第 13 章 氢 希有气体

1. 第13章氢希有气体

2. 教学要求 １、掌握氢的物理和化学性质。 ２、一般地了解希有气体的发展简史，单质的性质，用途和从空气中分离它们的方法。 ３、了解希有气体化合物的性质和结构特点。

3. T H D §13－1 氢 1-1 氢的存在和物理性质 1. 氢是宇宙中最丰富的元素。绝大部分氢以化合态存在。存在于水、石油、天然气以及生物的组织中。由光谱数据分析表明，太阳和其他一些星球的大气中含有大量的氢。 存在 氢的发现 2. 氢的同位素－3种 1 H——又称氕，符号为H，占99.98% 2H——又称为氘，符号为D，占0.02% 3H——又称为氚，符号为T，是H的1017分之一。

4. Cavendish (1731-1810) 氢 的发现 早在16世纪就有人发现了氢气体,它是硫酸与铁反应生成的一种气体，1766年英国物理学家卡尔文迪西确认它是一种易燃气体，并称为“易燃空气”。而到1787年，拉瓦锡才将其命名为“Hydrogen”，“Hydro”是希拉文“水”的意思，指出，水是氢和氧的化合物。 Laviusiser (1743-1794)

5. 3. 氢的物理性质 • 氢是密度最小的无色无味可燃的气体 • 扩散速度快，因而具有很高的导热性 • 微溶于水（一体积水在273K时溶解0.02体积氢） • 沸点：20.4K • 熔点：14.0K • 易被钯、铂、镍等金属吸收，其中钯的吸氢能力最强，室温下一体积的粉末状钯可吸收900体积的氢。因此这些金属是有关于氢反应的优良催化剂。

6. H ↑ 1s1 Na H- H Na+ 1-2 氢的化学性质和氢化物 1. 氢的成键特征 ⑴H –e- → H+除了气态的质子流外，H+总是与其它的原子或分子相结合。如H3O+。 ⑵H + e- → H-主要存在于ⅠA、ⅡA（除Be外）金属的离子型氢化物晶体中。如NaH、MgH2。 H-半径较大，有很强的还原性，仅存在于离子化合物中，水溶液中很快与不反应放出氢气 H- + H2O = H2↑+OH-

7. —H H—O 氢的成键特征 ⑶　氢原子与其它电负性不大的非金属原子可形成共价型氢化物。如HCl、NH3。 H—Cl 共价键是氢最普遍的成键方式。 ⑷　氢原子与电负性极强的元素除形成共价键外，还形成氢键。如HF、NH3、H2O。在缺电子化合物中形成氢桥键。如乙硼烷。这是氢特殊的成键方式

8. 氢桥键和氢键

9. 1273 K C + H2O ==== CO↑ + H2↑ 水煤气法: 1073~1273 K 催化剂 天然气裂解法: 催化剂 CH4 ====== C + 2H2 水蒸气转化法：CH4 + H2O CO + 3H2(g) 实验室由活泼金属和稀酸反应或两性金属与碱反应制备,也可用电解法制备 2 氢气的制备 实验室制备 由两性金属与碱反应或电解法得到的氢气纯度更高 Zn + 2H+ = H2↑+ Zn2+ Zn + 2H2O + 2OH- = Zn(OH)42- + H2↑ 阴极:2H2O +2e ＝ H2↑ + 2OH- 电解法 阳极:4OH- - 4e ＝ O2↑ + 2H2O 氢气的工业制备

10. Pd H2+F2＝2HF 2H2+O2 ==== 2H2O 燃烧 2H2 + O2 ====H2O(g) H =-241.8 kJ·mol-1 高温 WO3 + 3H2 ==== W + 3H2O Fe2O3 + 3H2 =====2Fe + 3H2O 高温 高温 >C=C< + H2 >CH-CH< 高温 高温 Na + H2 ====2NaH Li + H2 ====2LiH 3 氢气的化学性质 氢气的键能很大(436kJ·mol-1) 主要反应是高温反应 ⑴ 少数常温反应 ⑵ 高温还原反应 作为能源： 还原金属氧化物 加氢还原 ⑶ 生成金属氢化物

11. 4．氢化物 氢同其它元素形成的二元化合物叫作氢化物。依元素电负性的不同，可分为离子型或盐型氢化物、分子型或共价型氢化物、金属型或过渡型氢化物。 ⑴．离子型氢化物——碱金属、碱土金属 离子型氢化物可与水发生强烈反应，放出氢气： NaH（s）＋H2O（l）＝H2（g）＋NaOH（aq） 可利用此特性以除去气体或溶剂中微量的水分（如CaH2）。野外制氢。强还原性。 2LiH＋B2H6乙醚 2LiBH4 4LiH＋AlCl3乙醚 LiAlH4＋3LiCl

12. 广泛用于无机和有机合成中作还原剂和负氢离子的来源及野外制氢，十分方便但价格昂贵。广泛用于无机和有机合成中作还原剂和负氢离子的来源及野外制氢，十分方便但价格昂贵。 LiAlH4＋4H2O＝Al(OH)3＋LiOH＋4H2（g） ⑵．金属型（间充型）氢化物 —d区ⅢB～ⅤB元素、ⅥB的Cr、ⅧB的Pd。 从组成上看，有的是整比化合物 如：CrH2、NiH、CuH、ZaH2 有的是非整比化合物 如：LaH2.76、TiH1.73、ZrH1.98、VH0.56 ⑶．分子型氢化物

13. Ar.不活泼 §13—2 稀有气体 2—1 稀有气体发现简史(自学) P443—P444 英国物理学家：拉姆齐W.Ramsay, 1894~1900 “第三位小数的胜利” 空气分离出氮： 1.2572 g·L-1 化学法制备氮： 1.2505g·L-1 空气分离出氮经反应: 3Mg+N2＝Mg3N2 最后剩少量密度较大的单原子气体－Ar意为懒惰

14. 2—2 稀有气体的存在、性质、制备和应用 价电子层结构 He Ne Ar Kr Xe Rn 1s2 2s22p6 3s23p6 4s24p6 5s25p6 2s22p6 希有气体的价电子结构称为饱和电子层结构，因此希有气体不易失去电子、不易得到电子，不易形成化学键。 物理性质:希有气体均为单原子分子，He是所有单质中 点最低的气体。

15. 希有气体的一些物理性质

16. 希有气体的用途 超低温冷却剂；填充气球；作惰性保护气用于核反应堆热交换器；液氦在温度小于2.2K时，是一种超流体，具有超导性和低粘性，对于研究和验证量子理论有重要的意义。 He 氖的导电性是空气的75倍，用于放电管中发射红光，也用于作金属焊接的保护气。 Ne 氩 氩的导热性很差，用于填充灯泡，也用作焊接的保护气。 Ar Kr 氪和氙 导热性均很差，用于填充灯泡，用氙制的电光源氙灯有“小太阳”之称。 Xe

17. Xe + F2 ==========XeF2 Xe +2F2 ===========XeF4 Xe +3F2 ===========XeF6 1 ： 2 673K，1.03×105 Pa 1 ： 5 873K，6.18×105 Pa 1 ： 20 573K，6.18×105 Pa 2-3 希有气体化合物 希有气体化合物是1962年才开始制得成功，是巴特列在发现O2和六氟化铂能发生反应的实验事实后受到启发。 O2+PtF6＝O2+[PtF6]- 由于O2的第一电离能(1175.7kJ·mol-1)和氙的第一电离能(1171.5kJ·mol-1)非常接近，于是想到用氙代替氧可能会发生同样的反应。结果它成功了。 Xe+PtF6＝Xe+[PtF6]- 一、氟化物 希有气体化合物主要是氙的氟化物和氧化物 氙和氟在密闭的镍反应器中加热就可得到氙氟化物

18. ２、氟化物的性质 ⑴　强氧化性: 氧化能力按XeF2—XeF4—XeF6顺序递增 NaBrO3+XeF2+H2O → NaBrO4+2HF+Xe XeF2 + H2 →2HF + Xe XeF2 + 2Cl- →2F- + Xe + Cl2 XeF4+ Pt →2PtF4 + Xe 高溴酸钠就是用XeF2作氧化剂才首次制得成功的 ⑵　与水反应氙氟化物与水反应活性不同 2XeF2 + 2H2O = 2Xe + 4HF + O2 (在碱中迅速反应) 6XeF4+12H2O＝2XeO3+4Xe+3O2+24HF XeF6+3H2O＝XeO3+6HF XeF6+H2O＝XeOF4+2HF (不完全水解) XeF4, XeF6在水中反应生成氧化物

19. 氟化氙的结构 XeF2 XeF4 XeF6

20. 盐酸 → Cl2 Fe2+ → Fe3+ Br- → BrO3- XeO3 + Xe O O 在碱性溶液中表示出弱酸性质： XeO3 + OH- HXeO4- O 二、氧化物 氙的氧化物是无色、易潮解、易爆炸的晶状固体。由氟化物水解制备。 氧化物XeO3，在酸性溶液中具有强氧化性： 并缓慢歧化： 2HXeO4- + 2OH-＝XeO64- + Xe + O2 + 2H2O

21. 2-4 希有气体化合物的结构 分子 价电子对数 价电子对构型 可能构型 最稳定构型 XeF2 5 三角双锥 三种 直线型 XeF4 6 八面体 二种 平面四面形 XeF6 7 变形八面体 二种 变形八面体 XeOF4 6 八面体 二种 四方锥形 XeO3 4 四面体 一种 三角锥形 XeO4 4 四面体 一种 正四面体

22. benzhangjieshu