氢和稀有气体PPT课件.ppt

《氢和稀有气体PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《氢和稀有气体PPT课件.ppt（92页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、第第十十章章氢和稀有气体氢和稀有气体卡文迪许卡文迪许拉瓦锡拉瓦锡 1. 1. 物质的存在物质的存在元素化学学习基本要求4. 4. 重要单质、化合物的用途（应用）重要单质、化合物的用途（应用）2. 2. 物质的性质物质的性质( (物理性质、化学性质物理性质、化学性质) ) 3. 3. 重要单质、化合物的主要工业和重要单质、化合物的主要工业和实验室制法；实验室制法；H氢是周期表中唯一尚未找到氢是周期表中唯一尚未找到确切位置的元素确切位置的元素. . 化学元素中化学元素中, 氢在哪些方面显得独一无二氢在哪些方面显得独一无二? ?氢形成氢键。如果没有氢键，地球上不会存在液态水！氢形成氢键。如果没有氢键

2、，地球上不会存在液态水！ 人体内将不存在现在的人体内将不存在现在的DNADNA双螺旋链！双螺旋链！氢是宇宙中丰度最大的元素氢是宇宙中丰度最大的元素, , 按原子数计占按原子数计占90%, 90%, 按质按质量计则占量计则占75%75%。 2. 2. 氢的三种同位素质量之间的相对差值特别高，并因此而氢的三种同位素质量之间的相对差值特别高，并因此而 各有自己的名称各有自己的名称, , 这在周期表元素中绝无仅有。这在周期表元素中绝无仅有。3. 3. 氢原子是周期表中结构最简单的原子。氢原子是周期表中结构最简单的原子。 4. 4. 氢化学是内容最丰富的元素化学领域之一。氢化学是内容最丰富的元素化学领域

3、之一。 6. 6. 氢是周期表中唯一尚未找到确切位置的元素。氢是周期表中唯一尚未找到确切位置的元素。 氢的同位素氢的同位素 Isotopes of hydrogen1. 同位素同位素 主要同位素有主要同位素有3 3种，此外还有瞬间即逝的种，此外还有瞬间即逝的 4 4H H 和和 5 5H H。重氢以重水（重氢以重水（D D2 2O O）的形式存在于天然水中，平均的形式存在于天然水中，平均约占氢原子总数的约占氢原子总数的 0.016% 0.016%。中文名中文名 英文名称英文名称 表示方法表示方法 符号符号 说明说明氕氕* *( (音撇音撇) ) protium 1H H 稳定同位素稳定同位素氘

4、氘 ( (音刀音刀) ) deuterium 2H D 稳定同位素稳定同位素氚氚 ( (音川音川) ) tritium 3H T 放射性同位素放射性同位素 * * 氕这个名称只在个别情况下使用，通常直接叫氢；氘有时又叫氕这个名称只在个别情况下使用，通常直接叫氢；氘有时又叫“重氢重氢”.”.2. 同位素效应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极为相似的物的物理理和化学性质和化学性质。例如。例如 1010BFBF3 3 与与 1111BF3 BF3 的键焓、蒸汽压和路易斯酸性的键焓、蒸汽压和路易斯酸性几乎相等几乎相等。然而，质量相对

5、差特大的氢同位素却表现不同：然而，质量相对差特大的氢同位素却表现不同： H2 D2 H2O D2O标准沸点标准沸点/ 252.8 249.7 100.00 101.42平均键焓平均键焓/(kJmol1) 436.0 443.3 463.5 470.9H H2 2O O 和和 D D2 2O O 之间沸点的差异反映了之间沸点的差异反映了OHOOHO氢键氢键不如不如 ODOODO氢键强氢键强. . 相同化学环境下键焓高相同化学环境下键焓高于键焓的现象在很大程度上是由于键焓的现象在很大程度上是由零点能零点能的差别引起的差别引起的的. .零点能低时键焓相对比较高，零点能高时键焓相零点能低时键焓相对比较

6、高，零点能高时键焓相对比较低对比较低. . 氢同位素造成的性质差别大得足以找到氢同位素造成的性质差别大得足以找到某些实际应用某些实际应用. . 例如，由于例如，由于D D2 2O O中中DODO键的键焓相对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得到的残液中得以富集. .3. 制备制备 利用重水与水的差别，富集重水，再以任一种从水利用重水与水的差别，富集重水，再以任一种从水中制中制 H H2 2 的方法从的方法从 D D2 2O O 中获得中获得 D D。H31慢中子轰击锂产生慢中子轰击锂产生 ：HeHnLi423

7、11063 氕氕( (1 11 1H)H)是丰度最大的氢同位素是丰度最大的氢同位素, , 占占99.9844%99.9844%；同；同位素位素2 21 1H H叫氘叫氘, , 占占0.0156%0.0156%。氚。氚( (3 31 1H)H)存在于高层大气中，存在于高层大气中，它是来自外层空间的中子轰击它是来自外层空间的中子轰击N N原子产生的：原子产生的： HCnN3112610147 我国首座重水堆核电站我国首座重水堆核电站秦山三核用上国产核燃料秦山三核用上国产核燃料天然资源和工业制备方法天然资源和工业制备方法 Natural recourses and industrial prepar

8、ation methods1. 存在存在 氢是宇宙中丰度最高的元素，氢是宇宙中丰度最高的元素，在地球上的丰度排在第在地球上的丰度排在第1515位。位。 某些矿物某些矿物( ( 例如石油、天然气例如石油、天然气) )和水是氢的主要资源，大气中和水是氢的主要资源，大气中 H H2 2 的含量很低是因为它太轻而的含量很低是因为它太轻而容易脱离地球引力场。容易脱离地球引力场。 木星结构木星结构 根据先锋飞船探根据先锋飞船探测得知，木星大气含测得知，木星大气含氢氢82%82%，氦，氦17%17%，其他，其他元素元素1% 723 K工业制造方法industrial preparation methodsi

9、ndustrial preparation methods 用焦炭或天然气与水反应制用焦炭或天然气与水反应制 H H2 2 ，为什么都需在高温下进行？为什么都需在高温下进行？Question 1Question 1SolutionCH4(g) + H2O(g) 3 H2(g) + CO(g)， = 206.0 kJmol1 C (s) + H2O(g) H2(g) + CO(g), = 131.3 kJmol1 要反应得以进行，则需要反应得以进行，则需供给热量供给热量：C + O2 CO2, = 393.7 kJmol1 CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O, = 803.3 kJmo

10、l1 这样靠这样靠“内部燃烧内部燃烧”放热，供焦炭或天然气与水作放热，供焦炭或天然气与水作用所需热量，无须从外部供给热量。用所需热量，无须从外部供给热量。mHmHmHmH 热化学循环法制热化学循环法制 H2(g)O21(g)HO(g)H (g)I(g)H2HI(g) (g)O21(g)SOO(g)H(g)SOH 2HI(aq)(aq)SOH(s)ISOO(l)2H221300K222873K2421073K4242298K222 净 反 应净 反 应 有文献报道，加热有文献报道，加热(383(383423423K)K)加压加压(1013(101330393039kPa)kPa)，效率可提高到效

11、率可提高到 90% 90% 以上。以上。 电解电解 20% NaOH或或 15% KOH水溶液，耗能水溶液，耗能 大，效率也只大，效率也只 32%4 4OHOH- - O O2 2+2H+2H2 2O + 4eO + 4e- - ( (阳极阳极) )2H2H2 2OO +2 +2e e- - 2OH 2OH- - + H + H2 2 ( (阴极阴极) ) 配合催化太阳能分解水配合催化太阳能分解水 2a 2a 既是既是电子给予体电子给予体，又是，又是电子接受体电子接受体，在光，在光能的激发下，可以向能的激发下，可以向水分子转移电子水分子转移电子，使，使 H H+ + 变为变为 H H2 2 放

12、出。放出。三三(2,2联吡啶联吡啶) 合钌合钌()(2a) 2a*(已活化已活化) h光能光能2(2a)O21HOH2(2a*)222 最近，日本有人把太阳能电池板与水电解槽连最近，日本有人把太阳能电池板与水电解槽连接在一起，电解部分的材料在产生氢气一侧使用接在一起，电解部分的材料在产生氢气一侧使用钼钼氧化钴氧化钴，产生氧气一侧则使用，产生氧气一侧则使用镍氧化钴镍氧化钴。使用。使用1 1平平方米太阳能电池板和方米太阳能电池板和100100毫升电解溶液，每小时可毫升电解溶液，每小时可制作氢气制作氢气 20 20 升，纯度为升，纯度为 99.9% 99.9%。 从海水中制氢从海水中制氢 原理原理：

13、当可见光照射在半导体当可见光照射在半导体膜上时，电子被激膜上时，电子被激发进入发进入导带导带而而留下空穴留下空穴( (低能级的电子空间低能级的电子空间) )。在导带中。在导带中电子电子移动移动到金属薄膜与海水之间到金属薄膜与海水之间表面上表面上，水即被还原产，水即被还原产生生H H2 2。同时，。同时，空穴迁移空穴迁移到半导体与电解质间的表面，来到半导体与电解质间的表面，来自自FeFe2+2+的的电子填充空穴电子填充空穴。（。（美国美国MichiganMichigan州立大学州立大学H. Ti H. Ti TienTien教授）教授）H2(g)海海 水水Fe( ),Fe()电解质溶液电解质溶液

14、硒硒化化镉镉半半导导体体镍镍箔箔可可见见光光 生物分解水制氢生物分解水制氢 生物体分解水不需要电和高温，科学家们试图生物体分解水不需要电和高温，科学家们试图修改光合作用的过程来完成这一技术。小规模的实修改光合作用的过程来完成这一技术。小规模的实验已成功。验已成功。氢气储罐群氢气储罐群大型制氢站大型制氢站大容量电解槽体大容量电解槽体氢气纯化装置氢气纯化装置equipment我国已建成大型制氢设备氢气储罐群氢气储罐群近十多年来，对以氢气作为未来的动力燃料的氢近十多年来，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

15、能源如石油、煤、原子能等的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能量来制取的所谓“二级能源二级能源”。（而存在于自然界的可以提供现成形式的能量称（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）。为一级能源，如煤、石油、太阳能或原子能）。 氢能源氢能源2121世纪的清洁能源世纪的清洁能源 氢之所以可被选为未来的二级能源，是因为它氢之所以可被选为未来的二级能源，是因为它具有下述的具有下述的特点特点：1 1原料来源于地球上贮量丰富的水，地球表面约原料来源于地球上贮量丰富的水，地球表面约 71%71%为水所覆盖，储水量约为为水所覆盖，储水量约为2.

16、12.110102121吨。水吨。水 分解可制氢，因而分解可制氢，因而资源不受限制资源不受限制。2 2氢气氢气燃烧时发热量很大燃烧时发热量很大，2H2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g) = 2 H(g) = 2 H2 2O(g) O(g) 2mol H 2mol H2 2燃烧便能释出燃烧便能释出484KJ484KJ热量热量。其燃烧热为同。其燃烧热为同 质量质量石油燃烧的三倍石油燃烧的三倍。3 3氢气作为燃料的最大优点是它燃烧后生成物是水，氢气作为燃料的最大优点是它燃烧后生成物是水， 不会污染环境不会污染环境，是一种无污染的燃料。，是一种无污染的燃料。 氢能源加油站氢能源加油站 氢能源研究

17、面临的三大问题：氢能源研究面临的三大问题： 氢气的发生（降低生产成本）氢气的发生（降低生产成本） 氢气的储存氢气的储存 氢气的输送（利用）氢气的输送（利用）氢能源氢能源2121世纪的清洁能源世纪的清洁能源 氢燃烧速率快，反应完全.氢能源是清洁能源，没有环境污染，能保持生态平衡. 目前，已实验成功用氢作动力的汽车，有望目前，已实验成功用氢作动力的汽车，有望不久能投入实用不久能投入实用 氢作为航天飞机的燃料已经成为现实，有的氢作为航天飞机的燃料已经成为现实，有的航天飞机的液态氢储罐存有近航天飞机的液态氢储罐存有近18001800m m3 3的液态氢的液态氢 氢能源研究面临的三大问题：氢能源研究面临

18、的三大问题： 氢气的发生（降低生产成本）氢气的发生（降低生产成本） 氢气的储存氢气的储存 氢气的输送（利用）氢气的输送（利用）氢的储存方法氢的储存方法常用的储氢方法及其优缺点见下表常用的储氢方法及其优缺点见下表: :储氢方法储氢方法 优点优点 缺点缺点 压缩气体压缩气体运输和使用运输和使用方便、可靠方便、可靠压力高，使用和运输压力高，使用和运输有危险；钢瓶的体积有危险；钢瓶的体积和重量大，运费较高和重量大，运费较高 液氢液氢 储氢能力大储氢能力大 储氢过程储氢能储氢过程储氢能耗大耗大, ,使用不方便使用不方便金属氢化物金属氢化物 运输和使用安全运输和使用安全 储氢量小，储氢量小，金属氢化物易破

19、裂金属氢化物易破裂 低压吸附低压吸附 低温储氢能力大低温储氢能力大运输和保存需低温运输和保存需低温 氢气的储存：氢气的储存：1.1.高压容器法高压容器法，是在高压下，是在高压下，使其液化成为液态氢使其液化成为液态氢。 2.2.金属储氢法金属储氢法 : :LaNi5+3H2 = LaNi5H6 氢气储存净化器氢气储存净化器稀有金属储氢稀有金属储氢2Pd+H2 2PdH 常温3 .3 .碳纳米管（巴基管）碳纳米管（巴基管） 纳米碳中独特晶格排列结构，其储氢数量大大的纳米碳中独特晶格排列结构，其储氢数量大大的高过了传统的储氢系统。碳纳米管产生一些带有斜口高过了传统的储氢系统。碳纳米管产生一些带有斜口

20、形状的层板，层间距为形状的层板，层间距为0.337 nm0.337 nm，而分子氢气的动力，而分子氢气的动力学直径为学直径为0.289 nm0.289 nm，所以，碳纳米管能用来吸附氢气。，所以，碳纳米管能用来吸附氢气。另外另外 ，由于这些层板之间的氢的结合是不牢固的，降，由于这些层板之间的氢的结合是不牢固的，降压时能够通过膨胀来放出氢气，直到系统降为常压。压时能够通过膨胀来放出氢气，直到系统降为常压。 国外纳米碳吸附氢研究现状和发展趋势国外纳米碳吸附氢研究现状和发展趋势 20192019年，年，V.A.LikholobovV.A.Likholobov等报道纳米碳纤维的吸附热和亨等报道纳米碳纤

21、维的吸附热和亨利系数随着吸附介质分子尺寸的减少而迅速增大，这与常规活利系数随着吸附介质分子尺寸的减少而迅速增大，这与常规活性炭的吸附特性正好相反，表明纳米碳纤维有可能对小分子氢性炭的吸附特性正好相反，表明纳米碳纤维有可能对小分子氢显示超常吸附。显示超常吸附。 20192019年，年，A.C.DillonA.C.Dillon等曾报道等曾报道66单壁纳米碳管对氢的吸附单壁纳米碳管对氢的吸附量比活性炭大的多，其吸附热约为活性炭的量比活性炭大的多，其吸附热约为活性炭的5 5倍。倍。 20192019年，年，ChambersChambers、RodriguezRodriguez、BakerBaker等报

22、道纳米石墨纤等报道纳米石墨纤维在维在12 Mpa12 Mpa下的储氢容量高达下的储氢容量高达2 2克氢克氢/ /克纳米石墨纤维，比现有克纳米石墨纤维，比现有的各种储氢技术的储氢容量高的各种储氢技术的储氢容量高1 1至至2 2个数量级，引起了世人的瞩个数量级，引起了世人的瞩目。目。日本工业技术院资源环境技术综合研究所最近宣布已开发出能日本工业技术院资源环境技术综合研究所最近宣布已开发出能吸附氢的纤维状的炭，直径约吸附氢的纤维状的炭，直径约100100纳米纳米 。 1. H 反应热力学反应热力学氢的性质氢的性质 Properties of hydrogen(1) (1) 元素直接化合元素直接化合

23、2 2E + HE + H2 2(g) 2 EH(g) 2 EH 例如例如，2Li(l) + H2(g) 2LiH(s) (2) BrBrnsted nsted 碱的加合质子碱的加合质子 E E- - + H + H2 2O(ag)O(ag) EH + OHEH + OH- - 例如，例如，Li3N(s) + 3 H2O(l) 3Li(OH) (ag) + NH3(g)(3) (3) 卤化物或拟卤化物与氢化物之间的复分解卤化物或拟卤化物与氢化物之间的复分解 EH + EX EX + EHEH + EX EX + EH 例如例如，LiAlH4 + SiCl4 LiAlCl4 + SiH4 二元氢

24、化合物的标准生成自由能二元氢化合物的标准生成自由能 是判断氢与其是判断氢与其它元素直接化合反应的重要判据。它元素直接化合反应的重要判据。 为正值的氢化为正值的氢化合物都不能由单质的反应合成合物都不能由单质的反应合成。mGmGs s区和区和p p区元素二元氢化合物的区元素二元氢化合物的 /(kJmol1) (298 K) 1 2 13 14 15 16 17LiH(s)68.4 NaH(s)33.5 KH(s)36.0 RbH(s)30.0 CsH(s)32.0BeH2(s)+20.0 MgH2(s)35.9 CaH2(s)147.2SrH2(s)141.0BaH2(s)140.0B2H6(g)

25、+86.7 AlH3(s)1.0 GaH3 0CH4(g) 50.7 SiH4(g)+56.9 GeH4(g)+113.4SnH4(g)+188.3NH3(g) 16.5 PH3(g)+13.4 AsH3(g)+68.9SbH3(g)+147.8H2O(l) 237.1 H2S (g) 33.6 H2Se (g)+15.9H2Te (g) 0HF(g) 273.2 HCl (g) 95.3 HBr (g) 53.5HI (g) +1.7mf H 分子型氢化合物由上而下稳定性降低的趋势与其平均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键焓 ( (kJmolkJmol-1-1) )有关。较

26、重元素形成较弱的键，这有关。较重元素形成较弱的键，这一事实通常归因于相对密实的一事实通常归因于相对密实的 H 1s H 1s 轨道与较松散的轨道与较松散的重元素重元素 s s 和和 p p 轨道重叠能力比较差。轨道重叠能力比较差。2. H2反应机理反应机理 氢分子与大多数元素和不少化合物之间的反应进行氢分子与大多数元素和不少化合物之间的反应进行很慢很慢这是因为它的这是因为它的高键焓高键焓使反应需要使反应需要较高的活化较高的活化能。能。能得以进行反应的条件有：能得以进行反应的条件有：（a）（b）H H2 2分子在金属表面分子在金属表面( (a,a,多相催化多相催化) ) 或金属配合物上或金属配合

27、物上( (b,b,均相催化均相催化) )发生发生均裂均裂而得以活化：而得以活化：H H2 2分子在固体表面分子在固体表面( (多相催化多相催化) )或金属离子或金属离子( (均相催均相催化化) )发生发生异裂异裂而得以活化：而得以活化： H H2 2 分子被分子被 ZnO ZnO 固体表面吸附：固体表面吸附：H2 + ZnOZn O ZnOZn O H H+/ CO 加氢制取甲醇：加氢制取甲醇：CO(g) + 2 H2(g) CH3OH(g)Cu/Zn 催化催化 铜的冶炼中铜的冶炼中H H2 2被用做被用做CuCu2+2+离子的还原剂：离子的还原剂：H2(g) + Cu 2 + (aq) Cu

28、H+(aq) + H+(aq)H2(g)Cu(s) + H+(aq)外界条件引发产生外界条件引发产生 H H 自由基自由基 爆鸣气在某种恒定爆鸣气在某种恒定温度下的反应速率随压温度下的反应速率随压力增大发生不规则变化力增大发生不规则变化的事实说明了反应过程的事实说明了反应过程的复杂性。的复杂性。 人们将这种复杂性归因于链反应机理：既涉及简人们将这种复杂性归因于链反应机理：既涉及简单键增殖单键增殖, , 也涉及分支键增殖。也涉及分支键增殖。 a b c平缓区平缓区 爆炸区爆炸区 平缓区平缓区 爆炸区爆炸区 压力增高方向压力增高方向例如，例如，H H2 2 和和 O O2 2 生成水的反应生成水的

29、反应: 2 H2 (g) + O2(g) = 2 H2O(l) NO NO 气体加进气体加进 H H2 2 和和 ClCl2 2 的混的混合体系时引起爆炸，试提出机理上的合体系时引起爆炸，试提出机理上的解释。解释。NO NO 自由基与自由基与 ClCl2 2 反应形成反应形成 ClCl自由基自由基： NO* + Cl2 ClNO + Cl产生的产生的 ClCl自由基引发自由基引发 H H2 2 和和 ClCl2 2 之间的快速反应，之间的快速反应，同时发生同时发生链增长链增长步骤：步骤： H2 + Cl HCl + H H + Cl2 HCl + Cl Question 2Question 2

30、Solution3. H2 分子配合物分子配合物 19851985年发现了第一个年发现了第一个 H H2 2 分子配合物分子配合物 W(CO)W(CO)3 3 P(CP(C3 3H H7 7) )3 3 2 2 ( (2 2-H-H2 2), ), 它暗示存在它暗示存在氢键在反应中被氢键在反应中被活化而不断裂活化而不断裂。 机理中毫无例外地涉及机理中毫无例外地涉及 HH HH 键的断裂，是否键的断裂，是否存在存在 HH HH 键在反应中被活化而不断裂的情况呢？键在反应中被活化而不断裂的情况呢？ H H2 2 分子以分子以 s s 成键轨道成键轨道的电子的电子投入投入金属空金属空d d 轨道轨道

31、，而以其而以其 s s 反键空轨道反键空轨道接受接受金属满金属满 d d 轨道电子轨道电子形成形成反馈反馈键键，这种，这种协同成键作用协同成键作用使使 H H2 2 分子配合物得以稳定。简分子配合物得以稳定。简言之，言之，H H2 2 分子配合物的稳定性决定于分子配合物的稳定性决定于中心金属原子上的中心金属原子上的电荷密度电荷密度。 这种配合物对烯烃加氢反应、氢加酰化反应等重这种配合物对烯烃加氢反应、氢加酰化反应等重要工业过程非常重要。要工业过程非常重要。HH2 2 分子和二氢配合物之间存在中间体分子和二氢配合物之间存在中间体氢的用途氢的用途 Uses of hydrogen燃燃 料料 燃烧值

32、燃烧值/(kJkg-1)氢氢 气气 120918（H2）戊硼烷戊硼烷 64183（B5H9）戊戊 烷烷 43367（C5H12）氢键的方向性、水合包合物氢键的方向性、水合包合物 氢键的内容在前面各有关章节已讲过，这里不再赘述氢键的内容在前面各有关章节已讲过，这里不再赘述. . 这里这里仅作简单的复习仅作简单的复习. . 冰冰 的的 敞敞 口口 网网 状状 结结 构构氢键存在的有力证明H2O、NH3和和HF的反的反常沸点常沸点可燃冰可燃冰- -水分子彼此间通过水分子彼此间通过氢键形成笼，将外来中性分氢键形成笼，将外来中性分子或离子子或离子(ClCl2 2,CH,CH4 4, Ar, Xe, Ar

33、, Xe等等)包于笼内的水合物包于笼内的水合物( (分子分子晶体晶体).).下图清楚说明氢键的方向下图清楚说明氢键的方向决不只是直线性决不只是直线性的！的！二元氢化合物的分类二元氢化合物的分类 Classification of binary hydride分子型氢化合物分子型氢化合物 Molecular hydrides 似盐型氢化物似盐型氢化物 Saline hydrides 金属型氢化物金属型氢化物 Metallic hydrides 氢的大多数二元化合物可归入下述三大类中的某一氢的大多数二元化合物可归入下述三大类中的某一类类。但是这种分类的界限也不十分明确，结构类型并非但是这种分类的界

34、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。非此即彼，而是表现出某种连续性。分子型氢化合物分子型氢化合物 除除铝铝、铋铋和和钋钋外，第外，第1313至第至第1717族元素都形成这类族元素都形成这类氢化合物。它们以其分子能够独立存在为特征。氢化合物。它们以其分子能够独立存在为特征。 (1) (1) 存在形式存在形式(2) (2) 熔沸点低，通常条件下为气体熔沸点低，通常条件下为气体(3) (3) 因共价键极性差别较大而化学行为复杂因共价键极性差别较大而化学行为复杂 缺电子氢化物缺电子氢化物，如，如 B B2 2H H6 6( (乙硼烷乙硼烷)中心原子未满中心原子未满电子构型。电子

35、构型。B2H6 满电子氢化物满电子氢化物，如，如 CHCH4 4中心原子价电子全部参中心原子价电子全部参与成键。与成键。CH4 富电子氢化物富电子氢化物，如，如NHNH3 3，中心原子成键后有剩余未中心原子成键后有剩余未成键的孤电子对成键的孤电子对. .NH3(1)(1) 电正性高的电正性高的 s s 区金属似盐氢化物是区金属似盐氢化物是非挥发性非挥发性，不不导电导电并具并具明确结构明确结构的的晶形固体晶形固体。(2)(2) H H- -的半径在的半径在 126 126 pm(LiH)pm(LiH)与与154 154 pm(CsH) pm(CsH) 之间，之间，如此大的变化幅度说明如此大的变化

36、幅度说明原子核对核外电子原子核对核外电子的控制较的控制较松弛松弛。H H- - 与与 X X- - 所带电荷相同，半径介于所带电荷相同，半径介于 F F- -与与 ClCl- -间，因此才显示出间，因此才显示出 NaCl NaCl 型。型。 (3) (3) H H- -存在的重要化学证据：电解其与碱金属的熔融存在的重要化学证据：电解其与碱金属的熔融 物，阳极放物，阳极放H H2 2： 2 H2 H- - H H2 2 + 2e + 2e- - 与水反应的实质是与水反应的实质是: : H H- - +H +H2 2O OHO OH- - + H + H2 2 此时此时 H H- - 表现出表现出

37、强还原性强还原性、不稳定性不稳定性和和强碱性强碱性. . 似盐型氢化物似盐型氢化物1(g)Hf2mol150kJH(g),HeH212573K4232623K22CaHHCa2NaHH2Na2LiHH2Li 制备制备 物理性质物理性质盐盐LiHNaHKHRbHCsHCaH2SrH2BaH2生成焓生成焓 fH/(kJmol-1)-91.2-56.5-57.7 -54.4-49.8-174.3-177-189.9MH 核间距核间距/pm204244285302319232 285*249 306*267 328*H- 实测实测半径半径/pm137146152154152138138138晶格焓晶格

38、焓/(kJmol-1)(实验值实验值)911.3806.2711.7646.06952 426.72 259.42 167.3Saline hydridesSaline hydrides作为试剂的氢化物Saline hydridesSaline hydrides 还原性强还原性强2.23V)/H(HE2 钛的冶炼钛的冶炼LiOH 2TiTiOLiH 2224H 2NaCl 4TiTiClNaH 4 化学化学性质性质 剧烈水解剧烈水解(g)HMOHOHMH22(g)2HCa(OH)O2HCaH2222氢化钙剧烈水解氢化钙剧烈水解 形成配位氢化物形成配位氢化物3LiClLiAlHAlCl4LiH4

39、3无水乙醚受潮时强烈水解受潮时强烈水解234H Al(OH)LiOH+4H+4H2 2OO金属型氢化物金属型氢化物(Metallic hydrides) 1. 1. 在周期表中的分布在周期表中的分布 (1) (1) 大部分是用大部分是用单质直接化合单质直接化合的方法的方法制备制备。(2) (2) 都有都有金属的电传导性金属的电传导性和显有其他和显有其他金属性质金属性质如如磁性磁性。(3) (3) 除除 PbHPbH0.8 0.8 是非整比是非整比外，它们都外，它们都有明确的物相有明确的物相。 过渡金属吸氢后往往发生过渡金属吸氢后往往发生晶格膨胀晶格膨胀，产物的密度比，产物的密度比母体金属的大。

40、母体金属的大。(5) (5) 成键理论成键理论 氢以氢以原子状态原子状态存在于存在于金属晶格金属晶格中。中。 氢以氢以H H+ +存在于存在于氢化物氢化物中，氢将电子供入化合物的导带中。中，氢将电子供入化合物的导带中。 氢以氢以H H- -形式存在，每个氢原子从导带取得形式存在，每个氢原子从导带取得1 1个电子。个电子。 (6) 金属金属 Pt Pt 具有催化作用，可以被解释为表面具有催化作用，可以被解释为表面 Pt Pt 原原子形成子形成 PtH PtH 键的键焓大得足以使键断开，却不足以补键的键焓大得足以使键断开，却不足以补偿偿 PtPt PtPt 金属键断裂所需的能量。金属键断裂所需的能

41、量。(7) (7) 可逆储氢材料可逆储氢材料1体积体积 金属金属Pd 可吸收可吸收 700 体积体积 H2，减压减压或或加热加热可使其分解：可使其分解：2 Pd + H2 2 PdH U + 3/2 H2 UH3减压减压,327 K常况常况523 K573 KLaNi5 + 3 H2 LaNi5H6, 含含H2量大于同体积液氢量大于同体积液氢微热微热(23) 105PaQuestionQuestion 3 3将下列化合物归类并讨论其物理性质将下列化合物归类并讨论其物理性质： HfH1.5 PH3 CsH B2H6 HfH1.5 和和 CsH 两个氢化物为固体两个氢化物为固体 前者是金属型前者是

42、金属型氢化物显示良好的导电性，氢化物显示良好的导电性， d d 区金属和区金属和 f f 区金属往往区金属往往形成这类化合物。后者是形成这类化合物。后者是 s s 区金属似盐氢化物，是具区金属似盐氢化物，是具有岩盐结构的电绝缘体。有岩盐结构的电绝缘体。p p 区分子型氢化物区分子型氢化物 PHPH3 3 和和 B B2 2H H6 6 具有低的摩尔质量，可以预料具有很高的挥发性（具有低的摩尔质量，可以预料具有很高的挥发性（标准状况下实际上是气体）。标准状况下实际上是气体）。 LewisLewis结构表明结构表明 PHPH3 3 的的 P P 原子上有一对孤对电子，原子上有一对孤对电子，因而是个

43、富电子化合物，乙硼烷是缺电子化合物。因而是个富电子化合物，乙硼烷是缺电子化合物。Solution 了解氢在周期表中的位置；了解氢在周期表中的位置；5. 5. 了解氢能源（发生、储存、利用）。了解氢能源（发生、储存、利用）。 掌握二元氢化物的分类及其特点；掌握二元氢化物的分类及其特点；3. 3. 认识氢的三种同位素；认识氢的三种同位素； 了解氢的存在和用途，掌握氢的主要了解氢的存在和用途，掌握氢的主要 工业和实验室制法；工业和实验室制法；教学要求教学要求稀有气体化学稀有气体化学一一. .稀有气体简介稀有气体简介二二. .稀有气体的化学性质稀有气体的化学性质三三. .稀有气体及其化合物的应用稀有气

44、体及其化合物的应用 一、稀有气体的简介一、稀有气体的简介 (1).(1).稀有气体的发现稀有气体的发现 (2).(2).稀有气体的物理性质稀有气体的物理性质稀有气体的发现稀有气体的发现 & &1.1.HeHe的发现的发现 18681868年年, , JanssenJanssen( (法法) )和和LockyerLockyer（英）用分光镜分（英）用分光镜分别从太阳表面上观测到一条新的黄色谱线别从太阳表面上观测到一条新的黄色谱线D3,D3,认为它仅认为它仅属于太阳上的某一未知元素属于太阳上的某一未知元素, ,命名为命名为氦氦(Helium).(Helium). 18951895年年RamsayR

45、amsay（英）用光谱实验证实了（英）用光谱实验证实了HillebrandHillebrand用酸处理沥青时获得的不活泼气体为氦用酸处理沥青时获得的不活泼气体为氦, ,结束了以为只结束了以为只有太阳上有氦的误解有太阳上有氦的误解. .以后在地球其他物质中也陆续发以后在地球其他物质中也陆续发现了氦现了氦. . & &2 2.Ar.Ar的发现的发现 早在早在17851785年年, ,英国著名科学家英国著名科学家Cavendish H.Cavendish H.在研究在研究空气组成时，就发现在电火花作用下，用缄液吸收了空气组成时，就发现在电火花作用下，用缄液吸收了氮和氧化合生成的氧化氮后，仍然有近氮和

46、氧化合生成的氧化氮后，仍然有近1%1%的残存气体，的残存气体，但这并未引起重视，谁也没有想到，就在这少量气体但这并未引起重视，谁也没有想到，就在这少量气体里竟藏着整整一个族的化学元素。里竟藏着整整一个族的化学元素。 100 100多年后，英国物理学家瑞利（多年后，英国物理学家瑞利（Rayleigh Rayleigh J.W.S.J.W.S.）在研究氮气时发现，从氮的化合物中）在研究氮气时发现，从氮的化合物中分离出来的氮气每升重分离出来的氮气每升重1.25081.2508g g，而从空气中，而从空气中分离出来的氮气在相同情况下每升重分离出来的氮气在相同情况下每升重1.25721.2572g g，

47、瑞利无法解释，于是写信给瑞利无法解释，于是写信给自然自然，遍请读，遍请读者回答，但无复信。者回答，但无复信。 1894 1894年年, ,他与他与RamsayRamsay合作，把空气中的氮气和合作，把空气中的氮气和氧气除去，用光谱分析鉴别剩余气体时发现了氧气除去，用光谱分析鉴别剩余气体时发现了氩氩。由于氩和许多试剂都不发生反应，极不活。由于氩和许多试剂都不发生反应，极不活泼，故命名为泼，故命名为 Argon(Argon(在希腊文中是在希腊文中是“懒惰懒惰”的意思，中译为氩，元素符号是的意思，中译为氩，元素符号是 Ar)Ar)& &3 3KrKr、NeNe、XeXe的发现的发现 由于氦和氩的性质

48、非常相近，而且它们与周由于氦和氩的性质非常相近，而且它们与周期系中已被发现的其他元素在性质上有很大差异，期系中已被发现的其他元素在性质上有很大差异，因此因此RamsayRamsay根据周期系的规律性，推测氦和氩可根据周期系的规律性，推测氦和氩可能是另一族元素，并且他们之间一定有一个与其能是另一族元素，并且他们之间一定有一个与其性质相似的家族。性质相似的家族。 果然，果然，18981898年年5 5月月3030日，日， RamsayRamsay和和Travers Travers M.W.M.W.在大量液态空气蒸发后的残余物中，用光谱在大量液态空气蒸发后的残余物中，用光谱分析首先发现了比氩重的分析

49、首先发现了比氩重的氪氪，他们把它命名为，他们把它命名为 KryptonKrypton（即（即“隐藏隐藏”之意。它隐藏于空气中多年之意。它隐藏于空气中多年才被发现）。才被发现）。 18981898年年6 6月，月， RamsayRamsay和和Travers M.W. Travers M.W. 在蒸发液态氩时收集了最先逸出的气体，在蒸发液态氩时收集了最先逸出的气体，用光谱分析发现了比氩轻的用光谱分析发现了比氩轻的氖氖。他们把它。他们把它命名为命名为 NeonNeon（Neon Neon 源自希腊词源自希腊词 neosneos，意，意为为“新的新的”，即从空气中发现的新气体。，即从空气中发现的新气

50、体。中译名为氖，也就是现在霓虹灯里的气中译名为氖，也就是现在霓虹灯里的气体）。体）。 18981898年年7 7月月1212日，日， RamsayRamsay和和Travers M.W.Travers M.W.在在分馏液态空气，制得了氪和氖后，又把氪反复地分馏液态空气，制得了氪和氖后，又把氪反复地分次萃取，从其中又分出一种质量比氪更重的新分次萃取，从其中又分出一种质量比氪更重的新气体，他们把它命名为气体，他们把它命名为 XenonXenon（源自希腊文（源自希腊文 XenosXenos，意为，意为“陌生的陌生的”，即人们所生疏的气体。，即人们所生疏的气体。中译名为中译名为氙氙。它在空气中的含量