高中化學(xué)試題中的半衰期

蔡天津

半衰期是高中物理必修要求，在高中化學(xué)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(xué)反應(yīng)的半衰期。

1. 核反應(yīng)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(shí)間。如圖1為半衰期數(shù)與同位素百分含量關(guān)系。

核反應(yīng)的半衰期最常運(yùn)用于測(cè)定物體的年齡。例如考古常用C-14年代測(cè)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(xì)的樹木中C-14含量的6.25%，那么該木化石形成時(shí)間的計(jì)算為：先確定C-14含量所經(jīng)歷的半衰期個(gè)數(shù)，在每一個(gè)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(gè)1/2相乘才是6.25%。經(jīng)過計(jì)算，發(fā)現(xiàn)4個(gè)1/2相乘為6.25%，所以共過去了4個(gè)半衰期。因?yàn)榻?jīng)歷了4個(gè)半衰期，每一次都是5730年，所以共花去的時(shí)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(xué)試題中，半衰期沒有核衰變的計(jì)算，而只要求對(duì)概念的常識(shí)性了解就可以了。

例1（2005年全國(guó)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.12 B.14 C.16 D.18

解析此題雖然有出現(xiàn)半衰期，但并沒有考查這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，題目考查了組成原子的基本粒子（質(zhì)子、中子和核外電子）之間的基本關(guān)系及體現(xiàn)在兩個(gè)重要的等式上，理解了這兩個(gè)等式就容易解答本題。鎂是12號(hào)元素，其原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)為12，該同位素的質(zhì)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(xué)化學(xué)系蔡教授發(fā)表一則關(guān)于化學(xué)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(zhì)，只發(fā)現(xiàn)對(duì)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(jī)物

B.男元素的吸附性屬于物理性質(zhì)

C.該元素組成的物質(zhì)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(yīng)用。尼古丁是含有碳元素的有機(jī)物，所以乙醇和尼古丁都是有機(jī)物，故A正確；男元素的吸附后，形成了新物質(zhì)，所以屬于化學(xué)性質(zhì)，故B錯(cuò)誤；半衰期為30年，不易老化，故C錯(cuò)誤；迄今為止未發(fā)現(xiàn)其特殊的性質(zhì)，所以成熟的純粹的樣品在自然界不存在，故D錯(cuò)誤；故應(yīng)選A。

2. 化學(xué)反應(yīng)的半衰期

化學(xué)反應(yīng)的半衰期要求只有符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)的化學(xué)反應(yīng)才具有穩(wěn)定的半衰期數(shù)據(jù)，其反應(yīng)物濃度變化也與圖1相似。與核衰變不同的是，化學(xué)反應(yīng)的半衰期數(shù)據(jù)并非一成不變，而是會(huì)受到溫度因素的影響，對(duì)于一般的反應(yīng)，當(dāng)溫度上升時(shí)，反應(yīng)速率常數(shù)會(huì)升高，半衰期會(huì)相應(yīng)縮短，反之則會(huì)延長(zhǎng)。

非一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)的半衰期會(huì)隨著起始狀態(tài)的變化而發(fā)生變化，隨時(shí)檢測(cè)反應(yīng)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(gè)化學(xué)反應(yīng)表觀速率常數(shù)。

化學(xué)反應(yīng)半衰期知識(shí)點(diǎn)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(shí)間與反應(yīng)物濃度的關(guān)系呈現(xiàn)出來，用以考查學(xué)生對(duì)圖形或表格信息的提取、判斷與歸納和運(yùn)用的能力，這點(diǎn)符合高考對(duì)學(xué)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(shí)間進(jìn)行推理就可迎刃而解了。

圖2

例3（2010年福建高考理綜12）化合物Bilirubin在一定波長(zhǎng)的光照射下發(fā)生分解反應(yīng)，反應(yīng)物

濃度隨反應(yīng)時(shí)間變化如圖2所示，計(jì)算反應(yīng)4～8 min間的平均反應(yīng)速率和推測(cè)反應(yīng)16 min 反應(yīng)物的濃度，結(jié)果應(yīng)是 （ ）。

A.2.5 μmol·L-1·min-1和2.0 μmol·L-1

B.2.5 μmol·L-1·min-1和2.5 μmol·L-1

C.3.0 μmol·L-1·min-1和3.0 μmol·L-1

D.5.0 μmol·L-1·min-1和3.0 μmol·L-1

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

、由20 μmol·L-1到10 μmol·L-1均為4 min，所以此反應(yīng)的半衰期為4 min，那么16 min時(shí)已經(jīng)歷了4個(gè)半衰期，反應(yīng)物濃度為40 μmol·L-1×12×12×12×12= 2.5 μmol·L-1。答案為B。

例4（2014年福建高考理綜）在一定條件下，N2O分解的部分實(shí)驗(yàn)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。而給出了半衰期的注釋，降低了難度，有利于學(xué)生答題。由表可知，每隔10min，c（N2O）的變化量相等，故單位時(shí)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(cuò)誤；從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知c（N2O）由0.1 mol·L-1變?yōu)?.05 mol·L-1，用時(shí)50 min，故0.1 mol·L-1 N2O的半衰期為50 min，c（N2O）由0.08 mol·L-1變?yōu)?.04 mol·L-1，用時(shí)40 min，故0.08 mol·L-1 N2O的半衰期為

40 min，故隨著濃度的減小，半衰期也在減小，C錯(cuò)誤；由表格可知，每隔10 min，c（N2O）的變化量相等，故N2O的起始濃度越大，單位時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)化率越小，故D錯(cuò)誤，答案為A。

（收稿日期：2014-08-11）

半衰期是高中物理必修要求，在高中化學(xué)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(xué)反應(yīng)的半衰期。

1. 核反應(yīng)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(shí)間。如圖1為半衰期數(shù)與同位素百分含量關(guān)系。

核反應(yīng)的半衰期最常運(yùn)用于測(cè)定物體的年齡。例如考古常用C-14年代測(cè)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(xì)的樹木中C-14含量的6.25%，那么該木化石形成時(shí)間的計(jì)算為：先確定C-14含量所經(jīng)歷的半衰期個(gè)數(shù)，在每一個(gè)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(gè)1/2相乘才是6.25%。經(jīng)過計(jì)算，發(fā)現(xiàn)4個(gè)1/2相乘為6.25%，所以共過去了4個(gè)半衰期。因?yàn)榻?jīng)歷了4個(gè)半衰期，每一次都是5730年，所以共花去的時(shí)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(xué)試題中，半衰期沒有核衰變的計(jì)算，而只要求對(duì)概念的常識(shí)性了解就可以了。

例1（2005年全國(guó)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.12 B.14 C.16 D.18

解析此題雖然有出現(xiàn)半衰期，但并沒有考查這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，題目考查了組成原子的基本粒子（質(zhì)子、中子和核外電子）之間的基本關(guān)系及體現(xiàn)在兩個(gè)重要的等式上，理解了這兩個(gè)等式就容易解答本題。鎂是12號(hào)元素，其原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)為12，該同位素的質(zhì)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(xué)化學(xué)系蔡教授發(fā)表一則關(guān)于化學(xué)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(zhì)，只發(fā)現(xiàn)對(duì)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(jī)物

B.男元素的吸附性屬于物理性質(zhì)

C.該元素組成的物質(zhì)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(yīng)用。尼古丁是含有碳元素的有機(jī)物，所以乙醇和尼古丁都是有機(jī)物，故A正確；男元素的吸附后，形成了新物質(zhì)，所以屬于化學(xué)性質(zhì)，故B錯(cuò)誤；半衰期為30年，不易老化，故C錯(cuò)誤；迄今為止未發(fā)現(xiàn)其特殊的性質(zhì)，所以成熟的純粹的樣品在自然界不存在，故D錯(cuò)誤；故應(yīng)選A。

2. 化學(xué)反應(yīng)的半衰期

化學(xué)反應(yīng)的半衰期要求只有符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)的化學(xué)反應(yīng)才具有穩(wěn)定的半衰期數(shù)據(jù)，其反應(yīng)物濃度變化也與圖1相似。與核衰變不同的是，化學(xué)反應(yīng)的半衰期數(shù)據(jù)并非一成不變，而是會(huì)受到溫度因素的影響，對(duì)于一般的反應(yīng)，當(dāng)溫度上升時(shí)，反應(yīng)速率常數(shù)會(huì)升高，半衰期會(huì)相應(yīng)縮短，反之則會(huì)延長(zhǎng)。

非一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)的半衰期會(huì)隨著起始狀態(tài)的變化而發(fā)生變化，隨時(shí)檢測(cè)反應(yīng)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(gè)化學(xué)反應(yīng)表觀速率常數(shù)。

化學(xué)反應(yīng)半衰期知識(shí)點(diǎn)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(shí)間與反應(yīng)物濃度的關(guān)系呈現(xiàn)出來，用以考查學(xué)生對(duì)圖形或表格信息的提取、判斷與歸納和運(yùn)用的能力，這點(diǎn)符合高考對(duì)學(xué)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(shí)間進(jìn)行推理就可迎刃而解了。

圖2

例3（2010年福建高考理綜12）化合物Bilirubin在一定波長(zhǎng)的光照射下發(fā)生分解反應(yīng)，反應(yīng)物

濃度隨反應(yīng)時(shí)間變化如圖2所示，計(jì)算反應(yīng)4～8 min間的平均反應(yīng)速率和推測(cè)反應(yīng)16 min 反應(yīng)物的濃度，結(jié)果應(yīng)是 （ ）。

A.2.5 μmol·L-1·min-1和2.0 μmol·L-1

B.2.5 μmol·L-1·min-1和2.5 μmol·L-1

C.3.0 μmol·L-1·min-1和3.0 μmol·L-1

D.5.0 μmol·L-1·min-1和3.0 μmol·L-1

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

、由20 μmol·L-1到10 μmol·L-1均為4 min，所以此反應(yīng)的半衰期為4 min，那么16 min時(shí)已經(jīng)歷了4個(gè)半衰期，反應(yīng)物濃度為40 μmol·L-1×12×12×12×12= 2.5 μmol·L-1。答案為B。

例4（2014年福建高考理綜）在一定條件下，N2O分解的部分實(shí)驗(yàn)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。而給出了半衰期的注釋，降低了難度，有利于學(xué)生答題。由表可知，每隔10min，c（N2O）的變化量相等，故單位時(shí)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(cuò)誤；從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知c（N2O）由0.1 mol·L-1變?yōu)?.05 mol·L-1，用時(shí)50 min，故0.1 mol·L-1 N2O的半衰期為50 min，c（N2O）由0.08 mol·L-1變?yōu)?.04 mol·L-1，用時(shí)40 min，故0.08 mol·L-1 N2O的半衰期為

40 min，故隨著濃度的減小，半衰期也在減小，C錯(cuò)誤；由表格可知，每隔10 min，c（N2O）的變化量相等，故N2O的起始濃度越大，單位時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)化率越小，故D錯(cuò)誤，答案為A。

（收稿日期：2014-08-11）

半衰期是高中物理必修要求，在高中化學(xué)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(xué)反應(yīng)的半衰期。

1. 核反應(yīng)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(shí)間。如圖1為半衰期數(shù)與同位素百分含量關(guān)系。

核反應(yīng)的半衰期最常運(yùn)用于測(cè)定物體的年齡。例如考古常用C-14年代測(cè)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(xì)的樹木中C-14含量的6.25%，那么該木化石形成時(shí)間的計(jì)算為：先確定C-14含量所經(jīng)歷的半衰期個(gè)數(shù)，在每一個(gè)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(gè)1/2相乘才是6.25%。經(jīng)過計(jì)算，發(fā)現(xiàn)4個(gè)1/2相乘為6.25%，所以共過去了4個(gè)半衰期。因?yàn)榻?jīng)歷了4個(gè)半衰期，每一次都是5730年，所以共花去的時(shí)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(xué)試題中，半衰期沒有核衰變的計(jì)算，而只要求對(duì)概念的常識(shí)性了解就可以了。

例1（2005年全國(guó)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.12 B.14 C.16 D.18

解析此題雖然有出現(xiàn)半衰期，但并沒有考查這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，題目考查了組成原子的基本粒子（質(zhì)子、中子和核外電子）之間的基本關(guān)系及體現(xiàn)在兩個(gè)重要的等式上，理解了這兩個(gè)等式就容易解答本題。鎂是12號(hào)元素，其原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)為12，該同位素的質(zhì)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(xué)化學(xué)系蔡教授發(fā)表一則關(guān)于化學(xué)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(zhì)，只發(fā)現(xiàn)對(duì)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(jī)物

B.男元素的吸附性屬于物理性質(zhì)

C.該元素組成的物質(zhì)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(yīng)用。尼古丁是含有碳元素的有機(jī)物，所以乙醇和尼古丁都是有機(jī)物，故A正確；男元素的吸附后，形成了新物質(zhì)，所以屬于化學(xué)性質(zhì)，故B錯(cuò)誤；半衰期為30年，不易老化，故C錯(cuò)誤；迄今為止未發(fā)現(xiàn)其特殊的性質(zhì)，所以成熟的純粹的樣品在自然界不存在，故D錯(cuò)誤；故應(yīng)選A。

2. 化學(xué)反應(yīng)的半衰期

化學(xué)反應(yīng)的半衰期要求只有符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)的化學(xué)反應(yīng)才具有穩(wěn)定的半衰期數(shù)據(jù)，其反應(yīng)物濃度變化也與圖1相似。與核衰變不同的是，化學(xué)反應(yīng)的半衰期數(shù)據(jù)并非一成不變，而是會(huì)受到溫度因素的影響，對(duì)于一般的反應(yīng)，當(dāng)溫度上升時(shí)，反應(yīng)速率常數(shù)會(huì)升高，半衰期會(huì)相應(yīng)縮短，反之則會(huì)延長(zhǎng)。

非一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)的半衰期會(huì)隨著起始狀態(tài)的變化而發(fā)生變化，隨時(shí)檢測(cè)反應(yīng)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(gè)化學(xué)反應(yīng)表觀速率常數(shù)。

化學(xué)反應(yīng)半衰期知識(shí)點(diǎn)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(shí)間與反應(yīng)物濃度的關(guān)系呈現(xiàn)出來，用以考查學(xué)生對(duì)圖形或表格信息的提取、判斷與歸納和運(yùn)用的能力，這點(diǎn)符合高考對(duì)學(xué)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(shí)間進(jìn)行推理就可迎刃而解了。

圖2

例3（2010年福建高考理綜12）化合物Bilirubin在一定波長(zhǎng)的光照射下發(fā)生分解反應(yīng)，反應(yīng)物

濃度隨反應(yīng)時(shí)間變化如圖2所示，計(jì)算反應(yīng)4～8 min間的平均反應(yīng)速率和推測(cè)反應(yīng)16 min 反應(yīng)物的濃度，結(jié)果應(yīng)是 （ ）。

A.2.5 μmol·L-1·min-1和2.0 μmol·L-1

B.2.5 μmol·L-1·min-1和2.5 μmol·L-1

C.3.0 μmol·L-1·min-1和3.0 μmol·L-1

D.5.0 μmol·L-1·min-1和3.0 μmol·L-1

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

、由20 μmol·L-1到10 μmol·L-1均為4 min，所以此反應(yīng)的半衰期為4 min，那么16 min時(shí)已經(jīng)歷了4個(gè)半衰期，反應(yīng)物濃度為40 μmol·L-1×12×12×12×12= 2.5 μmol·L-1。答案為B。

例4（2014年福建高考理綜）在一定條件下，N2O分解的部分實(shí)驗(yàn)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。而給出了半衰期的注釋，降低了難度，有利于學(xué)生答題。由表可知，每隔10min，c（N2O）的變化量相等，故單位時(shí)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(cuò)誤；從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知c（N2O）由0.1 mol·L-1變?yōu)?.05 mol·L-1，用時(shí)50 min，故0.1 mol·L-1 N2O的半衰期為50 min，c（N2O）由0.08 mol·L-1變?yōu)?.04 mol·L-1，用時(shí)40 min，故0.08 mol·L-1 N2O的半衰期為

40 min，故隨著濃度的減小，半衰期也在減小，C錯(cuò)誤；由表格可知，每隔10 min，c（N2O）的變化量相等，故N2O的起始濃度越大，單位時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)化率越小，故D錯(cuò)誤，答案為A。

（收稿日期：2014-08-11）