min），第二問若用速率變化規(guī)律來計算較繁瑣，但從反應半衰期數(shù)據(jù)就容易判斷了。從圖形可知濃度由40μmol?L-1到20μmol?L-1

、由20μmol?L-1到10μmol?L-1均為4min，所以此反應的半衰期為4min，那么16min時已經(jīng)歷了4個半衰期，反應物濃度為40μmol?L-1×12×12×12×12=2.5μmol?L-1。答案為B。

例4（2022年福建高考理綜）在一定條件下，N2O分解的部分實驗數(shù)據(jù)如表1：

解析這題所給表格、圖像信息量大，且較為新穎，有一定的難度。而給出了半衰期的解釋，降低了難度，有利于學生答題。由表可知，每隔10min，c（N2O）的變化量相等，故單位時間內(nèi)

c（N2O）的變化量是定值，即N2O的分解速率是定值，故A正確，B錯誤；從實驗數(shù)據(jù)可知c（N2O）由0.1mol?L-1變?yōu)?.05mol?L-1，用時50min，故0.1mol?L-1N2O的半衰期為50min，c（N2O）由0.08mol?L-1變?yōu)?.04mol?L-1，用時40min，故0.08mol?L-1N2O的半