Интерактивные задания, страница 92 - гдз по химии 7 класс учебник Оспанова, Аухадиева

Пройдите по ссылке QR-кода и выполните задания.

На изображении представлено два задания: текстовый вопрос и задачи, доступные по QR-коду. Ниже представлено развернутое решение для обоих.

Анализ обозначений в ядерной физике

Частично видимый вопрос, вероятно, относится к стандартному обозначению нуклида (атомного ядра) $_{Z}^{A}X$. В этом обозначении:

1) X

Символ $\text{X}$ обозначает химический элемент, которому принадлежит ядро. Например, $\text{U}$ для урана, $He$ для гелия.

Ответ: $\text{X}$ — это символ химического элемента.

2) y

Буква $\text{y}$ не является стандартным обозначением в этой записи. Скорее всего, это опечатка, и имелась в виду буква $\text{A}$. В таком случае $\text{A}$ — это массовое число, которое равно общему числу протонов и нейтронов (нуклонов) в ядре.

Ответ: Вероятно, это опечатка, и имеется в виду массовое число $\text{A}$.

3) Z

$\text{Z}$ — это зарядовое число, или атомный номер. Оно равно количеству протонов в ядре и определяет место элемента в периодической таблице Менделеева.

Ответ: $\text{Z}$ — это зарядовое число (количество протонов).

Задания по QR-коду

QR-код ведет на страницу с задачами по теме "Деление ядер урана. Цепные ядерные реакции". Ниже приведены решения этих задач.

Задача 1

Допишите реакцию деления ядра урана $_{92}^{235}U+_{0}^{1}n\rightarrow _{54}^{140}Xe+?+2_{0}^{1}n$.

Решение

Для решения задачи воспользуемся законами сохранения зарядового числа ($\text{Z}$) и массового числа ($\text{A}$) в ядерных реакциях. Пусть неизвестный продукт реакции — ядро $_{Z}^{A}X$.

Реакция имеет вид: $_{92}^{235}U + _{0}^{1}n \rightarrow _{54}^{140}Xe + _{Z}^{A}X + 2 _{0}^{1}n$.

1. Закон сохранения зарядового числа (суммы нижних индексов):

Сумма зарядовых чисел до реакции: $92 + 0 = 92$.

Сумма зарядовых чисел после реакции: $54 + Z + 2 \cdot 0 = 54 + Z$.

Приравниваем эти значения: $92 = 54 + Z$.

Отсюда $Z = 92 - 54 = 38$. Элемент с атомным номером 38 — это стронций (Sr).

2. Закон сохранения массового числа (суммы верхних индексов):

Сумма массовых чисел до реакции: $235 + 1 = 236$.

Сумма массовых чисел после реакции: $140 + A + 2 \cdot 1 = 142 + A$.

Приравниваем эти значения: $236 = 142 + A$.

Отсюда $A = 236 - 142 = 94$.

Таким образом, неизвестный продукт реакции — это ядро стронция-94: $_{38}^{94}Sr$.

Полная реакция: $_{92}^{235}U + _{0}^{1}n \rightarrow _{54}^{140}Xe + _{38}^{94}Sr + 2 _{0}^{1}n$.

Ответ: Неизвестный продукт реакции — $_{38}^{94}Sr$.

Задача 2

Дано:

Энергия деления одного ядра урана, $E_1 = 200 \text{ МэВ}$

Масса урана, $m_U = 2 \text{ кг}$

Удельная теплота сгорания угля, $q_c = 29,3 \text{ МДж/кг}$

Молярная масса урана-235, $M_U \approx 0,235 \text{ кг/моль}$

Число Авогадро, $N_A = 6,022 \times 10^{23} \text{ моль}^{-1}$

Заряд электрона, $e = 1,6 \times 10^{-19} \text{ Кл}$

Перевод в СИ:

$E_1 = 200 \text{ МэВ} = 200 \times 10^6 \text{ эВ} = 200 \times 10^6 \times 1,6 \times 10^{-19} \text{ Дж} = 3,2 \times 10^{-11} \text{ Дж}$

$q_c = 29,3 \text{ МДж/кг} = 29,3 \times 10^6 \text{ Дж/кг}$

Найти:

Общая энергия деления урана, $E_U - ?$

Масса угля, $m_c - ?$

Решение

1. Найдем количество ядер $N_U$ в 2 кг урана-235. Количество вещества $\nu = \frac{m_U}{M_U}$, а количество ядер $N_U = \nu \cdot N_A$.

$N_U = \frac{m_U}{M_U} N_A = \frac{2 \text{ кг}}{0,235 \text{ кг/моль}} \times 6,022 \times 10^{23} \text{ моль}^{-1} \approx 5,125 \times 10^{24}$ ядер.

2. Рассчитаем общую энергию $E_U$, которая выделится при делении всех этих ядер:

$E_U = N_U \times E_1 = (5,125 \times 10^{24}) \times (3,2 \times 10^{-11} \text{ Дж}) \approx 1,64 \times 10^{14} \text{ Дж}$.

3. Теперь найдем массу угля $m_c$, при сжигании которой выделится такое же количество энергии. Энергия сгорания угля $E_c = m_c \times q_c$.

Приравниваем $E_U = E_c$:

$m_c = \frac{E_U}{q_c} = \frac{1,64 \times 10^{14} \text{ Дж}}{29,3 \times 10^6 \text{ Дж/кг}} \approx 5,6 \times 10^6 \text{ кг}$.

Это составляет 5600 тонн.

Ответ: При делении 2 кг урана выделится $1,64 \times 10^{14}$ Дж энергии. Для получения такого же количества энергии пришлось бы сжечь $5,6 \times 10^6$ кг (5600 тонн) угля.

Задача 3

Дано:

Полезная мощность, $P_{пол} = 500 \text{ МВт}$

КПД, $\eta = 20\%$

Время, $t = 1 \text{ год}$

Энергия деления одного ядра урана, $E_1 = 200 \text{ МэВ}$

Молярная масса урана-235, $M_U \approx 0,235 \text{ кг/моль}$

Перевод в СИ:

$P_{пол} = 500 \times 10^6 \text{ Вт}$

$\eta = 0,20$

$t = 1 \text{ год} \approx 3,15 \times 10^7 \text{ с}$

$E_1 = 3,2 \times 10^{-11} \text{ Дж}$

Найти:

Годовой расход урана, $m_U - ?$

Решение

1. Полезная энергия, выработанная за год: $E_{пол} = P_{пол} \times t$.

$E_{пол} = (500 \times 10^6 \text{ Вт}) \times (3,15 \times 10^7 \text{ с}) = 1,575 \times 10^{16} \text{ Дж}$.

2. Полная (затраченная) энергия, полученная от деления ядер: $E_{затр} = \frac{E_{пол}}{\eta}$.

$E_{затр} = \frac{1,575 \times 10^{16} \text{ Дж}}{0,20} = 7,875 \times 10^{16} \text{ Дж}$.

3. Количество ядер $\text{N}$, которые должны разделиться для получения этой энергии: $N = \frac{E_{затр}}{E_1}$.

$N = \frac{7,875 \times 10^{16} \text{ Дж}}{3,2 \times 10^{-11} \text{ Дж}} \approx 2,46 \times 10^{27}$ ядер.

4. Масса урана, соответствующая этому количеству ядер: $m_U = \frac{N}{N_A} \times M_U$.

$m_U = \frac{2,46 \times 10^{27}}{6,022 \times 10^{23} \text{ моль}^{-1}} \times 0,235 \text{ кг/моль} \approx 960 \text{ кг}$.

Ответ: Годовой расход урана-235 составляет примерно 960 кг.

Задача 4

Дано:

Полезная мощность, $P_{пол} = 35000 \text{ кВт}$

КПД, $\eta = 25\%$

Время, $t = 40 \text{ суток}$

Энергия деления одного ядра урана, $E_1 = 200 \text{ МэВ}$

Молярная масса урана-235, $M_U \approx 0,235 \text{ кг/моль}$

Перевод в СИ:

$P_{пол} = 35 \times 10^6 \text{ Вт}$

$\eta = 0,25$

$t = 40 \text{ суток} = 40 \times 24 \times 3600 \text{ с} = 3,456 \times 10^6 \text{ с}$

$E_1 = 3,2 \times 10^{-11} \text{ Дж}$

Найти:

Масса урана, $m_U - ?$

Решение

1. Полезная энергия за 40 суток: $E_{пол} = P_{пол} \times t$.

$E_{пол} = (35 \times 10^6 \text{ Вт}) \times (3,456 \times 10^6 \text{ с}) = 1,2096 \times 10^{14} \text{ Дж}$.

2. Полная энергия от деления ядер: $E_{затр} = \frac{E_{пол}}{\eta}$.

$E_{затр} = \frac{1,2096 \times 10^{14} \text{ Дж}}{0,25} = 4,8384 \times 10^{14} \text{ Дж}$.

3. Количество разделившихся ядер: $N = \frac{E_{затр}}{E_1}$.

$N = \frac{4,8384 \times 10^{14} \text{ Дж}}{3,2 \times 10^{-11} \text{ Дж}} \approx 1,512 \times 10^{25}$ ядер.

4. Необходимая масса урана: $m_U = \frac{N}{N_A} \times M_U$.

$m_U = \frac{1,512 \times 10^{25}}{6,022 \times 10^{23} \text{ моль}^{-1}} \times 0,235 \text{ кг/моль} \approx 5,9 \text{ кг}$.

Ответ: Для похода продолжительностью 40 суток необходимо примерно 5,9 кг урана-235.