第13章氢和稀有气体

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1、第13章氢和稀有气体Chapter13Hydrogenandraregases第四篇元素化学(一)非金属1.物质的存在元素化学学习要求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；参考资料：《基础元素化学》西昌学院精品课程：http://www.xcac.sc.cn了解氢在周期表中的位置；本章教学要求了解稀有气体的发现简史，单质、化合物的性质掌握用VSEPR理论来判断稀有气体化合物的结构。掌握二元氢化物的分类及其特点；3.认识氢的三种同位素；了解氢的存在和

2、用途，掌握氢的主要工业和实验室制法；本章内容13.1氢hydrogen13.2稀有气体raregasesH氢是周期表中唯一尚未找到确切位置的元素.······13.1.1氢的存在和物理性质氢是宇宙中丰度最高的元素，在地球上的丰度排在第15位.某些矿物(例如石油、天然气)和水是氢的主要资源，大气中H2的含量很低是因为它太轻而容易脱离地球引力场.13.1氢10203040506070809086420–2PbBiPbThXeScFeO原子序数log（相对丰度）偶数Z奇数Z元素的相对丰度是指该元素相对于该原子的原子数偶数的元素比与

3、之相邻的奇数元素更稳定大气层顶云层顶液氢液态金属氢岩石核心★木星结构根据先锋飞船探测得知，木星大气含氢82%，氦17%，其它元素<1%.★氢的存在状态金刚石砧氢的状态金属氢(s)液态氢(l)固态氢(s)密度/g·cm-30.5620.0710.089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

4、，质量相对差特大的氢同位素却表现不同，例如：中文名英文名称表示方法符号说明氕*(音撇)protium1HH稳定同位素氘(音刀)deuterium2HD稳定同位素氚(音川)tritium3HT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“重氢”.H2D2H2OD2O标准沸点/℃–252.8–249.7100.00101.42平均键焓/kJ•mol–1436.0443.3463.5470.9制备利用重水与水的差别，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

5、沸点的差异反映了O···H—O氢键不如O···D—O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D–O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势能H–H键焓D–D键焓H2的零点能D2的零点能H2,D2分子的势能曲线RH2在化学反应中的几种成键情况13.1.2氢的性质和氢化物(1)氢原子失去1个电子

6、成质子H+;(2)氢原子失去1个电子成质子H-;(3)氢原子与其它电负性不大的非金属原子通过共价键结合，形成共价型氢化物。氢化物的合成方法合成二元氢化物的三种常用方法是：(1)元素直接化合2E+H2(g)2EH例如，2Li(l)+H2(g)2LiH(s)(2)BrØnsted碱的加合质子E-+H2O(ag)EH+OH-例如，Li3N(s)+3H2O(l)3Li(OH)(ag)+NH3(g)(3)卤化物或拟卤化物与氢化物之间的复分解E’H+EXE’X+EH例如，LiAlH4+SiCl4LiAlCl4+SiH4工业上用第(1)种

7、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，以避免强化条件带来的麻烦.后两类方法也可用来制备吸能化合物.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.s区和p区元素二元氢化合物的ΔfHθm/kJ•mol–1(298K)121314151617LiH(s)–68.4NaH(s)–33.5KH(s)–36.0RbH(s)–30.0CsH(s)–32.0BeH2(s)+20.0MgH2(s

8、)–35.9CaH2(s)–147.2SrH2(s)–141.0BaH2(s)–140.0B2H6(g)+86.7AlH3(s)–1.0GaH3>0CH4(g)–50.7SiH4(g)+56.9GeH4(g)+113.4SnH4(g)+188.3NH3(g)–16.5PH3(g)+13.4