登录
14. 【跨学科实践活动】
核能作为极具发展潜力的多元化能源之一，在我国经济发展中具有重要的地位。某校化学实践小组的同学们对此产生了浓厚的兴趣。他们对核燃料铀-235的制取方法、应用优势、储存手段和发展前景等展开了项目式问题探究。
**任务一：调查铀-235的制取方法和核能发电的基本原理。**
【咨询专家】小组同学通过数字化平台向专家进行咨询，知道了浓缩铀的工艺过程和核能发电的基本原理，并了解了爱因斯坦的质能方程：$E = mc^{2}$(m表示质量，c表示光速，E表示能量)。
【生产流程】铀矿的开采与浓缩以及发电，都有着成熟的技术流程，过程如下：
开采矿石→研磨→酸浸$\xrightarrow{其他复杂反应}$提纯$\xrightarrow{850^{\circ}C}$黑色粉末→三氧化铀$\xrightarrow[高温]{氢气}$二氧化铀→压坯→烧制压缩$\xrightarrow{中子激发}$钡、氪等+热能$\xrightarrow[水]{汽轮机}$电能
【交流讨论】
(1)除核能外，其他正在蓬勃发展的新能源有
(2)下图是氪原子和钡原子的结构示意图。其中，x =
(3)三氧化铀生成二氧化铀的反应的符号表达式为
**任务二：探究核能应用优势。**
【提出问题】核能被广泛应用的原因是什么？
【调查研究】调查煤与铀燃烧发电的相关数据，进行比较。
(4)试计算：$3×10^{6}t$煤完全燃烧，生成二氧化碳的质量是多少？
【反思评价】
(5)通过上述数据对比，相比于燃煤发电，核燃料的优点是
(6)人们发现核废料比核燃料质量减少的原因是
**任务三：调研核燃料的储存手段。**
【查阅资料】铀-235的储存涉及多方面的安全措施和管理策略，旨在确保其安全、有效地储存，同时保护人类和环境免受辐射的危害。
(7)核燃料储存是核燃料商业化应用的基本保障，为了做好储存，造福社会，除做好硬件设施建造和维护外，还需完善其他措施。你提出的行动方案：
**任务四：展望核能发展前景。**
【市场调研】目前，以核裂变为代表的核电应用已较为成熟。未来，可控核聚变在能源领域也将大放异彩。
核能作为极具发展潜力的多元化能源之一，在我国经济发展中具有重要的地位。某校化学实践小组的同学们对此产生了浓厚的兴趣。他们对核燃料铀-235的制取方法、应用优势、储存手段和发展前景等展开了项目式问题探究。
**任务一：调查铀-235的制取方法和核能发电的基本原理。**
【咨询专家】小组同学通过数字化平台向专家进行咨询，知道了浓缩铀的工艺过程和核能发电的基本原理，并了解了爱因斯坦的质能方程：$E = mc^{2}$(m表示质量，c表示光速，E表示能量)。
【生产流程】铀矿的开采与浓缩以及发电，都有着成熟的技术流程，过程如下：
开采矿石→研磨→酸浸$\xrightarrow{其他复杂反应}$提纯$\xrightarrow{850^{\circ}C}$黑色粉末→三氧化铀$\xrightarrow[高温]{氢气}$二氧化铀→压坯→烧制压缩$\xrightarrow{中子激发}$钡、氪等+热能$\xrightarrow[水]{汽轮机}$电能
【交流讨论】
(1)除核能外，其他正在蓬勃发展的新能源有
风能
(答一个即可)。(2)下图是氪原子和钡原子的结构示意图。其中，x =
18
；钡元素在化合物中通常显+2
价；钡与氪属于不同元素的原因是核电荷数(或质子数)不同
。(3)三氧化铀生成二氧化铀的反应的符号表达式为
UO₃+H₂\xlongequal{高温}UO₂+H₂O
。**任务二：探究核能应用优势。**
【提出问题】核能被广泛应用的原因是什么？
【调查研究】调查煤与铀燃烧发电的相关数据，进行比较。
(4)试计算：$3×10^{6}t$煤完全燃烧，生成二氧化碳的质量是多少？
【反思评价】
(5)通过上述数据对比，相比于燃煤发电，核燃料的优点是
用量少、零碳排放
(至少答2点)。(6)人们发现核废料比核燃料质量减少的原因是
减少的物质转化成了能量
。**任务三：调研核燃料的储存手段。**
【查阅资料】铀-235的储存涉及多方面的安全措施和管理策略，旨在确保其安全、有效地储存，同时保护人类和环境免受辐射的危害。
(7)核燃料储存是核燃料商业化应用的基本保障，为了做好储存，造福社会，除做好硬件设施建造和维护外，还需完善其他措施。你提出的行动方案：
制定严格的规章制度；进行广泛的宣传教育
(答出2点)。**任务四：展望核能发展前景。**
【市场调研】目前，以核裂变为代表的核电应用已较为成熟。未来，可控核聚变在能源领域也将大放异彩。
答案
14.
(1)风能(合理即可)
(2)18 +2 核电荷数(或质子数)不同
$(3)UO₃+H₂\xlongequal{高温}UO₂+H₂O$
(4)解：$3×10⁶t÷(\frac{12}{12+16×2}×100\%)=1.1×10⁷t$
答：略。
(5)用量少、零碳排放(合理即可)
(6)减少的物质转化成了能量
(7)制定严格的规章制度；进行广泛的宣传教育(合理即可)
(1)风能(合理即可)
(2)18 +2 核电荷数(或质子数)不同
$(3)UO₃+H₂\xlongequal{高温}UO₂+H₂O$
(4)解：$3×10⁶t÷(\frac{12}{12+16×2}×100\%)=1.1×10⁷t$
答：略。
(5)用量少、零碳排放(合理即可)
(6)减少的物质转化成了能量
(7)制定严格的规章制度；进行广泛的宣传教育(合理即可)
解析
【分析】
本题围绕核能相关知识展开，需结合新能源、原子结构、化学表达式、化学计算、质能方程等知识逐一分析：
1. 回忆常见新能源，列举除核能外的新能源；
2. 根据原子结构中质子数=核外电子数计算氪原子的x值，结合钡原子最外层电子数确定其化合价，依据元素定义判断元素不同的原因；
3. 明确反应物、生成物及反应条件，书写符号表达式；
4. 利用碳元素守恒，结合二氧化碳中碳的质量分数计算生成二氧化碳的质量；
5. 对比核能与燃煤发电的差异，总结核能的优点；
6. 结合爱因斯坦质能方程，分析核反应中质量减少的原因；
7. 从安全管理角度，提出核燃料储存的合理措施。
【解析】
(1) 常见新能源包括太阳能、风能、地热能等，任选其一即可，如风能；
(2) 原子中质子数=核外电子数，氪原子的核外电子总数为36，故2+8+18+x+8=36，解得x=18；钡原子最外层电子数为2，在化学反应中易失去2个电子，故化合物中通常显+2价；元素是质子数（核电荷数）相同的一类原子的总称，钡与氪属于不同元素的原因是核电荷数（或质子数）不同；
(3) 三氧化铀（UO₃）和氢气（H₂）在高温下反应生成二氧化铀（UO₂）和水（H₂O），符号表达式为：$\ce{UO_{3} + H_{2}\xlongequal{高温}UO_{2} + H_{2}O}$；
(4) 解：煤完全燃烧生成二氧化碳，根据碳元素守恒，二氧化碳中碳元素全部来自煤中的碳。二氧化碳中碳元素的质量分数为$\frac{12}{12+16×100\%=\frac{12}{44}$，则生成二氧化碳的质量为：$3×10^{6}t÷\frac{12}{44}=1.1×10^{7}t$；
(5) 对比燃煤发电，核燃料的优点是用量少、零碳排放（或污染小等，合理即可）；
(6) 根据爱因斯坦质能方程$E=mc²$，核反应中部分质量转化为能量释放，故核废料比核燃料质量减少；
(7) 核燃料储存的行动方案可从管理和宣传角度提出，如制定严格的规章制度、进行广泛的宣传教育（合理即可）。
【答案】
(1) 风能（合理即可）
(2) 18；+2；核电荷数（或质子数）不同
(3) $\ce{UO_{3} + H_{2}\xlongequal{高温}UO_{2} + H_{2}O}$
(4) $1.1×10^{7}t$（计算过程见解析）
(5) 用量少、零碳排放（合理即可）
(6) 减少的物质转化成了能量
(7) 制定严格的规章制度；进行广泛的宣传教育（合理即可）
【知识点】
新能源、原子结构与元素性质、化学符号表达式、化学计算
【点评】
本题为跨学科实践题，结合核能相关知识，考查基础化学概念、化学计算及实际应用，联系能源发展实际，培养学生的科学探究与社会责任素养，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题围绕核能相关知识展开，需结合新能源、原子结构、化学表达式、化学计算、质能方程等知识逐一分析：
1. 回忆常见新能源，列举除核能外的新能源；
2. 根据原子结构中质子数=核外电子数计算氪原子的x值，结合钡原子最外层电子数确定其化合价，依据元素定义判断元素不同的原因；
3. 明确反应物、生成物及反应条件，书写符号表达式；
4. 利用碳元素守恒，结合二氧化碳中碳的质量分数计算生成二氧化碳的质量；
5. 对比核能与燃煤发电的差异，总结核能的优点；
6. 结合爱因斯坦质能方程，分析核反应中质量减少的原因；
7. 从安全管理角度，提出核燃料储存的合理措施。
【解析】
(1) 常见新能源包括太阳能、风能、地热能等，任选其一即可，如风能；
(2) 原子中质子数=核外电子数，氪原子的核外电子总数为36，故2+8+18+x+8=36，解得x=18；钡原子最外层电子数为2，在化学反应中易失去2个电子，故化合物中通常显+2价；元素是质子数（核电荷数）相同的一类原子的总称，钡与氪属于不同元素的原因是核电荷数（或质子数）不同；
(3) 三氧化铀（UO₃）和氢气（H₂）在高温下反应生成二氧化铀（UO₂）和水（H₂O），符号表达式为：$\ce{UO_{3} + H_{2}\xlongequal{高温}UO_{2} + H_{2}O}$；
(4) 解：煤完全燃烧生成二氧化碳，根据碳元素守恒，二氧化碳中碳元素全部来自煤中的碳。二氧化碳中碳元素的质量分数为$\frac{12}{12+16×100\%=\frac{12}{44}$，则生成二氧化碳的质量为：$3×10^{6}t÷\frac{12}{44}=1.1×10^{7}t$；
(5) 对比燃煤发电，核燃料的优点是用量少、零碳排放（或污染小等，合理即可）；
(6) 根据爱因斯坦质能方程$E=mc²$，核反应中部分质量转化为能量释放，故核废料比核燃料质量减少；
(7) 核燃料储存的行动方案可从管理和宣传角度提出，如制定严格的规章制度、进行广泛的宣传教育（合理即可）。
【答案】
(1) 风能（合理即可）
(2) 18；+2；核电荷数（或质子数）不同
(3) $\ce{UO_{3} + H_{2}\xlongequal{高温}UO_{2} + H_{2}O}$
(4) $1.1×10^{7}t$（计算过程见解析）
(5) 用量少、零碳排放（合理即可）
(6) 减少的物质转化成了能量
(7) 制定严格的规章制度；进行广泛的宣传教育（合理即可）
【知识点】
新能源、原子结构与元素性质、化学符号表达式、化学计算
【点评】
本题为跨学科实践题，结合核能相关知识，考查基础化学概念、化学计算及实际应用，联系能源发展实际，培养学生的科学探究与社会责任素养，难度适中。
【难度系数】
0.6
