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1、2019/4/8,1,第五章 氢和稀有气体,5-1 氢 一、氢在自然界的存在 11H(氕,H) 21H(氘,D) 31H(氚,T) 丰度99.98% 可变天然丰度 放射性,2019/4/8,2,二 、氢的成键特征,H 价电子层结构1s2 ,电负性2.2 1 离子键:MH(M=碱金属或碱土金属) 2 共价键:非极性键 H2 极性键 HX(非金属元素) 3 特殊键:氢桥键 B2H6 氢键 H2O 金属氢化物中的键,2019/4/8,3,三、氢的性质和用途,(一)单质氢 1 物理性质:无色无味气体,难溶于水,难液 化,密度小。 2 化学性质 常温稳定(与F2暗处反应),高温活泼。 (1)与非金属反应
2、 (2)还原金属氧化物或卤化物 (3)与活泼金属反应 (4)加氢反应,2019/4/8,4,放出大量热(4273K)(原子氢焰),焊接高熔点金属。 强还原性 S(Ge、Sn、As、Sb等)+2HH2S CuCI2+2H Cu+2HCI BaSO4+8H BaS+4H2O,(二)原子氢,2019/4/8,5,四、氢的制备,实验室:Zn+稀H2SO4 水电解 工业:电解食盐水 碳还原水蒸气 烃类裂解 水蒸气转化法 烷烃脱氢 两性金属与碱反应等,2019/4/8,6,核聚变反应堆与氢弹,2019/4/8,7,五 氢化物,氢与其它元素(除稀有气体)形成的二元化合物。 依据元素电负性的不同,氢可形成多种
3、类型的氢化物。 1 离子型氢化物 MH(M=Li、Na、K、Rb、Cs) MH2(M=Ca、Sr、Ba),2019/4/8,8,强还原性 CaH2+2H2O=Ca(OH)2+2H2 除去气体或溶剂中的微量水,野外制氢。 TiCI4+4NaH=Ti+4NaCI+2H2 2CO2+BaH2(热)=2CO+Ba(OH)2 制备复合氢化物 2LiH+B2H62LiBH4(乙醚做溶剂) 4LiH+AICI3 LiAIH4 +3LiCI(乙醚做溶剂) 无机和有机合成中做还原剂和负氢离子,2019/4/8,9,2 金属型氢化物(间充型氢化物) 从结构上可看作是由金属原子组成的金属晶体的四面体或八面体空隙中接
4、纳了半径较小的氢原子。 d区:B、B、B及Cr、Pd、Ni等 如:PdHx(x1),CrH2 ,VH0.56,2019/4/8,10,物理性质:基本保留着金属的外观特征,有金属光泽,有导电性。,上述反应可用于储存氢和制超纯氢,2019/4/8,11,3 分子型氢化物 氢与P区元素(稀有气体、In、TI除外)结合形成的共价型氢化物。 缺电子氢化物:B2H6 满电子氢化物:CH4 富电子氢化物:NH3,H2O。HF等 P区氢化物属于分子晶体,熔沸点较低,通常条件下多为气体。,2019/4/8,12,六、氢能源,氢被认为是理想的二级能源 氢气作为动力燃料的优点 (1)干净、无毒;(2)热值高;(3)
5、资源丰富(H2O);(4)输送方便;(5)应用范围广,适应性强。 氢作为能源的三大课题 1.氢气的发生:太阳能光解水 2.氢的储存:金属氢化物、金属合金储氢 3.氢的利用,2019/4/8,13,5-2 稀有气体,一、简介 He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn 1894-1900年先后在大气和某些铀矿中发现。 发现的主要功绩应归功于英物理学家莱姆赛(Ramsay),He-Xe.,2019/4/8,14,1962年,加拿大29岁的青年化学家巴特列脱(N.Bartlett),制得了第一个真正的稀有气体化合物:XePtF6(红色晶体)。,2019/4/8,15,二、通性和用途,通性: 通常稀有气体以单
6、原子状态存在,原子之间存在微弱的范氏力(主色散力),且随原子序数的增加而增大。所以有关的物理性质如熔、沸点也随着升高。 氦是所有气体中最难液化。2.2K以下的液氦是一种超导体。,2019/4/8,16,用途:基于稀有气体不活泼、电阻小、易发光放电等。 He:代H2充气球更安全,血液中溶解度小,“氦空气”代替空气供潜水员呼吸。 Ne:作霓虹灯或指示灯等。 Ar:充填电灯泡(防产生电弧),工业上作保护气。 Kr:充填电灯泡等。 Xe:高压长弧氙灯,做运动场、舞台等照明。,2019/4/8,17,三、自然界中的分布与分离,He-Xe主要来源于空气 Rn是放射性元素(Ra)的蜕变产物,2019/4/8
7、,18,四、化合物,氙的含氧、含氟化合物 1.氙的氟化物 Xe(g)+nF2(g)XeF2 、XeF4 、XeF6(镍容器) 性质:强氧化性:XeF2+H2 Xe+HF XeF4+PtXe+PtF4 水解:XeF2+H2O Xe+1/2O2 +2HF XeF6+3H2O XeO3+6HF 作氟化剂:XeF4+2SF4 2SF6+Xe 2XeF6+SiO2 2XeOF4+SiF4 不能用玻璃容器或石英容器盛氟化氙。,2019/4/8,19,2.氙的含氧化合物 XeO3白色易潮解、易爆固体,水中以分子形式存在。强氧化性。,2019/4/8,20,五、稀有气体化合物的结构,1.杂化轨道法 Xe:ns2np6 ns2np6-xndx XeF2 ,x=1,sp3d杂化(三角双锥),直线型。 XeF4 ,x=2,sp3d2杂化(八面体),四边形。 XeF6 ,x=3,sp3d3杂化,变形八面体。,2019/4/8,21,2.价层电子对互斥理论 价层电子对及构型 分子构型 XeF2 5 三角双锥 直线 XeF4 6 八面体 平面正方形 XeF6 7 - 变形八面体,
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