第十章氢、碱金属和碱土金属

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1、第十章　氢、碱金属和碱土金属Chapter10　Hydrogen、AlkaliandAlkali-earthMetals§10-1　氢及其化合物HydrogenanditsCompounds氢在周期表中既能排IA，又能排ⅦA，这是由于第一周期的稀有气体电子构型为1s2。一、单质氢（SimpleSubstanceofHydrogen）　1．氢的同位素（Theisotopes）“isotope”这个词是英国科学家索迪（F.Soddy）于1911年开始使用的，到了1919年另一位英国科学家阿斯顿（F.W.Aston）制成了质谱仪（massspectroscopy），该仪器可以

2、用来分离不同质量的粒子并且测定其质量。他用质谱仪先后从71种元素中陆续找到了202种同位素。最引人关注的是最轻的元素氢有没有同位素，前后用了十几年时间，没有得到肯定的结果。到了1931年底美国哥伦比亚大学的尤里（Urey）教授和他的助手把五升液氢在三相点(14K)下缓慢蒸发，在最后剩下的二毫升液氢中，发现了质量数为2的重氢，称为氘。后来英、美科学家又发现了质量数为3的氚。氘的发现是科学界在本世纪三十年代初的一件大事。尤里因该成果，获得1934年的Nobel化学奖。(1)pp+np+2nProtiumDeuteriumTritium氕氘氚(2)存在：丰度：H（99.985

3、%）、D（0.015%）、T（10-15%）原子个数比H:D=6800:1H:T=1010:1(3)preparation：Tritium是半衰期（half-life）为12.6年的β放射性衰变体。通常只有核反应才能获得例如：可由重水（D2O）获得，重水的制备可利用：H2S+D2OD2S+H2O的原理来制备重水工厂每生产一吨重水，必须加工四万五千吨水，循环使用十五万吨H2S。浓或纯的D2O不能维持动植物生命，重水对一般动植物的致死浓度为60%。　　这种分离的原理是轻的同位素的化学键比重的同位素的化学键更容易断。　　　　例如：HD(g)+H2O(g)H2(g)+HDO(g

4、)(4)氢同位素形成的单质H2、D2、T2，在化学性质上完全相同，但物理性质上有差别。如H2b.p.=20.4K，D2b.p.=23.5K，因为氘原子的质量比氢原子大一倍，H2O与D2O沸点（101.4℃）上的差别反映了重水中的氢键比普通水中的氢键更强些。　2．Properties：(1)physicalproperties：165H2极难溶于水和有机溶剂，可以贮存在金属（Pt、Pd）和合金（LaNi5）中。固态氢又称为金属氢：在晶格质点上为质子，而电子为整个晶体共享，所以这样的晶体具有导电性。固态氢是六方分子晶格（hexagonalmolecularlattice）。

5、　(2)chemicalproperties：a．成键特点：电子构型为1s1，可以放在IA类，但第一电离势高于碱金属的第一电离势；也可放在ⅦA类，即。b．化合反应：与金属：2Na+H22NaHCa+H2CaH2与非金属：H2+F22HFc．还原反应：CuO+H2Cu+H2OWO3+3H2W+3H2O　3．Preparation(1)实验室：Zn+2H+Zn2++H2↑(2)工业上：a．电解（在中）：b．水煤气法：C+H2OH2(g)+CO(g)c．烃裂解：(3)在野外工作时，利用硅的两性与碱反应Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑用含硅百分比高的硅铁粉末与干

6、燥的Ca(OH)2和NaOH的混和物点火焖烧能剧烈反应，放出H2。优点：携带方便，比酸法耗金属少，且所需碱液浓度不高。二、氢化物（Hydride）放在以后各章元素的氢化物中讲解§10-2　碱金属元素及其化合物AlkaliMetalsandtheirCompoundsLithium(Li)Sodium(Na)Potassium(K)Rubidium(Rb)Cesium(Cs)Francium(Fr)它们之所以有碱金属元素之称，是由于它们的氢氧化物都易溶于水（除了LiOH的溶解度较小之外）的强碱。一、GeneralProperties1．Valenceelectronofa

7、lkalimetals:(1)其氧化数为+1，不会有其它正氧化态。因为碱金属的第二电离势特别大，有可能出现-1氧化态。即。在无水、无氧条件下，可以制得低氧化态的非寻常化合物，如钠化物。钠在乙二胺和甲胺中所形成的溶液具有导电性，可以观察到Na－的光谱带，说明主要的导电体应是钠电离出的Na+和Na－，即　　　　　　　　1652Na(s)+C20H36O6[Na(C20H36O6)]+·Na－(2)由于价电子数少，所以碱金属原子之间的作用力比绝大多数其他金属原子之间的作用力要小，因此碱金属很软，低熔、沸点，且半径大、密度小。Li的密度是所有金属