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1、1. 物质的存在,4. 重要单质、化合物的 用途（应用）,2. 物质的性质(物理性质、化学性质),3. 重要单质、化合物的主要工业和实验室制法；,元素化学部分学习方法问题,1. 分清主次关系 抓住主线 典型元素-典型化合物性质（酸碱性、化还原性、配位性、溶解性、热稳定性、物理化学性质等）。 卤素：Cl-含氧酸盐XOnm (XO-重要的)-氧化性。 每一族中的典型（代表性）元素（卤素中的氯）是主要的；典型化合物（次卤酸中的次氯酸）是主要的；性质则是主要的。,2. 注意相关知识之间的相互联系，找出异同点,掌握相邻元素之间的关系，前后、上下的相互关系，注意纵比和横比，找出共同的规律和差异。如当讨论到
2、族与族（相邻主族，相邻副族，同类主、副族）之间；周期与周期（长、短周期，第二与第三周期，第四、第五与第六周期）之间；元素与元素（如B与Si，C与Si，Zr与Hf等）之间的相互联系时；应注意找出它们之间的相似和相异之处。,3处理好个性和共性的关系,在掌握通性的同时，特别要注意个性。如F、Cl的电子亲合能的特点，特别小的原因和特别大的原因、变化趋势等 研究某一类化合物（如卤化物、硫化物）时，既要认识该类化合物的通性，又要剖析若干具体化合物。对通性的认识能指导对个别物质的认识，而认识了个别化合物又能丰富对通性的认识。这是一般和个别相结合的认识方法。,4事实描述与理论推理的关系,处理好宏观与微观的关系
3、、处理好尊重事实与理论学习的关系。学会运用以前的理论知识解释在元素部分所遇到的问题。 讨论描述性知识时，应当充分发挥理论的指导作用。通常比较多见的是，运用物质结构的观点从微观上推理，或运用能量的观点从宏观上分析。然而，由于受到人们认识的限制和一定阶段知识水平的限制，不必对事实材料都要作理论上的阐述。,学习方法上注意：以教材为主要参考书；以自学为主，自己总结，教师指导。 以理论指导实际,但不能牵强附会,结构决定了它的性质而性质又决定其制备途径、分离方法、用途等。 抓住共性与个性。即重要反应的规律性、特殊性。学习中以元素周期系为纲、异中求同、同中求异，掌握周期系变化的规律与非规律性。 重视实验。取
4、得大量的感性知识，从实验现象观察，从周围生活实际观察，以无机材料，生物无机，有机金属等新兴领域联系理论解释思考“化学与人类”、“化学与我们”、“化学与我”，以一个崭新姿态迎接高新技术挑战。 重要性质，方程式要记忆，但是应理解性、推理性记忆，为后续课打下基础。,无机化学,元素部分的学习纲要：,第一节 氢 第二节 稀有气体,第13章 氢 稀有气体 Chapter 13 Hydrogen and rare gases,本章教学要求,1.了解氢的存在形式; 2.掌握氢的结构特征和性质; 3.认识氢能源的发展现状和趋势; 4.了解稀有气体的存在和从空气中分离方法; 5.掌握稀有气体的物理性质和化学性质
5、及其变化规律; 6.掌握稀有气体化合物的性质和结构.,氢的发现,Cavendish(1731-1810),Laviusiser(1743-1794),氢发现得比较早，早在十六世纪马拉塞尔斯（Paracelous）就发现硫酸与铁反应时，有一种能燃烧的气体产生。直到1766年英国科学家凯文迪亚才确认它是与空气不同的一种易燃的新物质。他曾称之为“易燃空气”，甚至误认为这种气体就是燃素。直到1787年法国科学家拉瓦锡才命名这种气体为氢，意为“成水元素”（和O2燃烧生成水），并确定它是一种元素。,一、存在三种同位素,氘 T,氕 H,氘 D,氢在邻近地面的空气中含量极少，但光谱分 析表明，氢是太阳和某些星
6、球大气的主要组成部 分，以原子百分数（即丰度）计，它占81.75%， 是太阳发生热核反应的主要原料，是人类赖以生 存的最大能量来源。 氢分子有：H2（正氢：两核自旋方向相同，75%； 仲氢，25%） D2 ，HD，TD， T2，HT,同位素,主要同位素有3种，此外还有瞬间即逝的 4H 和 5H. 重氢以重水（D2O）的形式存在于天然水中，平均约占氢原子总数的 0.016%.,核性质,同位素效应,一般情况下不同的同位素形成的同型分子表现为极为相似的物理和化学性质，例如 10BF3 与 11BF3 的键焓、蒸汽压和路易斯酸性几乎相等. 然而，质量相对差特大的氢同位素却表现不同，例如：,制备,利用重
7、水与水的差别，富集重水，再以任一种从水中制 H2 的方法从 D2O 中获得 D.,慢中子轰击锂产生 ：,H2O 和 D2O 之间沸点的差异反映了O H O 氢键不如 O DO氢键强. 相同化学环境下 键焓高于键焓的现象在很大程度上是由零点能的差别引起的.零点能低时键焓相对比较高，零点能高时键焓相对比较低. 氢同位素造成的性质差别大得足以找到某些实际应用. 例如，由于D2O中DO键的键焓相对比较高，电解速率应当低于，其结果是在电解水而得到的残液中得以富集.,我国首座重水堆核电站 泰山三核用上国产核燃料,二、性质,（1）溶点、沸点很低，难以液化,（2）有极好的扩散性，导热性,（3）难溶于水，易“溶
8、于”某些金属,（4）常温下不活泼，高温较活泼，以还原性 为主,例:,氢在周期表中的位置,1.A族，ns1,氢原子与碱金属原子一样，价层中仅有 一个价电子，易失去电子形成H+ ； 2. A族，H离饱和的电子层结构只差一个电 子，与卤素相似可以得到一个电子形成H -； 3. A族，H的电子层结构处于半满状态,与碳族 元素相似结合能力很强，可形成众多的氢化物； 4.周期表之顶，氢具有特殊性，有人建议把它放 在周期表之顶，将它与A、 A、 A相连。,0,H2在化学反应中的几种成键情况,1.失去价电子，H+，气态离子束中有H+， 一般与原子 或分子结合存在； 2.获得电子,H -,只存在于电正性大的盐型
9、 氢化物中； 3.形成电子对键，存在于大量的无机物和 有机物中； 4.独特的键合状态，氢键（H3O+）、氢桥键 （B2H6）、非化学计量型氢化物(LaH2.76),将氢气分子加热至2000K以上，特别是通 过电弧或者进行低压放电，可得到原子氢。,H2 (g) = 2H (g),原子氢比单质氢有更强的还原性,例如： As+3H=AsH3 S+2H=H2S,CuCl2+2H=Cu+2HCl,BaSO4+8H=BaS+4H2O,氢化物的合成方法,工业上用第(1)种方法合成放能化合物，然而某些情况下需要采取强化条件(高压、高温和催化剂)以克服不利的动力学因素.采取第(2) 和(3)种方法，以避免强化条
10、件带来的麻烦.后两类方法也可用来制备吸能化合物.,H2反应机理,氢分子与大多数元素和不少化合物之间的反应进行得很慢这是 因为它的高键焓使反应需要较高的活化能. 能使反应进行的条件有：,H2分子在金属表面（a）和配合物中（b）发生的均裂活化,（a）,（b）,H2分子在金属表面(多相催化)或金属配合物上(均相催化)发生均裂而得以活化：,H2分子在固体表面(多相催化)或金属离子(均相催化)发生异裂而得以活化：,外界条件引发产生 H 自由基,爆鸣气在某种恒定温度下的反应速率随压力增大发生不规则变化的事实说明了反应过程的复杂性.773 K 时的反应速率随压力增大两次经过平缓反应区和爆炸反应区：,例如，H
11、2 和 O2 生成水的反应: 2 H2O(g) + O2(g) = 2 H2O(l),二元氢化合物的标准生成自由能 是判断氢与其它元素直接化合反应的重要判据. 为正值的氢化合物都不能由单间的反应合成.,氢化物的热力学,分子型氢化合物由上而下稳定性降低的趋势与其平均键焓 (kJ mol-1)有关. 较重元素形成较弱的键， 这一事实通常归因于相对密实的 H1s 轨道与较松散的重元素 s 和 p 轨道重叠能力比较差.,二元氢化合物在周期表中的分布,二元氢化合物的分类,氢的大多数二元化合物可归入下述三大类中的某一类：共价型氢化物、离子型氢化物和金属型氢化物(间充型氢化物). 各类氢化物在周期表中的分布
12、如下表所示.但是这种分类的界限也不十分明确.结构类型并非非此即彼，而是表现出某种连续性. 例如，很难严格地铍和铝的氢化物归入“离子型”或“共价型”的任一类.,实验室制备: Zn + 2H+ = H2+ Zn2+ Zn + 2H2O + 2OH- = Zn(OH)42- + H2,实验室制氢气中杂质来源与除去方法,H2S锌中含微量 ZnS,H2S + Pb2+ + 2H2O PbS + H3O+,AsH3 锌和硫酸中含微量As,AsH3+3Ag2SO4+3H2O6Ag+H3AsO3+3H2SO4,SO2锌还原 H2SO4 产生,SO2 + 2KOH K2SO3 + H2O,三、氢的制备,工业上制
13、氢主要有三种方法:,（1）水煤气法,C（赤热）+H2O(g) H2+CO(g),水煤气在用作燃料时就不必分离开H2与CO，但为了制备H2，就必须分出CO。,可以将水煤气和水蒸气混合通过红热的催化剂氧 化铁，CO转变为CO2，然2.0103KPa(20atm)下用水洗涤CO2和H2的混合气体，使CO2溶于水而分离出H2。,CO+H2+H2O（g）=CO2+2H2+42.7 KJ,（2）甲烷转化法,CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g),（3）水的电解法,电解反应如下:,阴极 2H2O+2eH2+2OH-,阳极 4 OH-O2+2H2O+4e,2 H2O(l)=2H2(g)+O2(g
14、),四、氢能源,近十多年来，对以氢气作为未来 的动力燃料的氢能源的研究获得 了迅速的发展，象电一样，氢是 一种需要依靠其他能源如石油、 煤、原子能等的能量来制取的所 谓“二级能源”。（而存在于自然 界的可以提供现成形式的能量称 为一级能源，如煤、石油、太阳 能或原子能）。,氢之所以可被选为未来的二级能源，是因为它 具有下述的特点：,1原料来源于地球上贮量丰富的水，地球表面约 71%为水所覆盖，储水量约为2.11021吨。水 分解可制氢，因而资源不受限制。,2氢气燃烧时发热量很大，2H2(g)+O2(g) = 2 H2O(g) 2mol H2燃烧便能释出484KJ热量。其燃烧热为同 质量石油燃烧
15、的三倍。,3氢气作为燃料的最大优点是它燃烧后生成物是水， 不会污染环境，是一种无污染的燃料。,氢能源21世纪的清洁能源,氢作为新能源其特点有：,1.质量轻(所有元素最轻的)； 2.热值高(汽油的3倍); 3.“爆发力”强(燃烧速度快)； 4.来源广(海水含氢量大)； 5.品质纯(燃烧前后无污染)； 6.能量形式多； 7.储运便捷。,0,发展氢能源需解决三个问题：氢气的发生、 储备和利用； （一）氢气的发生 尽管世界上含氢物质很多，制氢的方法和技 术也很多，但太阳能制氢是最佳选择： 1.太阳能热分解水制氢：太阳能将水加热到 3000K以上时，水就分解为H2和O2；若在水 中加入催化剂， 只需90
16、01200 K就能使水产 生出氢。,2.太阳能电解水制氢：将太阳能转换为电能， 用直流电电解池电解水制氢。 3.太阳能光化学分解水制氢：在水中加入光敏 剂(如I2)等，此体系吸收太阳能后就可产生氢。 4.太阳能光电化学电池分解水制氢：在强碱性 水溶液中连接阳极(如n型TiO2、SrTiO3、 WO3)和阴极(如Pt),在太阳照射下,产生恒定 电流,由此可制出氢。,5.太阳光配合催化分解水制氢：利用某些催化 剂(如三联吡啶钌配合物)催化电荷转移反应的 过程，进行太阳光分解水制氢。 6.模拟植物光合作用分解水制氢：利用诸如半 导体隔片光电化学电池的光电效应，可使太 阳光直接电解水制氢。 除了以上太阳能制氢外，还有微生物发酵制氢，光合微生物制氢等。以上制氢都处在研制和开发中，再过2040年，氢
