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1、第十章 非金属元素(一) 氢稀有气体卤素,一 氢,氢是宇宙间所有元素中含量最丰富的元素在自然界中主要以化合态存在是周期系中第一号元素,1氢的发现,2.1存在宇宙中最丰富的元素，太阳大气高达81.75。氢在地壳外层的大气、水和岩石里以原子百分比占15.4，仅次于氧而居第二位。,2氢的存在和性质,2.2三种同位素,1 H氕，符号为H，占99.98%2H氘，符号为D，占0.02%3H氚，符号为T，是H的1017分之一，主要 是核衰变的产物。,2.3两种变体,正氢 仲氢区别： H2中两个氢原子核 H2中两个氢原子核 自旋方向相同 自旋方向相反H2中含量： 高温： 75% 25% 20K ： 0.03%
2、 99.97% 化学性质相同，物理性质稍有差异。,2.4氢的性质,物理性质,密度最小，无色无味气体扩散速度快，导热性高微溶于水(一体积水在273K时溶解0.02体积氢)沸点低，20.2K，液态氢可以把除氦以外的所有气体冷却为固体。,氢气在氧气或空气中燃烧，可得到温度近3000的氢氧焰。H2 + O2 H2O rHm = -285.830 kJmol-1 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。,化学性质,(1) 常温下分子氢不活泼。(2) 高温下，良好的还原剂。 能在空气中燃烧生成水。 能同卤素、N2等
3、非金属反应，生成共价型氢化物。如：3H2 N2 2NH3 与活泼金属反应，生成金属氢化物。 如：H2 2Na 2NaH 能还原许多金属氧化物或金属卤化物为 金属。如：H2 CuOCuH2O,(3) 在有机化学中，氢可发生加氢反应。(4) 发生离解作用，得到原子氢。 H22H 431 kJmol-1,化学性质,2.5氢的成键特征1、形成离子键：活泼金属的氢化物：MH,2、形成共价键：（1）形成一个非极性的共价单键：H2（2）形成极性的共价键：HX,3、独特的键型（1）形成单电子共价键：H2（2）金属氢化物非整比化合物：LaH2.87（3）形成氢键、氢桥键(B2H6),氢桥键和氢键,氢化物在周期表
4、中的分类,Li Be B C N O FNa Mg Al Si P S ClK Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se BrRb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te ICs Ba La-Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po AtFr Ra Ac-Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Uun Uuu Uub,离子型 过渡型 共价型,这种分类不非十分严格。例如，MgH2到底是离子型，还是共价型或过渡型，实际上是有争议的。另外，镧系元素的氢化物LaH2是
5、过渡型，但当组成接近或等于LnH3时，就变成了离子型 。,三、氢的制备,实验室制备,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,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,由两性金属与碱反应或电解法得到的氢气纯度更高,组成：球形漏斗、双球形容器和带活塞的玻璃导管,优点：即开即用，即关即停,氢气的工业制备,世博园提供新能源车实现零排放 采用氢气驱动。1000辆新能源车承担交通 ，园区内尾气“零排放” 。
6、,优点：干净卫生，燃烧后的产物是水，不会污 染环境。,氢燃料汽车以氢为主要能量作为移动的汽车,二稀有气体,VIII A族：He Ne Ar Kr Xe Rn,1s2 2s22p6 3s23p6 4s24p6 5s25p6,稀有气体的价电子结构称为饱和电子层结构，因此稀有气体不易失去电子、不易得到电子，不易形成化学键。,稀有气体均为单原子分子，He是所有单质中沸点最低的气体。,物理性质,19,稀有气体的用途,He,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。,Ne,氖的导电性是空气的75
7、倍，用于放电管中发射红光，也用于作金属焊接的保护气。,Ar,氩的导热性很差，用于填充灯泡，也用作焊接的保护气。,Xe,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。,Kr,三卤素,1卤素的存在,由于卤素单质有很高的化学活性，它们不可能以游离的方式存在于自然界，而是以稳定的卤化物形式存在。氟：主要以萤石、冰晶石和磷灰石存在氯、溴：主要以碱金属、碱土金属卤化物的形式存在于海水中，氯还存在于岩盐、井盐和盐湖中。碘：主要以卤化物和碘酸盐的形式存在。,2卤素的性质,卤素单质3.1物理性质,1、单质的颜色： 气态卤素单质的颜色随着分子量的增大由浅黄色黄绿色红棕色紫色。2、气味：所
8、有卤素具有刺激性气味，强烈刺激眼、鼻等，吸入较多会中毒，甚至死亡，其毒性从氟到碘逐渐减轻。使用液溴，必须戴橡胶手套。碘具有升华性。,3、溶解性：（1）卤素在水中的溶解性不大。氟不溶于水，因为它与水剧烈反应而生成氧气；氯水溶液呈淡黄绿色；溴水溶液呈橙黄色；碘水溶液呈棕色。,（2）卤素单质在有机溶剂种的溶解性比在水中要强得多，溴可溶于乙醇、乙醚、氯仿、四氯化碳等溶剂中，溶液的颜色随浓度的增加而逐渐加深，从黄色到棕红色；碘溶于介电常数较大的溶剂中呈棕色或棕红色在介电常数较小的溶剂中则呈紫色。,3.2化学性质,（一）与金属、非金属的作用氟能与所有金属和非金属（除氮、氧和一些稀有气体外）直接化合，反应常
9、常是很猛烈的，伴随着燃烧和爆炸。氟与单质的反应总是把它们氧化到最高的氧化态如把Co、S、V和Bi氧化为:CoF3，SF6，VF5，BiF5（氯与它们反应生成:CoCl2，SCl4，VCl4，BiCl3）,在室温或不太高温度下，氟与镁、铁、铜、铅、镍等金属反应，在金属表面形成一层保护性的金属氟化物薄膜，可阻止氟与金属进一步的反应。在室温时氟与金、铂不作用，加热时则生成氟化物。,F2与Cu、Ni、Mg作用，表面生成氟化物保护膜，可阻止进一步被氧化，所以F2可储存在Cu、Ni、Mg制成的容器中,氯也能与各种金属和大多数非金属（除氮、氧、稀有元素外）直接化合，但有些反应需要加热，反应还比较剧烈，如钠、
10、铁、锡、锑、铜等都能在氯中燃烧。潮湿的氯在加热条件下能与金、铂起反应，干燥的氯却不与铁作用，故可将干燥的液氯贮于钢瓶中。氯与非金属反应的剧烈程度不如氟。,一般能与氯反应的金属（除了贵金属）和非金属同样也能与溴、碘反应，只是反应的活性不如氯，要在较高的温度下才能发生。,（二）与水、碱的作用X2+H2O2H+2X-+0.5O2(除碘外)X2+H2O H+X-+HXO,氯气的漂白性：氯气与水生成次氯酸，可使有机色素永久性漂白。,卤素的歧化反应与溶液的pH值有关，当氯水溶液的PH4时，歧化反应才能发生，pH4时则Cl-被HClO氧化生成Cl2。碱性介质有利于氯、溴和碘的歧化反应。X2+2OH-=X-+
11、XO-+H2O（X=CI2、Br2）,3X2+6OH-=5X-+XO3-+3H2O（X=CI2、Br2、I2）,冷,碘在冷的碱性溶液中能迅速发生歧化反应：3I2+6OH-=5I-+IO3-+3H2O,（三）与有机物的取代或加成反应 氯、溴可与饱和烃反应，取代其中的氢，生成卤化氢，也能与不饱和烃发生加成反应（四）卤素之间的置换反应,三卤素单质的制备,1、单质氟的制备： 由于氟离子是极弱的还原剂，可用电解氟氢化钾的无水氟化氢溶液来实现的。为降低电解质的熔点，减少HF的挥发等，常加入第二种氟化物。,化学家Karl Chrite首次用化学方法制得氟，这是1986年合成化学研究上的一大突破。具体制法为：
12、2KMnO4+2KF+10HF+3H2O2 2K2MnF6+8H2O+3O2SbCl5+5HF=SbF5+5HCl2K2MnF6+4SbF5=4KSbF6+2MnF2+2MnF3+F2,423K,2、单质氯的制备 氯的制备比氟容易得多，工业上主要是通过电解氯化钠饱和溶液来制备氯气。电解槽以石墨或金属钛作阳极，铁网作阴极，并用石棉将阴极区和阳极区隔开。,实验室利用二氧化锰与浓盐酸反应来制备氯气。,3、溴、碘的制备： 溴离子和碘离子具有比较明显的还原性，常用氯来氧化Br-和I-以制取Br2和I2。工业上从海水中制溴，先把盐卤加热到363K后控制pH为3.5，通入氯把溴置换出来，再用空气把溴吹出以碳
13、酸钠吸收:3Na2CO3+3Br25NaBr+NaBrO3+3CO2,最后用硫酸酸化，单质溴又从溶液中析出。用此方法，从1吨海水中可制得约0.14kg的溴。,实验室中制溴和碘:在实验室中还可用制备氯的方法来制备溴和碘，不过分别以溴化物和碘化物与浓H2SO4的混和物来代替HBr和HI：2NaBr+3H2SO4+MnO2=2NaHSO4+MnSO4+2H2O+Br2,2NaI+3H2SO4+MnO2=2NaHSO4+MnSO4+2H2O+I2后一反应是自海藻灰中提取碘的主要反应。,碘的规模制备:大量的碘还来源于自然界的碘酸钠，因此，要用还原剂使IO3-离子还原为I2。最常用的还原剂为NaHSO3，其离子反应式为：2IO3-+5HSO3-5SO42-+H2O+3H+I2,IO3-+3HSO3-=I-+3SO42-+3H+,IO3-+5I-+6H+3I2+3H2O,三 卤化氢和氢卤酸,HF,HCl,HI,HBr,一、卤化氢和氢卤酸的制备,1、直接合成： 氯和氢可直接合成氯化氢，冷却后以水吸收而制得盐酸。其它卤化氢不用此法制备。,
