第18章 氢和稀有气体.ppt

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1、第18章氢和稀有气体氢是最丰富的元素，除大气中含有少量游离态的氢以外，绝大部分以化合物的形式存在。地球、太阳及木星等天体上都有大量的氢，简而言之，整个宇宙空间到处都有氢的存在。稀有气体包括氦、氖、氩、氪、氙、氡6种元素，基态的价电子构型除氦的1s2以外，均为ns2np6。在接近地球表面的空气中，每1000dm3空气中约含有9.3dm3氩、18cm3氖、5.2cm3氦、1.14cm3氪和0.086cm3氙。天然气中有时含有低于1%体积的氦，氡是镭等放射性元素蜕变的产物。稀有气体的发现：“第三位小数的胜利”。英国物理学家Rayleigh（雷利）发

2、现，分解氮的化合物得来的氮气每升1.251g，而从空气中分离出来的氮气每升1.257g。他坚信自己的实验结果，但又百思不得其解。W.Ramsay（莱姆赛）与雷利合作，他们经过不懈的努力，除去空气的所有已知成分，在1894年第一次从空气中分离出氩Ar。第一个稀有气体化合物的合成：“科学的选题方法”。1962年NeilBatrlett（尼尔·巴特利特）注意到Xe的电离能1169kJ·mol–1和O2的电离能1175kJ·mol–1相近，于是模仿O2[PtF6]–的合成，将等体积的Xe和PtF6蒸汽在室温下反应，获得了Xe+[PtF6]–。+“惰性

3、气体”也随之改名为“稀有气体”。稀有气体元素化学揭开了新篇章。18－1氢18－1－1氢的成键方式1失去电子氢的1s电子可以失去形成H+离子，H+仅是一个质子。在水溶液中，有溶剂水参与的情况下，H+离子将与溶剂分子结合成H3O+。氢原子能够获得一个电子，达到氦核的结构1s2，形成含H–离子的氢化物。这个离子只存在于活泼金属的氢化物中，氢同碱金属、碱土金属只有在较高温度下才能生成含有H–离子的氢化物。2获得电子3共用电子对——共价键的形成在大多数含氢化合物中，H原子都与其它元素的原子共用一对电子，或者说形成一个共价键。氢桥不属于经典的共价键。氢键

4、不能算作一种化学键，其键能的大小介于化学键与范德华力之间。CI2D00158.jpg18－1－2氢的性质与制备1氢气的性质氢有三种同位素，（氕、H），（氘、D）和（氚、T）。普通的氢和氘有稳定的核，氚是一种不稳定的放射性同位素，发生衰变，其半衰期为12.35年。1H2He+e–33表18－2氕、氘、氚的物理性质同位素丰度/%原子质量单质熔点/K单质沸点/K单质临界温度/K(1H)，H99.9851.00782513.9620.3033.19(2H)，D0.0152.01410218.7323.6738.35(3H)，T～10–163.016

5、04920.6225.6440.60(预测)氢气是由两个氢原子以共价键的方式结合成的双原子分子，键长为74pm。常温下氢气是无色无臭的气体，273K时1dm3水能溶解0.02dm3的氢气。H2在所有分子中质量最小，分子间作用力很弱，只有冷却到20K时，气态氢才被液化。氢分子中H－H键的键能435.88kJmol-1，比一般单键的键能高出很多，同一般双键的键能相近。因此，常温下氢分子具有一定程度的惰性，与许多物质反应很慢。只有某些特殊的反应能迅速进行，如氢气同单质氟在暗处能迅速化合，在23K下也能同液态或固态氟发生反应。氢气与其它卤素或氧混合

6、时经引燃或光照都会猛烈反应，生成卤化氢或水，同时放出热量。氢气同活泼金属在高温下反应，生成金属氢化物，这是制备离子型氢化物的基本方法。H2+2Na2NaH653KH2+Ca　　　CaH2423~573K在适当的温度、压强和相应的催化剂存在下，H2可与CO反应，生成一系列的有机化合物。如：CuO+H2Cu+H2O还原性是氢气的重要化学性质，在加热的条件下氢气可还原氧化铜。CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)Cu/ZnO原子氢是一种比分子氢更强的还原剂。它可同锗、锡、砷、锑、硫等能直接作用生成相应的氢化物，如：As+3HAsH3原子氢还能把

7、某些金属氧化物或氯化物迅速还原成金属。CuCl2+2HCu+2HClS+2HH2S它甚至能还原某些含氧酸盐，如：BaSO4+8HBaS+4H2O1氢气的制备（1）实验室制法实验室里，常利用稀盐酸或稀硫酸与锌等活泼金属作用制取氢气。该法制氢需要经过纯化。电解水的方法制备氢气纯度高。常采用质量分数为25%的NaOH或KOH溶液为电解液。电极反应如下：阳极2H2O+2e–H2+2OH–阴极4OH–O2+2H2O+2e–（2）工业制法氢气是氯碱工业中的副产物。电解食盐水的过程中，在阳极上生成Cl2，电解池中得到NaOH的同时，阴极上放出H2。工业生产

8、上大量需要的氢气是靠催化裂解天然气得到的。CH4+H2OCO+3H2C3H18+3H2O3CO+7H2工业生产上也利用水蒸气通过红热的炭层来获得氢气。用该法制备氢气