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1、13.1氢氢13.2稀稀 有有 气气 体体作作 业业本本 章章 要要 求求13.1 氢氢13.1.1 氢的存在和物理性质氢的存在和物理性质一、氢的存在一、氢的存在1.氢是自然界最丰富的元素，丰度占第九位（以质量计），氢是自然界最丰富的元素，丰度占第九位（以质量计），含氢化合物种类很多，水生命物质，化石燃料等。含氢化合物种类很多，水生命物质，化石燃料等。名称名称符号符号含量含量熔点熔点沸点沸点用途用途氕氕H99.98%20.4K14.0K还原剂、燃料还原剂、燃料氘氘D0.02%23.5K18.6K原子反应堆、反应原子反应堆、反应机理的研究机理的研究氚氚T极少极少核聚变反应、示踪核聚变反应、示踪原
2、子原子2.三种同位素：三种同位素：二、氢的物理性质二、氢的物理性质1.无色、无味的可燃性气体，密度小，溶解度小无色、无味的可燃性气体，密度小，溶解度小2.易被镍、钯、铂等金属吸附，被吸附的氢活性增易被镍、钯、铂等金属吸附，被吸附的氢活性增强，如常温下能与氧化合。强，如常温下能与氧化合。3.正氢和仲氢正氢和仲氢用液态的空气冷却氢气，并用活性炭吸附分离，可用液态的空气冷却氢气，并用活性炭吸附分离，可得氢的两种变体，正氢和仲氢。普通氢在室温下得氢的两种变体，正氢和仲氢。普通氢在室温下含含75%的正氢，的正氢，25%的仲氢。二者的区别在于两的仲氢。二者的区别在于两核的自旋方向不同，物理性质不同，化学性
3、质相核的自旋方向不同，物理性质不同，化学性质相同。同。13.1.2 氢的化学性质和氢化物氢的化学性质和氢化物一、氢的成键特征一、氢的成键特征（1）配位键：）配位键：H+与其它的原子或分子。如酸中的与其它的原子或分子。如酸中的水合氢离子。水合氢离子。（2）共价键：与电负性不大的非金属元素以共用）共价键：与电负性不大的非金属元素以共用电子对结合，如电子对结合，如H2O。（3）离子键：和第）离子键：和第A和和A族元素。族元素。 如如 NaH （4）独特的键形）独特的键形 氢键：氢键：N、O、F的氢化物，如水分子。的氢化物，如水分子。 氢桥键：在缺电子化合物中，如乙硼烷。氢桥键：在缺电子化合物中，如乙
4、硼烷。二、氢的化学性质二、氢的化学性质1.单质氢单质氢 （1）氢分子在常温下不太活泼，解离能为氢分子在常温下不太活泼，解离能为436kJ/mol.与氟化合，还能还原与氟化合，还能还原PdCl2水溶液。水溶液。PdCl2(aq)+H2 Pd(s)+2HCl(aq)该反应可以检验该反应可以检验H2的存在。的存在。 2H2 + CO CH3OH.在一定条件下，与许多金属、非金属及金属氧化在一定条件下，与许多金属、非金属及金属氧化物反应。物反应。 2H2 + O2 2H2O WO3 + 3H2 W + 3H2OCu/ZnO又如油脂的氢化。又如油脂的氢化。2.原子氢原子氢原子氢的还原性比氢单质要强得多，
5、在常温下能与原子氢的还原性比氢单质要强得多，在常温下能与Ge Sn As Sb等单质直接化合。等单质直接化合。 与与As;S等非金属单质的反应等非金属单质的反应 As + 3H AsH3 S + 2H H2S 与金属氧化物或氯化物的反应与金属氧化物或氯化物的反应 CuCl2 + 2H Cu + 2HCl 与含氧酸盐的反应与含氧酸盐的反应 BaSO4 + 8H BaS + 4H2O1实验室制备实验室制备 Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2 2.电解法电解法 阴极阴极 2H2O +2e- H2 + 2OH- 阳极阳极 4OH- O2 + 2H2O +4e-3.工业生产工业生产 C(赤热赤热
6、) + H2O（g） H2(g) + CO(g)1373K三、氢的制备三、氢的制备4.石油化学工业石油化学工业 C2H6(g) CH2=CH2(g) + H2(g)5.野外工作的简便制法野外工作的简便制法 Si + 2NaOH + H2O Na2SiO3 + 2H2(g)四四.氢化物氢化物1、离子型氢化物：、离子型氢化物： 如如NaH, LiAlH42、金属型氢化物：、金属型氢化物： 如如VH0.563、共价型氢化物：、共价型氢化物：4、金属含氢配合物：、金属含氢配合物：Fe(CO)4H2 NaBH4等、等、五五.氢能源氢能源1.来源丰富来源丰富2.热值高，相当于同质量的石油的三倍。热值高，相
7、当于同质量的石油的三倍。3.无污染。无污染。4.可储存，可高效输送。可储存，可高效输送。13.2 稀有气体稀有气体13.2.1 稀有气体发现简史稀有气体发现简史普鲁物和拉齐姆在研究空气的成分时发现了氩。后普鲁物和拉齐姆在研究空气的成分时发现了氩。后又发现了其它的气体。又发现了其它的气体。13.2.2 稀有气体的存在、性质、制备和用途稀有气体的存在、性质、制备和用途一、存在一、存在稀有气体都能在大气中找到，它们约占大气成分的稀有气体都能在大气中找到，它们约占大气成分的1%.其中氩最多。氦是宇宙中第二最丰元素（其中氩最多。氦是宇宙中第二最丰元素（23%）。）。二、制备二、制备1、空气的液化、空气的
8、液化2、稀有气体的分离、稀有气体的分离13.2.3 稀有气体化合物稀有气体化合物 一、稀有气体化合物的发现：一、稀有气体化合物的发现：零族元素的确认在发现周期系之后，曾长期叫零族元素的确认在发现周期系之后，曾长期叫惰性气体惰性气体（inert gases），直到直到1962年英国化学家年英国化学家巴特列巴特列在室温在室温下第一次合成出真正的化合物下第一次合成出真正的化合物XePtF6： Xe(g)+PtF6(g)=XePtF6 (s,桔红色晶体桔红色晶体) 第一个第一个rare gas compound被合成被合成,inert gases的神的神话从此被打破。改称话从此被打破。改称稀有气体稀有
9、气体(noble gases或或rare gases)。氦氦：不燃烧，密度小，可用来代替氢气充填气球。：不燃烧，密度小，可用来代替氢气充填气球。 氖氖：用于制造氖灯或仪器中的批示灯。：用于制造氖灯或仪器中的批示灯。 氩氩：热传导系数小，用于充填电灯泡，防氧化。：热传导系数小，用于充填电灯泡，防氧化。 氪和氙氪和氙：热传导系数小，填充灯泡；同位素用来测量脑血流量和：热传导系数小，填充灯泡；同位素用来测量脑血流量和研究肺功能、计算胰岛素分泌量。研究肺功能、计算胰岛素分泌量。氙氙“人造小太阳人造小太阳”。早在早在1960年巴特列通过实验发现了强氧化性的年巴特列通过实验发现了强氧化性的PtF6(g)可
10、以将可以将O2分子氧化成分子氧化成O2+PtF6-。他考虑到他考虑到Xe与与O2分子的电离能相近分子的电离能相近(I1Xe=1170KJ/mol,I1O2=1164 KJ/mol),还有还有O2+与与Xe+的半径也大致相似。因此，如果有的半径也大致相似。因此，如果有XePtF6，其晶格能亦与其晶格能亦与O2PtF6的相似，估计的相似，估计PtF6(g)可以可以将氙氧化。将氙氧化。Xe(g)+PtF6(g)=XePtF6(s,桔红色晶体桔红色晶体) 1962年年XePtF6第一次问世，使整个化学界大为震第一次问世，使整个化学界大为震惊，许多人转向稀有气体化合物的合成，使稀有气体惊，许多人转向稀有
11、气体化合物的合成，使稀有气体化合物迅速发展。化合物迅速发展。1、氟化物、氟化物 在一定条件下氟与在一定条件下氟与Xe有下列反应有下列反应 F2+Xe(过量过量)XeF2 673K,1.03105paF2+Xe(少量少量)XeF4 873K,6.18105paF2+Xe(少量少量)XeF6 573K,6.18106paXeF2是强氧化剂，不太稳定。是强氧化剂，不太稳定。 2XeF2+2H2O=2Xe+4HF+O2XeF2+2KCl=Xe+2KF+Cl2 4XeF4+8H2O=2XeO3+2Xe+O2+16HFXeF6+3H2O=XeO3+6HF氟化氙都是强氧化剂。氟化氙都是强氧化剂。二、稀有气体
12、化合物二、稀有气体化合物2、氧化物、氧化物XeO3：是一种易潮解和易爆炸的化合物，具有是一种易潮解和易爆炸的化合物，具有强氧化性。强氧化性。 XeO4：很不稳定，具有爆炸性的气态化合物。很不稳定，具有爆炸性的气态化合物。氙的化合物，一般都能发生水解，都是强氧化剂，氙的化合物，一般都能发生水解，都是强氧化剂，一般情况被还原为单质。一般情况被还原为单质。 这些性质与稀有气体具有这些性质与稀有气体具有很稳定的电子构型有关。很稳定的电子构型有关。3、稀有气体化合物的结构（自学）、稀有气体化合物的结构（自学）6XeF4 + 12H2O =2XeO3 +4Xe +24HF +3O2XeF6 + H2O = XeOF4 + 2HFXeF6 + 3H2O = XeO3 + 6HF
