饱和碳原子上的亲核取代反应

饱和碳原子上的亲核取代反应

（一）有机反应历程概述

反应历程是研究反应物转变成产物实际历程的全过程。包括试剂的进攻，反应中间体的生成直到产物生成的全部动态变化过程。

分子在10-12—10-14秒内完成原子碰撞，断键，这就要求10-14—10-15秒以上的分辨率。以前红外激光分辨率达到10-12秒，研究手法受到限制。现在飞秒激光，1fs=10-15s。

反应历程是根据实验手法可得数据提出的假说，是推论出来的，都是间接证明。

一个分子的反应历程要求对所有实验都能做出解释，而且有预言性。

在上世纪三十年代，提出了过渡态、活化络合物理论；

上世纪四十年代，发展了离子反应历程；

五十年代，发展了游离基反应历程，对高分子发展有重大影响；

六十年代，分子反应历程：

W—H轨道对称性守恒，还发现了一些价键异常，非常不稳定的中间体，如鎓内盐、卡宾、亚氮、苯炔、激发态分子等。

研究反应历程一般要用几种方法来推断，常用的方法有：

（1）产物的研究包括所有的产物、比例等。例如甲烷在光照下氯化，不仅有氯化甲烷，还有乙烷，这是自由基反应的产物。

（2）中间体的确定如果推论反应有中间体存在，可以捕获，如在苯炔反应中加入二烯捕获。

（3）动力学证据 （4）同位素标记 （5）主体化学证明 （6）催化剂的利用

研究反应历程的目的：认识一个反应是如何进行的，找出各种反应的相互关系，指导反应条件的选择，优化工艺，提高产率，降低成本。 几个基本概念：

有机反应是分步进行的，有的只有瞬间寿命，称为活泼中间体。

有的只是反应过程中的某种能量变化状态，如果这一状态具有决定意义，一般称为过渡态。过渡态具有最高能量状态，组成一种活化络合物，其组成是非经典的。

三者结合的过渡态只有一个振动自由度，或者Y 向R 靠近而X 疏远，或者X 向R 靠近，而Y 疏远，移动沿直线方向。

通常用反应坐标（或反应进程）--反应势能曲线图来表示。

二步反应进程-能量曲线图

中间体处于势能曲线的凹槽，有一定的寿命，可用物理方法得知，它们具有几何形状。例如C +，C _，C .。

中间体越稳定凹槽也越深，寿命就越长，有的很短，只有10-12秒。

R X+Y Y R X R Y +X

过渡态的结构信息对了解反应机理非常重要，但由于其寿命几乎是零，不能直接测定。

汉蒙特（Hammond）假说：如果一种过渡态和一种中间体是连续递变的关系，而且它们能量差别不大，那么它们之间的改变只涉及结构上很小的改变。可用下图说明：

该假说的意义在于：在某些情况下，可以根据多步反应过程中的中间体、反应物、或产物来讨论过渡态的结构。

苯环取代反应中过渡态和中间体能量示意图

反应的决定速度步骤包括形成一个与σ-中间体非常相似的过渡态，因此只须讨论σ-中间体就可以了。

（二）亲核取代反应概述

亲核取代反应研究的比较充分，在有机合成上有广泛的应用，最早由英国伦

敦大学的Hughes(休斯)和Infold(费格尔德)完成的单分子亲核取代反应S N 1和双分子亲核取代反应S N 2。

饱和碳原子上的亲核取代反应是指在饱和碳原子上的一个原子或基团被另一个带负电荷或中性的原子或基团取代的过程。

分为四种类型：

1、中性底物与负性亲核试剂

2、中性底物与中性亲核试剂

3、正性底物与负性亲核试剂

4、正性底物与中性Nu

当亲核试剂是溶剂时叫溶剂解反应

（三）反应历程

（1）S N 1（substitution nucleophilicUnimoleclar ）

单分子亲核取代反应也叫电离机理

S N 1反应是分步进行的，反应首先解离成正碳离子和带负电荷的离去基团，这是决定速度步骤，也是最慢的一步。

R-L

+Nu

RNu

+L

底物中性的正性的

亲核试剂中性的负离子

产物

离去基团中性的

负离子第一步：

R-L R +

+

L -第二步：R +

+

Nu -

RNu R-I+OH

-

CH 3OH 2+Cl CH 3Cl +H 2

O

R NMe 3+ H 2S RSH 2+ NMe

3

R I +H 2O ROH 2+

I

例如：三级溴代丁烷的碱性水解

动力学表达式：][]

[1RL k dt

RL d v =-= Nu

不在表达式中，解离时需要能量，当能量达到最高时相当于第一

过渡态

，然后成为中间体

当C +与亲核试剂接近形成新键时又需要一些能量，形成第二个过渡态，当键形成时放出能量，得到产物。

正碳离子是反应中间体，六隅体，具有高度反应性，在反应中暂时存在，一般不能分离。 结构：

sp 2杂化，平面型结构，三个取代基在同一个平面上互成120度角，还有一个空的2p 轨道与此平面垂直。 如果C +越稳定就越易生成，反应速度就越快。

叔卤代烷S N 1的主体化学：

CMe 3Br

Me 3+Br

Me 3C +OH

Me 3C OH

C

L C L

[

]

Nu 从平面两边进攻机会相等，因此得到外消旋混合物（在很多反应中，构型翻转和保持几乎相等，即100％外消旋体，有时构型翻转居多些）例如：

（2）S N 2(Substitutionnucleophilicbimolecular) 双分子亲核取代反应也叫直接取代机理，反应是协同的。 以溴代烷水解为例：

反应速率：]][[31-=OH Br CH k v

亲核试剂从离去基团的背面向碳原子进攻，在一条线上

过渡态结构，中心碳原子是五配位的，不是真实的化学键。

C 6H 5

C H

CH 3

Br

CH3OH

C 6H 5

C H

CH 3

OCH 3产物:

73%外消旋化,27%构型翻转C Nu Nu+C L

u

OH

+C Br H H

慢

C Br

H H H

OH 快

OH +

Br

构型翻转，转化

L

关于亲核试剂进攻中心碳原子的问题，背面有利。 以FMO 解释：

C-L 反键轨道反方向上有较大的瓣，这样有利于从背面进攻；如果Nu 从底物L 一侧进攻，既有成键作用，又有反键作用，这是不利的。

S N 2主体化学的特征是构型翻转

（3）离子对反应历程 S N 1和 S N 2只是两种极端情况

反应速率：]][[][33231ONa CH CHCl ArCH k CHCl ArCH k v +=

从动力学方程看，无法从反应级数断定，即不是一级反应，又不是二级反应。 认为在CH 3ONa 的浓度为3.5M 时，反应有61％S N 2＋39％S N 1，而离子对反应历程认为，反应物的解离不是一步完成的，而是逐步的，分四个阶段：

上述每个阶段都可以返回到前一个阶段，又可以进入下一阶段，亲核试剂可以发生在以上四个不同阶段上，实际的反应体系是这些不同阶段离子对及大量自由离子的平衡混合物，是其反应的总和。

离子对机理可以把S N 1和S N 2

及其它情况统一起来成为一个比较完整的反应

R

L

RL

R

L

R+L

紧密离子对

溶剂介入的离子对

自由离子整体溶媒化共价底物

S N 2转化

S N 2+S N 1

S N 1外消旋

Ar CHCl 3

CH 3OH,CH 3ONa

76℃

Ar CHOCH 3

3

机理。

反应发生在不同阶段主要取决于反应物的结构和Nu 的强度，碳正离子越稳定，解离程度越大，自由C +越多，再加上较弱的亲核试剂反应易于发生在后期阶段，S N 1。（Nu 对S N 1反应速度无影响，但影响产物的比例）

如果碳正离子不稳定，不易生成，而亲核试剂又较强时，反应就可发生在前期阶段。 例如：

前者碳正离子比后者更稳定些，有利于S N 1机制。

当转为用水（更强的亲核试剂）代替丙酮水溶液时对于外消旋

比例由98%降为80%。

（4）S N i 分子内亲核取代反应

这是制备卤代烷及酰卤的常用实验室方法，非常方便。首先反应生成中间体：ROSOCl 即：

中间体是这样生成的：

C 6H 5

H

CH

3

Cl

R OH +SOCl RCl +SO 2

+

HCl

O

R +SO

2

Cl -紧密离子对

R

O

Cl

O

O

S

Cl

Cl

R

O +C 6H 5CHCl

-CH 380%丙酮水溶液

98%+-CH 3

其余转化

+-C 6H 13CH 3

80%丙酮水溶液

34%外消旋 其余转化

反应动力学是二级的，产物构型保持，Cl -从同一侧进攻，故称分子内亲核取代。

如果反应在有吡啶存在下进行，则构型转化。

这是因为含有自由负离子-Nu 比紧密离子对更能优先起亲核试剂作用，产物构型转化。

类似的例子

（四）影响亲核取代反应的因素

溶剂，亲核试剂，烷基结构，和离去基团都有影响． （１）溶剂的影响： 对S N 1反应:

底物在过渡态中极性增加了(原来为中性)，溶剂如果含氢质子，可以和L 通过氢键作用使之溶剂化，从而稳定了L -，这样有利于解离过程的发生。

常见溶剂的介电常数：水：78.55 ，甲酸:56.1，甲醇：24 丙酮：20.7，THF ：7.6，乙酸：6.15，乙醚：4.24

R

OH

+

Cl

SO 2NR 2'

ROSO 2NR 2'

S

O

O

胺磺酰氯

胺磺酸脂

H 2O

RNR'2+SO 3

N

+ HCl N Cl

C n-C 6H 13

3

+ SOCl 2

N

Cl

C n-C 6H 13

H 3

R L + Nu

溶剂

RNu + L

R

L

R L

δδR + L

C 6H 5CH 2Cl 在水中溶剂解反应按S N 1 在丙酮水中反应按S N 2

极性溶剂特别是质子化溶剂对S N 1反应总是有利的。

对S N 2反应：

反应前后无电荷变化，在过渡态中也没有新电荷产生，只有电荷分离。质子化溶剂会把Nu -通过氢键作用溶剂化，降低了Nu -亲核性（反应时必须脱去溶剂氢）。 质子化溶剂对S N 2反应不利，因此反应常用非质子偶极溶剂。

常用的非质子偶极溶剂：

二甲基甲酰胺DMF ，二甲基亚砜 DMSO

六甲基磷三酰胺 HMPA

其偶极正端埋藏在分子内，不能与Nu -发生作用，裸露负端，在S N 2反应中很

(H 3C)3C

溶剂（水加乙醇）

相对速度

100%EtOH 120%H 2O+80%EtOH 1050%H 2O+50%EtOH 60100%H 2O

1,200N

C

O H

S O

O

P

N

N

N R L Nu R

L

δ

δ

O O O O

O

O

X

K

例如：

在质子化溶剂中， CH 3OH 速度常数为 3×10-2 在偶极溶剂中，DMF 速度常数为 3×103 溶剂影响Nu 的亲核性

在质子化溶剂中，亲核性F -

成氢键作用能力强，溶剂化强。

在偶极溶剂中，亲核性F -〉Cl -〉Br -〉I -，不能成氢键，此时亲核性与碱性有

关（酸性HF 〈HCl 〈HBr 〈HI ，其共轭碱顺序正好相反）

但是偶极溶剂价格高，沸点高，不易回收，一旦混入水对反应很不利。 相转移催化剂

冠醚－相转物催化剂，KF 不溶于溶剂中，是固态。 K +

被络合在醚环中，把卤负离子裸露出来，迅速的发生亲核

取代反应，实现了固液相转移反应。冠醚空腔大小要合适，按不同大

小金属离子选择。

此反应是双分子反应，几乎是定量的。 此反应在偶极溶剂中，若无PFC 就不会发生

常用的PTC 还有15－冠－5，二苯并－18－冠－6，二环己基－18－冠－6。但是冠醚价格昂贵，且有毒性。

另外常用的，廉价的PTC 是鎓盐，季铵盐类（R 4N +X -，（Q +X -））， 例：

H 3C

S CH 3

O

δ

+

δ-

R

X

+KY

PTC

RY+KX

Y=CN-,-NO 2,-F,-OAc;

R=C 8H 17-,phCH 2-18-冠-6

RCN + NaX

N

2CH 3I +NaN 3CH 3N 3

+NaI

反应过程如下：

PTC 在水相和有机相中都能溶解，在水中与NaCN 交换负离子，[Q +CN -]以离子对的形式进入有机相中，把亲核试剂CN -

引入到有机相中，因而迅速的与底物RX 反应，[Q +X -]生成后又转入到水相中，连续不断的穿过界面输送负离子。 例如：酮、腈等含α氢化合物上进行烷基化，

传统上，用强碱NaNH 2脱α－H 产生亲核试剂，再与RI 反应。

常用的鎓盐有：氯化苄基三乙胺，氯化三正辛基甲胺，四丁基铵硫酸氢盐。 （2）亲核试剂的影响：

S N 1亲核试剂不参与控制速度步骤，对反应速度影响不大。

S N 2亲核试剂与底物协同反应，参与过渡态的形成。 亲核性是指对碳原子的进攻能力（亲和能力）。

亲核试剂提供一对电子与底物碳成键，给电子能力强即碱性也强，亲核性也强。碱性与亲核性有一致的地方，但又有不一致之处，碱性是对质子的结合能力（热力学平衡），而亲核性是对过渡态中碳的进攻速度（动力学平衡） 比较亲核性： 如果进攻原子相同，

（可以打乱顺序，排一下）

R-X +PhCH2CN

2+3-653

Ph

H

C CN

R

R=Pr,i-Pr,Bu,i-Bu,Am,iso-Am,n-C 6H 13

CH 3

O >

O

O

>

Cl

>

O NO 2

碱性强，则亲核性也强。 又如：

如果进攻原子不同时：

C 2H 5O -的碱性比I -强，但是I -是一个强的Nu ，

C 4H 9S -的碱性与C 6H 5O -相当，但前者比后者亲核性强1000倍。

由于I -的体积比O -大， I -的外层电子受束缚性也小，因而易于变形，可极化度也大，外层电子比较容易伸向中心碳原子，显示较强的亲核性。 同一周期中，亲核性：HO -〉F -，C 6H 5S -〉Cl -，（CH 3CH 2）3P >(CH 3)2S

空间因素：

对于S N 2反应，过渡态碳原子是五配位的，比较拥挤，亲核试剂大小对反应有很大影响。

随着α-位的取代基的增多，亲核性减弱。

(CH3)3C-O -（叔丁基氧负离子）在S N 2反应中，空间障碍太大了，不起亲核试剂的作用，因此，亲核性与碱性，可极化性有关，还与溶剂有关，比较复杂，目前还没有一个统一的衡量亲核性的标准。

双位反应试剂 亲核试剂是

2H 5O

->HO -

>C 6H 5O ->CH 3COO -2

N ->C 2H 5NH 2>NH 3>C 6H 5NH 2>p-O 2N-C 6H 4NH 2N

R

+CH 3I

N CH 3

N N N

N N

相对速度

2.310.50.040.0002

亚硝酸根

因为RCH 2+不易生成（Na 不足以把Br 拉下来），未按S N 1进行。

反应只是有助于按S N 2进行，而

在氧上有高电子云密度，有较强的碱性，

但在氮上有更强的亲核性，因此生成硝基化合物为主。如果，

这里Ag +易于把Br 拉下来，R 2CH +有助于产生，反应发生在电子云密度高的氧上，静电吸引，一般得到混合物。 另一例：

Nu

但当使用AgCN 时，过渡态类似于S N 1

（3）烷基结构的影响：

对S N 1反应碳正离子越稳定，越容易生成，反应速度也越快，碳正离子的稳定性主要取决于电子效应和空间效应。

例如：CH 3-CH 2+和CH 3+ 相比，前者有σ-P 超共轭效应，比后者更稳定，（CH3）3C +则更稳定。

3°C ＋＞2°C ＋＞1°C ＋

从空间因素看：三级卤代烷上有三个烷基，比较拥挤，互相排斥，当变成C +

成平面结构，彼此远离,互成120°角，解除了后张力（B 张力）。 例如：溴代烷在甲酸水溶液中，水解反应，相对S N 1反应速度为：

R 2CHONO （主产物）+R 2CHNO 2（次要产物）R 2CHBr +AgNO 2

R

X

+NaCN

S 2

RCN RCH 2Br + NaNO 2

RCH 2NO 2 （主产物）+ RCH 2ONO （次要产物）RX + AgCN R N C R NC

异腈有特殊臭味

(CH 3)3CBr (CH 3)2CHBr

CH 3CH 2Br

CH 3Br 10

8

45

1.7

10-13

当离去基团在桥头碳时，25℃，在80％水－乙醇中溶剂解反应

底物为笼状结构，Nu -从背面进攻中心碳原子，按S N 2困难，反应只能按S N 1进行，由于桥头刚性结构，不利于桥头碳成平面碳正离子，而且桥上原子越少越不易成平面结构。

对S N 2反应

从过渡态来看，中心碳原子电荷分布没有明显变化，所以底物分子上α－或β－位上所连基团的电子效应对反应速度影响不大，主要是空间因素起作用 溴代烃在丙酮中与KI 作用时，按S N 2机制

在β位上连有取代基时，影响亦然：

C

CMe 3Br

Br

相对速度

1

10－3

10－7

10－13

Br Nu

－

＋

C L R 1R 3

Nu C L R 1R 3

δ＋δ－

Nu 2

3

CH 3Br CH 3CH 2Br (CH 3)2CHBr (CH 3)3CBr α

α

150

1

0.01

0.001

对于烯丙基型和苄基型底物如按S N 1进行，由于共轭而稳定了，反应是有利的，而按S N 2反应，过渡态碳的p 轨道有共稳定化作用，反应也是有利的。

反应按S N 1＋S N 2进行，如果Nu 强则有利于S N 2，

而二苯和三苯基卤代烷则以S N 1机制进行。

对于乙烯型卤代烷：不反应，C=X 有部分双键性，不易解离

对于α取代，ZCH 2L 型化合物，S N 1反应很快

当Z 为RO ，或RS ，R 2N 时，有如下共振结构，使正离子稳定了

（0.2的解释：诱导吸电不利于C +的稳定）

R

X

+

Nu

SN2

RNu +

X -

R K 2相对

β

α

CH 3CH 2

1

CH 3CH 2CH 20.4

(CH 3)2CHCH 20.03(CH 3)3C

CH 2

10-5

ZCH 2

L

Z

CH

2

Z

CH

2

C 2H 5

O

CH 3CH 2CH 2CH 2Cl

C 2H 5OCH 2CH 2Cl

S N 1

10

9

1

0.2

CH 2Cl

3

H 33CH 2

X

和

H 2C CH CH 2

X

H 2C CH X

2CH

X

C C X

环氧化物在亲核试剂作用下发生开环反应，属于一种特殊的亲核取代。 在碱性介质中开环时，Nu 先进攻空间障碍较少的碳原子

按S N 2历程

在酸性介质中，首先质子化：

此时亲核试剂在哪个碳原子上进攻取决于C-O 键断裂时，哪个碳原子容纳正电荷的能力强（连有烷基的碳原子容纳正电荷的能力强），因此碱性开环和酸性开环方向不同。酸性介质中，按S N 1历程。

(4)离去基团：

好的离去基团对于S N 1或S N 2都是必要的，好的离去基团就是有比较强的容纳电子能力，也是一种弱碱（不易给出电子）。各种离去基团或中性分子的碱性强弱往往不好判断，而通过其共轭酸的强弱来比较是很方便的，pKa 越小，则共轭酸酸性越强，则对应的碱性就弱，作为离去基团就越容易离去。

常见离去基团的比较：

H 3CHC

O

CH

2

H +

H 3CC

H

2

H 3CC CH 2OH

OH

H

慢

R-CH-CH 2

-OH

快

ROH

R

OH

OR HCH 3C

O

2

CH 3CHCH 2OR

O

ROH

H 3C CHCH 2OR

H 3C

SO 3H

H 3C

SO 3 + H

+

共轭酸碱

OH -,RO -,NH 2-不是好的离去基团（共轭酸都是弱酸），而H 2O 是个好的离去基团。 I -即是好的L 又是好的Nu ，在S N 2反应中作为催化剂使用。

由醇制卤代烷应该先质子化

亲核取代反应中的副反应：

S N 1中有碳正离子中间体生成，易于重排，而S N 2无重排，强碱有利于消除。

L k 相对

CF 3SO 3- 1.4*108Tf

O 2N SO 3- 4.4*105H 3C

SO 3-

3.7*104Ts OTs CH 3SO 3-3*104Ms

I -91Br -14CF 3CO 2- 2.1Cl - 1.0F

-

9*10-6

O 2N

CO 2-

5.5*10-6CH 3CO 2-

1.4*10-6

R

OH

H +

R

2

I -RI

+

H 2O

(CH 3)3CCH 2Br

S N 2EtOH 无重排产物

N (CH 3)3C CH 2

重排

(CH 3)2CH 2CH 3

Me 2CCH 2CH 3

OEt

(CH 3)3CCH 2OEt

RCH 2Cl + KI(少量)

RCH 2I + KCl

RCH 2

Cl + H 2O

慢

RCH 2OH + HCl

RCH 2I + H 2O

RCH 2OH + I -

对于直链状化合物，有利于取代，很难消除。CH 3CH 2Br 在Nu,N 3-,Cl -，CH 3CO 2-在丙酮中取代是唯一产物，即使用HO -在乙醇中也没有消除产物。

带支链的化合物，S N 2反应慢了，对氢进攻更有利，容易发生消除反应。

亲核试剂强有利于取代，碱性强有利于清除

使用碱性更强些的CH 3CO 2-，则

成环反应

ω-溴代烷基胺Br(CH2)n-1 NH 2类似分子内的S N 2。

R

Br

+

CH 3CO

2

R

OAc

+

Br -

R Br

取代%

消除%

CH 2Br

H C CH 3

Br

100

11

89

100

Br

成环 5>6>3>其余环 原因：

1.n 与环的稳定性有关，稳定性次序为5>6>3>其余环。

2.成环时分子内末端要碰到一起是主要因素，链越长越不易。一般用稀溶液对成环有利.

（五）邻基参与

如果在反应底物分子内部含有能提供未共享电子对的取代基，在一般条件下，这种取代基和一般亲核试剂一样可以接近中心碳原子引起亲核取代反应，而生成环状化合物。如上例，这种产物根据环的大小及取代基的不同性质，其稳定性有很大差别，如果环是稳定的，则环状产物是最终产物。

环氧化物是稳定产物

如果环不稳定，则为中间体，后者再与亲核试

剂继续反应。

邻基参与可以是未共享电子，π电子、σ电子，要求与反应中心距离适当、位置合适。

其效果是生成环状产物，或是促进反应加速，或限制产物构型。

邻基参与是很普通的现象，能解释很多S N 1,S N 2,S N i 不能解释的实验现象，是反应机理的重要组成部分。

C C OH O

核能的利用及其利弊

核能利弊 福岛第一核电站发生放射性物质泄漏事故后，日本政府已宣布疏散核电站 周边20公里范围内的居民，并要求20公里至30公里范围内的居民留在室内避难。但随着核辐射危机的持续，该区域希望主动疏散避难的民众增多，生活必需品等物资补给也都比较困难，是否需要扩大疏散范围成为一个议题。 中新社东京3月30日电东京电力公司最高管理层30日下午举行记者会， 再次为核事故进行公开道歉。该公司董事长胜俣恒久首次明确表示，发生核泄漏事故的福岛第一核电站1~4号核反将被废弃。日本官房长官枝野幸男则暗示，该核电站另外两个反应堆也将成为废堆。日本政府还决定紧急叫停14座新增核电反应堆的计划，对其能源政策进行全面修正。 截至目前，日本核电站已有2台机组起火、3台机组发生爆炸、3个反应 堆堆芯出现融化，8台机组冷却系统出现故障，这是历史上首次发生群堆核电事故。上个世纪两次著名的核电事故——1979年美国三哩岛和1986年前苏联切尔诺贝利核电事故都仅是一个反应堆造成的。法国安全机构负责人安德鲁-克劳德·罗科斯塔称：福岛核电站事故比三哩岛事故更为严重，但不如切尔诺贝利事故影响大。 随着事态影响的不断扩大，人们已经认识到即便拥有如此先进技术的日 本，对核电事故的控制能力也无法做到“坚不可摧”。曾被视为“清洁高效”的核能被认为是日本解决能源贫乏问题的希望，但这个一度宣称要“核能立国”的国度，现在也不得不反思这个计划能否再坚持下去。 而日本核电事故也正引发“蝴蝶效应”，民众对核电的恐慌正在全球蔓延。 成为全球核电产业未来必须面对的最大挑战。日本大地震引发的核安全危机让日本核电产业的美梦濒临破灭。在安全和高效运行近30年后，灾难突然到来，让这个岛国最终没能逃脱核电魔咒。 这个事故，人们开始对核能不得不重新审视，核能，到底是英雄还是混蛋 呢？ 对于这个问题，我们得先对核能有些了解。 核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热，将水加热成高温高压，核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多（相差约百万倍），比较起来所有需要的燃料体积比火力电厂少相当多。核能发电所使用的的铀235纯度只约占3%－4%，其余皆为无法产生核分裂的铀238。 举例而言，核电厂每年要用掉80吨的核燃料，只要2支标准货柜就可以运载。如果换成燃煤，需要515万吨，每天要用20吨的大卡车运705车才够。如果使用天然气，需要143万吨，相当于每天烧掉20万桶家用瓦斯。换算起来，刚好接近全台湾692万户的瓦斯用量。核能还具有以下一些优点： 1.核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。 2.核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。 3.核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。 4.核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。 wk_ad_begin({pid : 21});wk_ad_after(21, function(){$('.ad-hidden').hide();},

原子核、核反应练习题

原子核 教学目标 1．通过人类认识原子核组成的过程复习，使学生明确认识依赖于实践；科学的认识源于科学家们的科学实验与研究探索．从而培养学生的科学态度与探索精神． 学生应知道一些重要的物理事实：天然放射性的发现，质子、中子、放射性同位素的发现等，恰恰是明确原子核组成的实验基础． 2．掌握衰变及原子核人工转变的规律——质量数守恒、核电荷数守恒．学生应能根据实际写出正确的核反应方程．应用衰变规律分析解决相关问题，并明确半衰期的意义． 3．明确核力、结合能、平均结合能、质量亏损、爱因斯坦质能方程的意义，并掌握其应用——获得核能的途径（裂变、聚变）． 教学重点、难点分析 1．放射性元素衰变时，通常会同时放出α、β和γ三种射线，即α、β衰变核反应同时放出γ射线（释放能量）．在某些特殊情况下，某些放射性元素只放出α或只放出β射线．但任何情况下都不会只放出γ射线，γ射线只能伴随α或β射线放出．发现放射性同位素的同时，发现正电子的核反应可称为放射性同位素的+β衰变，其核反应方程为 放射性元素的半衰期只决定于原子核的性质，与元素所处物理、化 对应质量关系

2．写四类核反应方程，即衰变、人工转变、裂变、聚变核反应时，要遵循三个守恒，即质量数、荷电核数、能量守恒．但要以核反应的事实为基础，不能仅根据质量数、荷电核数两个守恒而书写出事实上不存在的核反应．另外，核反应通常是不可逆的，方程中只能用“→”连接并指示反应方向，而不能用“=”连接． β衰变与+β衰变中，新原子核的荷电核数的变化，可理解为在原来的核中有： 3．△E=△mc2这一爱因斯坦质能关系式，是释放原子核能的重要理论依据．具体应用之计算核能时要注意单位的统一，△m单位是“kg”，△E单位是“J”；若△m单位是“U”，则△E的单位是“MeV”． 此结论可在计算中直接应用． 4．裂变与聚变均是释放原子核能（结合能）的核反应，应理解为反应后均发生质量亏损，所以都释放出核能以γ光形式辐射；重核裂变、轻核聚变都是变成中等质量核，即都是由核子平均结合能小的核变成核子平均结合能大的核；又都是在一定条件下才能完成的核反应，即必须先吸收能量（有中子轰击或超高温存在），再释放能量；是由于生成新核的核子平均结合能大，所以反应吸收的能量小于核子平均结合能与核子数乘积（释放的能量）． 5．在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能转化为生成新核与粒子的动能．此种情况可应用动量守恒与能量守恒计算核能． 教学过程设计 教师活动 问：人类是怎样认识到微观原子核的组成的？ 再通过以下具体问题引导同学回答： 学生活动 同学们看书、讨论．

知识讲解 核能、核能的利用

物理总复习：核能、核能的利用 编稿：xx 审稿：xx 【考纲要求】 1、知道核力及结合能、质量亏损等概念 2、会配平和书写核反应方程式 3、知道核能获取的两种方式，了解核反应堆的主要组成部分， 能进行简单的有关核能的计算问题 【考点梳理】 考点一、核能 要点诠释： 1、核力 核子间作用力。其特点为短程强引力：作用范围为2.0×10－15m，只在相邻的核子间发生作用。 2、核能 核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能。 比结合能：结合能与核子数之比称做比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。 不同原子核的比结合能是不一样的，由比结合能曲线可以看出：中等大小的核比结合能最大（平均每个核子的质量亏损最大），这些核最稳定。 3、质能方程、质量亏损 爱因斯坦质能方程E＝mc2说明物体的质量和能量之间存在着一定的关系，一个量的变化必然伴随着另一个量的变化。核子在结合成原子核时放出核能，因此，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小△m，这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能△E＝△mc2；反之，由核能也可求出核反应过程的质量亏损。 4、△E＝△mc2是计算核能的常用方法。在具体应用中要注意单位制的统一及不同单位的换算。若质量单位取原子质量单位u，则： 此结论亦可在计算中直接应用。另外，在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能转化为生成的新核和新粒子的动能。因而在此情况下可应用力学原理—动量守恒和能量守恒来计算核能。 5、质能方程的理解 对于质量亏损，切忌不能认为这部分质量转化成了能量，质能方程的本质是：第一，质

邢其毅《基础有机化学》(第3版)(上册)名校考研真题-脂肪族饱和碳原子上的亲核取代反应 β-消除反应

第6章脂肪族饱和碳原子上的亲核取代反应β－消除反应 一、选择题 把l-溴己烷转变成1-己烯，最好的碱是（）。[武汉大学2003研] 【答案】A 【解析】体积较大，不会发生取代反应，有利于E2反应。 二、填空题 1．。[武汉理工大学2004研] 【答案】 【解析】酚与NaOH反应生成酚盐，酚盐的亲核性较强，可与卤代烃进行亲核取代反应。 2．。[云南大学2004研] 【答案】 【解析】TsCl为对甲苯磺酰氯的英文名称缩写。醇与对甲苯磺酰氯反应，构型不变；对甲苯磺酸根是很好的离去基团，因此这类酯比醇容易发生亲核取代反应，碘离子从对甲苯

磺酸基的反面进攻，所以构型翻转。 3．完成下列化合物的合成（可用其他必需试剂）（）。[复旦大学2001研] 【答案】 【解析】将邻苯二酚变成邻苯二酚钠，四缩二醇醚中的两个羟基变成卤原子，利用酚钠强的亲核性，可与卤代烃进行亲核取代反应来完成苯并冠醚的合成。 4．。[中国科学院-中国科学技术大学2002研]

【答案】 【解析】格氏试剂为强亲核试剂，可与氯代烃发生亲核取代反应。 5．。[北京理工大学2000研] 【答案】 【解析】炔钠的亲核性很强，易与卤代烷发生亲核取代反应。 6．。[北京大学2001研] 【答案】 【解析】氨先取代其中的一个溴原子生成溴代烷基胺，然后再进行分子内的亲核取代反应得到产物。若二溴代烷过量，还可继续反应生成季铵盐。 7．写出下列转变的机理：______。[中国科学院-中国科学技术大学2003研] 【答案】

【解析】对于本题，要认真分析反应物的结构特点和产物的结构变化，可发现碳架没有发生变化，而醇羟基在碱性条件下有一定的亲核性，可知反应物先发生分子内的亲核取代反应生成桥环醚，桥环醚与氢离子作用生成烊盐，溴离子从烊盐的反面进攻，即生成两种产物。 8．对下列反应提出合理的机理：______。[南京大学2002研] 【答案】 【解析】先由甲氧负离子进攻酯键中的羰基碳原子，生成酚氧负离子，再由酚氧负离子进攻与溴相连的碳原子发生分子内的亲核取代反应得产物。 9．给出下列反应的反应机理：______。[武汉理工大学2003研] 【答案】

高中物理专题复习专题7 原子核 核能

专题7原子核核能 雷区扫描 本部分常见的失分点有： 1.核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒应用不灵活. 2.α、β、γ射线特点掌握不准确. 3.爱因斯坦质能方程理解不清及运算不准确. 造成失误的根本原因：一是记忆性的知识记得不牢；二是E=mc2的含义不明白；三是运算能力差. 排雷示例 例1. 天然放射属于元素232 90Th（钍）经过一系列α衰变和β衰变之后，变成208 82 P b(铅）.下列 论断中正确的是 A.铅核比钍核少24个中子 B.铅核比钍核少8个质子 C.衰变过程中共有4次α衰变和8次β衰变 D.衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变 雷区探测 本题考查衰变过程中质量数、电荷数守恒及原子核的组成. 雷区诊断 设发生α衰变x次，β衰变y次，则质量数守恒，得：232-4x=208 所以x=6. β衰变是中子转变成电子和质子，由电荷数守恒，得：90-2x+y=82 所以y=4. 因此，选项D正确. 发生6次α衰变，钍核中子数减少2×6=12个，发生4次β衰变，钍核中子数又减少4个，中子数共减少16个，选项A错误.由核电荷数可直接判定钍核质子数减少90-82=8个，选项B正确. 正确解答BD 例2. 关于α、β、γ三种射线，下列说法中正确的是 A.α射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透能力最强 B.β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力 C.γ射线一般伴随着α或β射线产生，它的穿透能力最强 D.γ射线是电磁波，它的穿透能力最弱 雷区探测 本题考查三种射线的本质及特点. 雷区诊断 α射线是原子核发生α衰变放出的氦核流，它的电离能力强，但穿透能力弱；β射线也是原子核发生β衰变放出的电子流，具有较强的电离能力和穿透能力；γ射线是一种电磁波，一般伴随着α或β射线产生，它的穿透能力强，电离能力弱. 正确解答 C 例3. 下列说法中正确的是

核能的利用和安全

核能的利用和安全 摘要: 从19世纪以来,人类发现了核能之后,核能的利用开始进入人们的视野,可以作为最新型的大杀伤力武器和最清洁能源之一的它,人们对他的研究从未停止.方向主要有两个,一个主要是利用核能来产生电力,而另一方面,则是制造核武器..核能（或称原子能）是通过转化其质量从原子核释放的能量.是种目前为止能源利用率较高和最为清洁的能源之一,而核武器是利用原子核裂变或聚变反应，瞬间释放出巨大能量，造成大规模杀伤和破坏作用的武器。 关键词: 核能,核武器,原子能,核裂变,核聚变,能量,核事故 正文: 核能（或称原子能）是通过转化其质量从原子核释放的能量，核能通过三种核反应之一释放：1、核裂变，打开原子核的结合力。2、核聚变，原子的粒子熔合在一起。3、核衰变，自然的慢得多的释能形式。 核武器 在核能被发现之后,首先使用的是制造核武器,核武器是战略威慑和扼制常规战争的主要手段，例如原子弹、氢弹、中子弹等.核能是核裂变或聚变反应释放的巨大能量，例如1克铀在裂变时，它的原子核产生的爆炸力相当于20吨 TNT炸药的能量。因此具有很高的利用价值。 目前来看,一旦发生核战争，全球的各种核武器足以毁灭整个地球，因此这样的“核战争”中没有赢家，只有自我毁灭。核武器即使在战争中不直接使用，也在高科技局部战争中起着重要的威慑作用。美国于1945年8月6日和9日先后在日本的广岛和长崎投下了两颗原子弹，示了原子弹空前的杀伤和破坏力,而到目前为止,日本也是唯一一个在战争中遭受到核打击的国家.

原理: 核武器是指利用核裂变或聚变反应释放的巨大能量而产生爆炸 作用，核武器爆炸，不仅释放的能量巨大，而且核反应过程非常迅速，微秒级的时间内即可完成。因此，在核武器爆炸周围不大的范围内形成极高的温度，加热并压缩周围空气使之急速膨胀，产生高压冲击波。地面和空中核爆炸，还会在周围空气中形成火球，发出很强的光辐射。核反应还产生各种射线和放射性物质碎片；向外辐射的强脉冲射线与周围物质相互作用，造成电流的增长和消失过程，其结果又产生电磁脉冲。这些不同于化学炸药爆炸的特征，使核武器具备特有的强冲击波、光辐射、早期核辐射、放射性沾染和核电磁脉冲等杀伤破坏作用。 威力: 然而，核武器却是恐怖的，据联合国和日本1986年在北京共同举办的《核战争威胁与核能和平利用展览》介绍,广岛原子弹爆炸时,"在一二秒钟内,全市40%的地方变成了焦土,92%的地方不能辨出原来的面貌.一年后,广岛宣布有118661人死于此次轰炸……至今为止,死于此次轰炸的人数已超过20万名."长崎原子弹眨眼之间毁坏了三分之一个城市.在这次轰炸中,有7.4万人死亡,7.5万人受重伤.在伤亡人员中,很多人就是受到放射性沾染的伤害。然而按今天核武器的破坏力来衡量,广岛,长崎原子弹都是原始核武器,其破坏能力也都是最低 限度的..由于核武器的杀伤力极大,造成的毁灭性效果并非人类所能 承担的,因此,目前世界上的核武器多起震慑作用,而并未实际投入到 战争当中去. 核能发电(核电站): 任何东西都有它的两面性，核能也不过如此。虽然核武器给人类带来了巨大的恐慌，但它所蕴含的巨大的能量也让人人们看到了有利的一面。我们目前处于和平年代,核武器并没有投入到战争当中去, 但这不代表我们没有对核能的继续研究,因为核能也能和平地利用, 造福于人类,利用核能发电的核电站就是其中的手段之一. 核能发电,就是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。除沸水堆外（见轻水堆），其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热，

3.23核反应与核能(作业)

核反应与核能 1．(多选)关于天然放射性，下列说法正确的是() A．所有元素都可能发生衰变 B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关 C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性 D．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线 2.(2019·常德模拟)某一放射性物质发生衰变时放出α、β、γ三种射线，让这 三种射线进入磁场，运动情况如图所示，下列说法正确的是() A．该放射性物质的半衰期随温度的升高会增大 B．C粒子是原子核的重要组成部分 C．A粒子一定带正电 D．B粒子的穿透性最弱 3.232 90Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变，变成208 82Pb(铅)。以下说法中错误的是 A．铅核比钍核少8个质子B．铅核比钍核少16个中子 C．共经过4次α衰变和6次β衰变D．共经过6次α衰变和4次β衰变 4．若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，则相同质量的A 和B，经过20天后，剩下的质量之比m A∶m B为() A．30∶31B．31∶30 C．1∶2 D．2∶1 5．(多选)(2019·南通模拟)钍234 90Th具有放射性，它能放出一个新的粒子而变 为镤234 91Pa，同时伴随有γ射线产生，其方程为234 90Th→234 91Pa＋X，钍的半衰期为24天。则下列说法中正确的是() A．X为质子 B．X是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的 C．γ射线是镤原子核放出的 D．1 g钍234 90Th经过120天后还剩0.312 5 g 6．(多选)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有() A．238 92U→234 90Th＋42He是α衰变B．14 7N＋42He→17 8O＋11H是β衰变 C.21H＋31H→42He＋10n是轻核聚变 D.8234Se→8236Kr＋20－1e是重核裂变 7.(2018·全国卷Ⅲ)1934年，约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝核2713Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋2713Al→n＋X。X的原子序数和质量数分别为() A．15和28B．15和30 C．16和30 D．17和31 8.(2017·全国卷Ⅰ)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是：21H＋21H→32He＋10n。已知21H的质量为2.013

脂肪族化合物aliphatic compounds

脂肪族化合物aliphatic compounds 链状烃类(开链烃类)及除芳香族化合物以外的环状烃类及其衍生物的总称。 属于脂肪族的碳环化合物又称脂环族化合物。因天然油脂具有类似的开链结构而得名。广泛存在于自然界。 石油和天然气是脂肪烃和脂环烃及其衍生物的主要来源。来自动植物的胆甾醇、萜类等天然产物也属于脂肪族化合物，它们或用作香料或作为药物。 根据结构和性质，又可分为饱和化合物，如甲烷、环己烷及其衍生物；不饱和化合物，如乙烯、乙炔、环戊二烯及其衍生物等。 有机化学中，碳氢化合物被划分为两类：脂肪族化合物和芳香族化合物。芳香族化合物指含有苯环或其它芳香环的化合物，而脂肪族化合物则与其相对。[1]脂肪族化合物中，碳原子以直链、支链或环状排列，分别称为直链脂肪烃、支链脂肪烃及脂环烃。脂肪族化合物可以是烷烃、烯烃或炔烃。除氢之外，其它的原子也可存在，比如氧、氮、硫和氯。 最简单的脂肪族化合物是甲烷（CH4）。 大多数脂肪族化合物都可燃，有些可作为燃料，比如本生灯中的甲烷和电焊气中的乙炔。例子[编辑] ? 乙烷 ? 异丁烷 ? 乙炔 有机化合物数目庞大，为了研究方便，通常有以下2种分类方法：按碳链分类、按官能团分类。按碳链分类，有机化合物又可以分为3大族类：开链化合物、碳环族化合物和杂环族化合物。本词条脂肪族化合物（aliphatic compounds ）是按碳链分类的一种，其包括开链化合物和碳环化合物中的脂环化合物。具体解释如下： 脂肪族化合物是链状烃类(开链烃类)及除芳香族化合物以外的环状烃类及其衍生物的总称。属于脂肪族的碳环化合物又称脂环族化合物。

脂肪族化合物涵盖有机化合物的所有品种，如烯类、烷烃类、醇类、醚类、酮类、醛类、酯类等。石油和天然气是脂肪烃和脂环烃及其衍生物的主要来源。来自动植物的胆甾醇、萜类等天然产物也属于脂肪族化合物，它们或用作香料或作为药物。 根据结构和性质，又可分为饱和化合物和不饱和化合物。饱和化合物如甲烷、环己烷及其衍生物；不饱和化合物如乙烯、乙炔、环戊二烯及其衍生物等。 脂肪烃编辑 具有脂肪族化合物基本属性的碳氢化合物叫做脂肪烃(aliphatic hydrocarbons )。分子中碳原子间连结成链状的碳架，两端张开而不成环的烃，叫做开链烃，简称链烃。因为脂肪具有这种结构，所以也叫做脂链烃。有些环烃在性质上不同于芳香烃，而十分类似脂链烃，这类环烃叫脂环烃。这样，脂肪烃便成为除芳香烃以外的所有烃的总称。脂链烃和它的衍生物与脂环烃及它的衍生物总称脂肪族化合物。自然界中的脂肪烃较少，但其衍生物则广泛存在，而且与生命有极密切的关系。如：樟脑常用驱虫剂、麝香常用中草药和冰片。 中文名 脂肪烃 外文名 aliphatic hydrocarbons 释义 有脂肪族化合物的碳氢化合物 解释 碳干为环状而性质和开链烃相似 特点 含有碳和氢两种元素 用途 石油及天然气的重要成分 目录 1定义 2解释 3特点 4用途 5物理性质 6化学性质 7分类方法 1定义编辑 具有脂肪族化合物基本属性的碳氢化合物叫做脂肪烃。[1] 2解释编辑 脂环烃是碳干为环状而性质和开链烃相似的烃类。由于环的存在限制了碳碳单键的自由旋转，脂肪烃中存在几何异构现象。脂肪烃的化学性质基本上就是开链烷烃和开链烯烃的化学性质。 [2] 3特点编辑 分子中只含有碳和氢两种元素，碳原子彼此相连成链，可以形成环又可以不形成环状的一类化合物。[3] 4用途编辑 脂肪烃一般都是石油及天然气的重要成分。C1～C5低碳脂肪烃为石油化工的基本原料，尤其是乙烯和丙烯和C4、C5共轭烯烃，在石油化工中应用最多、最广。[3]

核能利用与发展论文

核能利用与发展趋势 学校：东北农业大学 学院：工程学院 班级：机化1302 学号： 姓名：

核能利用与发展趋势 Unclear energy utilization and development trend 摘要核电是一种清洁、安全、技术成熟、供应能力强、能大规模应用的发电方式，目前，我国核电已由起步进入发展阶段，具有自主设计建造第一代核电的能力，我国已做出积极推进核电发展的重大决定，加快我国核电建设，提高核电在电力供给中的比重，这将有助于缓解电力增民与交通运输的矛盾，核能利用的发展前景将越来越广阔。 关键词核能利用前景核能发展核电 1.核电概述 核能的发展和利用是20世纪科技史上最杰出的成就之一。它通过转化其质量从原子核释放的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc2，该方程式表明，质量和能量是等价的，其比例常数为光速的平方。在核能的利用中，核电厂的发展是相当迅速的，己被公认为是一种经济、安全、可靠、干净的能源，核动力技术在多数发达国家得到了巨大发展，也在很多发展中国家获得了广泛的认可。根据能源需求和能源生产结构，我国政府己制定了积极发展核电的方针，建设了秦山和大亚湾两大核电基地，中国核电建设的安全策略取得了成功。 2.核能发电 核能是原子核结构发生变化是释放出来的能量。目前人类利用核能主要有三种——重元素的原子核发生裂变和轻元素的原子核发生聚合反映时释放出来的核能或是原子核自发射出某种粒子而变为另一种核的过程，它们分别为核裂变能、核聚变能和核衰变。核裂变能 核裂变，又称核分裂，是指由较重的原子，主要是指铀或钚，分裂成较轻的（原子序数较小的）原子的一种核反应形式。原子弹以及裂变核电站的能量来源都是核裂变。早期原子弹应用钚-239为原料制成。而铀-235裂变在核电厂最常见。 重核原子经中子撞击后，分裂成为两个较轻的原子，同时释放出数个中子。释放出的中子再去撞击其它的重核原子，从而形成链式反应而自发分裂。原子核裂变时除放出中子还会放出热，核电厂用以发电的能量即来源于此。 由于每次核裂变释放出的中子数量大于一个，因此若对链式反应不加以控制，同时发生的核裂变数目将在极短时间内以几何级数形式增长。若聚集在一起的重核原子足够

高三物理核反应和核能

核反应核能质能方程 一、知识点梳理 1、核反应 在核物理学中，原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应．典型的原子核人工转变： 14 7N+4 2 He 17 8 O+1 1 H 质子1 1 H的发现方程卢瑟福 9 4Be+4 2 He 12 6 C+1 n 中子1 n的发现方程查德威克 2、核能 （1）核反应中放出的能量称为核能 （2）质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子质量之和．质量亏损．（3）质能方程：质能关系为Ｅ＝ｍｃ2 原子核的结合能ΔＥ=Δｍｃ2 3、裂变 把重核分裂成质量较小的核，释放出的核能的反应，叫裂变 典型的裂变反应是： 235 92Ｕ+1 ｎ90 38 Ｓr+136 54 Ｘe+101 ｎ 4．轻核的聚变 把轻核结合成质量较大的核，释放出的核能的反应叫轻核的聚变．聚变反应释放能量较多，典型的轻核聚变为： 2 1Ｈ+3 1 Ｈ4 2 Ｈe+1 ｎ 5．链式反应 一个重核吸收一个中子后发生裂变时，分裂成两个中等质量核，同时释放若干个中子，如果这些中子再引起其它重核的裂变，就可以使这种裂变反应不断的进行下去，这种反应叫重核裂变的链式反应 二、典型例题 例1．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子（v。）而获得了2002年度诺贝尔物理学奖．他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t四氯乙烯（C2Cl4）溶液的巨桶．电子中微子可以将一个氯核转变为一个氢核，其核反应方程式为 νe＋37 17Cl→37 18 Ar十 0 －1 e 已知37 17Cl核的质量为36.95658 u，37 18 Ar核的质量为36.95691 u， 0 －1 e的质量为0.00055 u，1 u 质量对应的能量为931.5MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为

天然放射现象、核反应和核能

学案正标题 一、考纲要求 1.掌握原子核的衰变、半衰期等知识. 2.会书写核反应方程，并能根据质能方程求解核能问题． 二、知识梳理 1.原子核的组成 (1)原子核由质子和中子组成，两者统称为核子． (2)原子核常用表示，X为元素符号，上角标A表示核的质量数，下角标Z表示核的电荷 数（原子序数)． (3)同位素是具有相同的质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置．2.天然放射现象 (1)天然放射现象：某些元素自发放射某些射线的现象称为天然放射现象，这些元素称为放射性元素． (2)三种射线的本质：α射线是氦核，β射线是电子，γ射线是光子． 3.原子核的衰变 (1)衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变成新核的变化．可分为α衰变、β衰变，并伴随着γ射线放出． (2)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间． 放射性同位素的应用 ①利用射线：放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等． ②作示踪原子． 4.核反应、核力与核能 (1)核反应规律：在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒． (2)核力 ①概念：组成原子核的核子之间存在的作用力． ②核力特点 a．核力是强相互作用(强力)的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多．b．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内． c．每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性． (3)质量亏损 ①爱因斯坦质能方程：E＝mc2． ②质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象． (4)结合能：克服核力束缚，使原子核分解为单个核子时需要的能量，或若干个核子在核力作用下结合成原子核时需要的能量． 5.核裂变和核聚变 (1)重核裂变 ①定义：使重核分裂成几个质量较小的原子核的核反应． ②铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，一种典型的反应是生成钡和氪，同时放出三个中子，核反应方程为：

核能的利用存在的主要问题

8、什么是核能？什么是核能发电 答：核能是由于原子核内部结构发生变化而释放出的能量。即核反应或核跃迁时释放的能量。例如重核裂变、轻核聚变时释放的巨大能量。核能发电是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式，其过程为：核能→水和水蒸气的内能→发电机转子的机械能→电能。 9、什么是毫西弗？ 毫西弗是辐射剂量的基本单位之一。“当量剂量”是反映各种射线或粒子被吸收后引起的生物效应强弱的辐射量。其国际标准单位是“西弗”，定义是每千克人体组织吸收1焦耳为1西弗。西弗是个非常大的单位，因此通常使用毫西弗、微西弗。1毫西弗＝1000微西弗。 对日常工作中不接触辐射性工作的人来说，每年正常的天然辐射(主要是因为空气中的氡辐射)为1000—2000微西弗。一次小于100微西弗的辐射，对人体无影响。与放射相关的工人，一年最高辐射量为50000微西弗。一次性遭受4000毫西弗会致死。 1.核能的利用存在的主要问题有哪些？ 答：（1）资源利用率低； （2）反应后产生的核废料成为危害生物圈的潜在因素，其最终处理技术尚未完全解决； （3）反应堆的安全问题尚需不断监控及改进； （4）核不扩散要求的约束，即核电站反应堆中生成的钚-239受控制； （5）核电建设投资费用仍然比常规能源发电高，投资风险较大。 2、核废料的处理有哪几种方法？ 答：“天葬”、“水葬”和“火葬”三种方法。 （1）“天葬”是指：把核废料先固化成玻璃块，装到特制的合金棺中，在棺材外面装上隔热外套，然后用航天飞机把它带入预定的轨道，机械手随即把它推入太空，再点燃助推火箭将它送入3000千米的轨道上，让核废料远远离开人类生活的地球。 （2）“火葬”是美国能源部研制的一种处理核废料的先进方法。火葬前，先在地下挖一个深坑，把放射性物质放入坑内，用特制的盖子把坑顶盖好。将空气净化器上的一根导管从盖子上插入坑内，坑内装４个碳电极，电极接通后，就会产生一股强大的电流，使坑内的泥土温度上升到几百度。 （3）“水葬”就是将深海作为核废料的墓场。将核废料装入密封的合金棺，再用混凝土密封在海底下面。 3、每桶石油的体积为多少升？

饱和碳原子上的亲核取代机理

Nu +C L Nu C L Nu C L 亲核取代反应 一．概说：脂肪族亲核取代反应是指有机分子中与碳相连的某原子或基团被作为亲核试剂的某原子或基团取代的反应。在反应过程中，取代基团提供形成新键的一对电子，而被取代的基团则带着旧键的一对电子离去（带着一对电子来，带着一对电子去）。底物：受亲核试剂进攻的对象。Nu：是亲核试剂，带有一对孤对电子。与离去基团相连的碳原子叫做中心碳原子。 通式：R—L+Nu：R—Nu+L： 二．亲核取代的反应速率与分类： 按照机理的不同： 如果反应速率只与底物浓度有关，那么这个反应是一级反应——S N1反应。V=k[R—L] 如果反应速率除了与底物浓度有关外，还与亲核试剂的浓度有关——S N2反应。V=k[R—L][Nu：] 按照底物一亲核试剂的性质来分：1.中性底物+ 中性亲核试剂2．中性底物+ 负离子亲核体3.正离子底物+ 中性亲核体4．正离子底物+ 负离子亲核体 三.亲核取代的机理：反应速率呈现出两种情况，为了解释这两种情况，提出了两种机理——S N1，S N2。 1.S N2反应定义、机理、势能图 定义：S N2反应又叫做双分子亲核取代反应。有两种分子参与了决定反应速率关键步骤的亲核取代反应叫做双分子亲核取代反应。可见该定义是从动力学角度来定义的。 机理： 如图：亲核试剂从离去基团的背面进攻底物的中心碳原子，随着Nu：不断接近碳原子，Nu 上的负电荷逐渐减少到部分负电荷δ-，此时由于Nu：的不断接近C—L键不断延长L上有部分正电荷δ+，即在Nu…C键逐渐形成，C-L键逐渐裂解这时就形成了过渡态，这个过渡态由于5个原子所以很拥挤，可想该过渡态的能量很高。随着反应进行，Nu和C成键，L 作为离去基团从中心碳原子上离去，中心碳原子的杂化态也由sp2回到sp3。 特点：1) 从离去基团的背面进攻底物，协同的一步反应。 ２）没有中间体产生。 3）旧键的断裂和新键的形成几乎同时发生 对过渡态的描述：1. 当Nu向C逐渐进攻的同时，L以相反的方向逐渐离去，此过程中，Nu、 C 和L在同一直线上，只有这样过渡态能量才能相对低。 2. 在与C相连的三个原子在空间排布上发生了变化，由原来处于在以C 为中心的四面体的三个顶点上，变成在过渡态中与C处在同一平面上，有sp3 到sp2的瞬间过渡的存在，中心sp2的碳原子的p轨道分别与Nu和L重叠。 3. 反应后，反转了这个平面，处在原来四面体三个顶点相对应的位置上，即构型反转了，这种翻转称瓦尔登翻转（Walden）。

核能的利用

核能的利用 摘要：核能具有独特的优越性，开发和利用新型的核能源是人类社会生存发展的必然趋势。本文通过分析核能的简介、世界核能利用现状及核能在我国的发展，论述核能利用。 关键字：核能利用、核能现状、核能发展、核能简介 引言 人类的一切活动都离不开能源，能源是发展工业、农业、国防、科学技术和提高人民生活水平的重要基础。1939 年原子核裂变的发现，开辟了核能利用的新时代.。特别是在能源结构从石油转入非油能源的新时期里，核能被认为是解决世界能源短缺的一种重要途径，可开发的核燃料资源所提供的裂变能、聚变能，可供人类大规模长时期的利用。核能具有独特的优越性，开发和利用新型的核能源是人类社会生存发展的必然趋势。近年来，大力发展核电是许多国家在研究本国能源现状和前景之后,所采取的一种比较普遍的基本政策。 1、核能简介 1.1核能的发现 核能的发现凝聚了众多科学家的智慧和汗水。1932年，英国物理学家查德威克发现了中子，为人类提供了打开核能利用大门的一把钥匙，1939 年，费米利用中子轰击铀发现反应能产生中等重量的元素，居里夫人的女儿伊伦·居里进行了类似的研究，但得到了不同的反应产物。德国科学家哈恩重复他们的实验，证实中子轰击铀能产生重量为铀一半的元素，并确定它是钡，他的进一步工作证实了伊伦·居里实验的产物是镧。接着，流亡瑞典的奥地利女科学家迈特纳提出了铀核裂变的概念,并指出裂变能放出能量。为了能持续地放出核能,匈牙利物理学家西拉德最先考虑了链式反应发生的可能性。1939 年约里奥·居里夫妇等人，通过实验发现一个铀核(U - 235)裂变会释放出2—3个中子,用实验证实了链式反应的可能性。1941年12月到1942年12月,费米领导一批物理学家在芝加哥大学斯塔克运动场的西看台下，成功地建造了世界上第一座原子核反应堆，发出了200W的电，解决了受控自持链式反应的众多技术问题，这标志着核能和平利用

什么是核能及核能的利用

什么是核能及核能的利用 关键字：核能利用、核能现状、核能发展、核能简介 引言 人类的一切活动都离不开能源，能源是发展工业、农业、国防、科学技术和提高人民生活水平的重要基础。1939 年原子核裂变的发现，开辟了核能利用的新时代.。特别是在能源结构从石油转入非油能源的新时期里，核能被认为是解决世界能源短缺的一种重要途径，可开发的核燃料资源所提供的裂变能、聚变能，可供人类大规模长时期的利用。核能具有独特的优越性，开发和利用新型的核能源是人类社会生存发展的必然趋势。近年来，大力发展核电是许多国家在研究本国能源现状和前景之后,所采取的一种比较普遍的基本政策。 1、核能简介 1.1核能的发现 核能的发现凝聚了众多科学家的智慧和汗水。1932年，英国物理学家查德威克发现了中子，为人类提供了打开核能利用大门的一把钥匙，1939 年，费米利用中子轰击铀发现反应能产生中等重量的元素，居里夫人的女儿伊伦·居里进行了类似的研究，但得到了不同的反应产物。德国科学家哈恩重复他们的实验，证实中子轰击铀能产生重量为铀一半的元素，并确定它是钡，他的进一步工作证实了伊伦·居里实验的产物是镧。接着，流亡瑞典的奥地利女科学家迈特纳提出了铀核裂变的概念,并指出裂变能放出能量。为了能持续地放出核能,匈牙利物理学家西拉德最先考虑了链式反应发生的可能性。1939 年约里奥·居里夫妇等人，通过实验发现一个铀核(U - 235)裂变会释放出2—3个中子,用实验证实了链式反应的可能性。1941年12月到1942年12月,费米领导一批物理学家在芝加哥大学斯塔克运动场的西看台下，成功地建造了世界上第一座原子核反应堆，发出了200W的电，解决了受控自持链式反应的众多技术问题，这标志着核能和平利用时代的到来【1】。 1.2核能的利用原理 核能，由于原子核内部结构发生变化而释放出的能量。其是通过转化其质量

脂肪族化合物

脂肪族化合物 编辑 脂肪族化合物数目庞大，为了研究方便，通常有以下2种分类方法：按碳链分类、按官能团分类。按碳链分类，有机化合物又可以分为3大族类：开链化合物、碳环族化合物和杂环族化合物。本词条脂肪族化合物（aliphatic compounds ）是按碳链分类的一种，其包括开链化合物和碳环化合物中的脂环化合物。具体解释如下： 脂肪族化合物是链状烃类(开链烃类)及除芳香族化合物以外的环状烃类及其衍生物的 总称。属于脂肪族的碳环化合物又称脂环族化合物。 脂环化合物 这是有机化学分类通过碳骨架排列不同所得到的一类有机化合物。其分子中含有由3 个以上碳原子连接成的碳环，环内两个相邻碳原子之间可以是单键、双键或三键，环的数目可以是一个或多个。此类化合物包括脂环烃及其衍生物。它们的性质与相应的脂链化合物相似。 有机化学分类通过碳骨架排列不同所得到的一类有机化合物，其中其它两类为链状化合物和芳香化合物，如图所示。[1] 指分子中含有碳环的脂环烃及其衍生物。脂环烃分为饱和脂环烃和不饱和脂环烃，前者为环烷烃，后者为环烯烃和环炔烃。[1] 脂环化合物分子中含有两个以上碳环的称为多环化合物，包括螺环烃、稠环烃、桥环烃及它们的衍生物、脂环烃的性质与开链烃相似。 脂环化合物广泛存在于自然界中，如植物香精油中含有不饱和脂环烃及其含氧衍生物；石油中含有环己烷、甲基环己烷等饱和脂环烃及其衍生物。 碳环化合物分子中含有由碳原子组成的环状结构，故称碳环化合物。它又可分为两类：脂环族化合物：是一类性质和脂肪族化合物相似的碳环化合物。芳香族化合物：是分子中含有苯环或稠苯体系的化合物。

脂肪烃 编辑 具有脂肪族化合物基本属性的碳氢化合物叫做脂肪烃(aliphatic hydrocarbons )。分子中碳原子间连结成链状的碳架，两端张开而不成环的烃，叫做开链烃，简称链烃。因为脂肪具有这种结构，所以也叫做脂链烃。有些环烃在性质上不同于芳香烃，而十分类似脂链烃，这类环烃叫脂环烃。这样，脂肪烃便成为除芳香烃以外的所有烃的总称。脂链烃和它的衍生物与脂环烃及它的衍生物总称脂肪族化合物。自然界中的脂肪烃较少，但其衍生物则广泛存在，而且与生命有极密切的关系。如：樟脑常用驱虫剂、麝香常用中草药和冰片。 分类方法编辑 烷烃的分子通式为CnH2n+2、烯烃为CnH2n、炔烃和二烯烃为CnH2n-2。 根据碳原子间键种类——单键、双键、三键，可分烷烃或石蜡烃、烯烃、二烯烃、炔烃。 含有双键或三键叫作不饱和烃。碳链是直叫作直链烃，有侧链叫作侧链烃。[3]

核能的利用 练习题(答案)

核能的利用 一、选择题（每小题3分，共54分） 1、1896年，法国科学家贝克勒尔发现了（） A、X射线 B、放射性 C、α射线 D、电子 2、不属于新能源的有( ) A、核能 B、太阳能 C、天然气 D、潮汐能 3、放射性现象的发现说明( ) A、原子有内部结构 B、电子有内部结构 C、原子核有内部结构 D、质子有内部结构 4、下列关于原子核的组成的说法中错误的是( ) A、原子核是由带正电的质子和带负电的电子组成的 B、原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成的 C、原子核内没有电子 D、原子核内发生某种变化时会产生中子 5、关于α、β、γ射线穿透本领的判断正确的是( ) A、α射线最强 B、β射线最强 C、γ射线最强 D、一样强 6、关于核能，下列说法正确的是（） A、原子核很小，因此其中不可能存在大量的能量 B、人们现在能够利用可控核聚变的能量 C、对于核裂变的链式反应，人们还不能控制 D、无论是较大的原子核受激分裂，还是较小的原子核的结合，其中都会伴随着 巨大的能量变化 7、核电站的能量转化情况是（） A、核能→机械能→电能 B、核能→内能→机械能→电能 C、核能→化学能→电能 D、化学能→内能→电能 8、下面关于人类利用原子核能的两种主要方法的说法中正确的是 ( ) A、裂变和聚变过程都有质量亏损 B、裂变和聚变过程质量都有所增加 C、裂变过程有质量亏损，聚变过程质量有所增加 D、聚变过程有质量亏损，裂变过程质量有所增加

9、原子弹和核电站的根本区别是（） A、原子弹利用核裂变，核电站利用核聚变 B、原子弹利用核聚变，核电站利用核裂变 C、原子弹对裂变的链式反应不加控制，核电站控制裂变的链式反应速度 D、原子弹对聚变的链式反应不加控制，核电站控制聚变的链式反应速度 10、太阳每天能释放大量的核能，是由于太阳内部( ) A、进行着大规模的聚变 B、进行着不能控制的链式反应 C、进行着剧烈的化学反应 D、具有大量的热能 11、氘核的质量为m D，氚核的质量为m T，它们聚变成质量为m He的氦核，并释放出质量为m n的中子，放出的能量应为（） A、（m D+m T-m He-m n）c2 B、（m D+m T）c2 C、（m He+m n-m D-m T）c2 D、(m He+m n)c2 12、下列有关目前核反应堆的说法中正确的是( ) A、核反应堆是进行聚变而获得核能的一种装置 B、核反应堆是进行裂变、且不加控制而获得核能的一种装置 C、核反应堆是控制重核裂变速度，使核能缓慢地平稳地释放出来的装置 D、核反应堆是控制轻核聚变速度，使核能缓慢地平稳地释放出来的装置 13、联合国环境公署对科索沃地区的调查表明，北约对南联盟进行的轰炸中，大量使用了贫铀炸弹。贫铀是从金属中提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大，而且残留物可长期危害环境。下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是 ( ) ①由于爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害 ②爆炸后的弹片会对人体产生危害 ③铀238的衰变速率很快 ④铀的半衰期很长 A、①② B、①③ C、①④ D、②④ 14、热核反应是一种理想能源的原因，描述不正确的是 ( ) A、就单位质量来说，热核反应比重核裂变时释放的能量多 B、对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处理 C、热核反应的核原料在地球上储量丰富 D、热核反应的实现与约束控制较容易

人教版高中物理第三册核反应 核能教案

核反应核能 一、教学目标 1．知识目标： （1）知道原子核的人工转变及核反应的概念和规律. （2）理解核能的概念，知道核反应中的质量亏损. （3）知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系. 2．能力目标： 会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能. 3．德育目标： 认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义. 二、教学重点 核能的概念.爱因斯坦的质能方程. 三、教学难点 质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解. 四、教学方法 本节以教师讲授为主，辅之以学生课堂练习.先从原子核的天然衰变引出原子核的人工转变，进而引入核反应的概念，总结出核反应遵从的规律；从核反应中的γ辐射引入核能的概念，再从核反应中的质量亏损引出爱因斯坦质能关系，最后说明在核反应中释放能量与质量亏损密切相关，给出公式ΔE＝mc2 再通过学生的课堂练习加以巩固. 五、教学用具 无特殊教具 六、课时安排 1 课时 七、教学过程 （一）引入新课 ［教师提问］放射性的本质是什么？ ［学生回答］原子核的天然衰变. ［教师提问］那能否利用人工方法使原子核发生变化呢？ ［学生思考］… 本节课就来研究原子核人工转变所产生的核反应以及所引起的能量变化——核能. （二）进行新课 1．核反应 ［教师提问］如果要人工转变原子核，那用什么办法呢？ ［学生猜想］用类似于炮弹的东西去轰击它，看能否把它敲开. ［教师点拨］原子核那么小，用什么作“炮弹”呢？

［学生回答］只能用天然放射线中的微观粒子. ［教师点拨］那α、β、γ粒子都可以作“炮弹”吗？ ［学生思考］… ［教师点拨］尽管β、γ粒子的速度很大，但它们的质量很小，能量也较小，它们与原子核作用时一般不能引起原子核的转变，而α粒子由于质量和能量较大，它与原子核作用时很容易使原子核发生转变，因此通常用α粒子作为“炮弹”轰击原子核就可以使原子核实现人工转变.这个过程就是一种核反应. 1.1 定义 在核物理学中,原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程,称为核反应. 1.2 原子核的人工转变 （1）卢瑟福发现质子的核反应（1919年） 147N+42He→178O+11H（质子） （2）查德威克发现中子的核反应（1932年） 94Be+42He→126C+10n（中子） ［教师点拨］在上面两个核反应中，反应前后反应物与生成物的核电荷数及质量数有什么关系？ ［学生回答］反应物与生成物的核电荷数及质量数总和不变，即守恒. 1.3 核反应遵循的规律：质量数和电荷数都守恒 ［教师点拨］在核反应中虽然质量数守恒，但反应前后原子核的总质量并不守恒. 科学家研究证明，氘核虽然由一个中子和一个质子组成，但氘核的质量并不等于一个中子和一个质子的质量之和，精确计算表明：氘核的质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些，这种现象叫做质量亏损，只有在核反应中才能明显的表现出来. 1.4 核反应的特点：存在质量亏损 核反应前后原子核的质量之差叫做质量亏损（用Δm表示） ［教师点拨］我们知道，在化学反应中往往要伴随吸热或放热，这引起分子或原子的能量发生变化，这种能量就是我们通常所说的化学能.在核反应中也伴随能量的变化，这种能量就是核能，它要比化学能巨大的多. 例如：一个中子和一个质子结合成氘核时，要放出2.2 MeV的能量，这个能量以γ光子的形式辐射出去.而两个氢原子结合成氢分子释放的化学能只不过几个电子伏. 2．核能 2.1 什么是核能？与核反应相联系的一种能量. 2.2 核能的特点： （1）与原子核的变化相联系，只有在核反应中才能体现出来. （2）核能是非常巨大的.属于非常规能源. ［教师点拨］在核反应中既伴随巨大能量的释放，又伴随一定的质量亏损，这说明