西北大学 无机化学与化学分析 chapter 17

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1、西北大学精品课程·重点课程·学科核心课程----无机化学与化学分析第17章氢Chapter17Hydrogen教学要求1．熟悉镧系元素电子结构、名称，镧系收缩概念及其产生原因和影响；2．了解镧系元素的存在，制备及用途；3．重点掌握镧系元素氧化物，氢氧化物的性质；4．了解镧系元素的分离方法，特别注意溶剂萃取法及离子交换法的原理；5.简单了解锕系元素电子结构、名称及与镧系元素的相似性。课时分配（4学时）1.氢的存在、制备及用途：(2学时)2.二元氢化物的分类：(1学时)3.氢能源：(1学时)氢是周期表

2、中唯一尚未找到确切位置的元素。☆有时将其放在碱金属元素上方（与碱金属原子相同，都只有一个介电子），但不论化学性质还是物理性质都不像碱金属，特别是它毕竟不是金属（人们预料在很高的压力下氢会显示金属性，但实验室尚达不到这样的压力条件）。☆有人主张将其放在卤素上方的格子内，理由是像卤素一样加合一个电子好可达到稳定的稀有气体电子组态。氢的确显示出某些相似于卤素的性质，但由I2至F2活泼性依次增高的性质显然不能延伸至H2分子。17．1存在、制备和用途★存在氢是宇宙中丰度最高的元素，在地球上的丰度排在第15位

3、。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。8OFe6）度4偶数Z丰对相2ScXePb（g奇数Zlo0ThBiPb–2102030405060708090原子序数1西北大学精品课程·重点课程·学科核心课程----无机化学与化学分析氢的存在状态氢的状态金属氢(s)液态氢(l)固态氢(s)-3密度/g·cm0.5620.0710.089大气层顶云层顶液氢液态金属氢岩石核心★制备N2NaHHH22CHC4H21143KH2O1273KH2pyr

4、olysiselecrolysisphotolysisH2H2H2当今制氢最经济的原料是煤和以甲烷为主要成分的天然气，而且都是通过与水（最廉价的氢资源）的反应实现的。天然气与水反应制取H2的方法叫水蒸汽转化法：1000°CCH4(g)+H2O(g)→3H2(g)+CO(g)由焦炭与水制取H2的反应叫水煤气反应：1000°CC(s)+H2O(g)→H2(g)+CO(g)水煤气反应一度曾是制取氢的主要方法，随着石油资源的消耗，它也许会重新主得重要起来。水蒸气转化反应中产物H2的三分之一

5、来自水，水煤气反应中这一比率为100%。CO与H2O反应可进一步提高H2的产量，该反应在工业上叫变换反应：2西北大学精品课程·重点课程·学科核心课程----无机化学与化学分析高温,催化剂CO(g)+H2O(g)→H2(g)+CO2(g)氢还是石油工业中烷烃脱氢和氯碱工业（见前）的副产物，烷烃脱氢的反应如：∆CH3CH3(g)→CH2=CH2(g)+H2(g)另外，还有电解法（当然，只有那些电力价格低谦的国家和地区才将电解法作为制氢的主要方法）、热化学循环法、配合催化太阳能分解水、生

6、物分解水、、以及从海水中制氢等。可硒镍化见镉半H(g)光2导Fe(Ⅱ),Fe(Ⅲ)体箔海水电解质溶液海水制氢的装置示意图氢的运输是一大难题，上述任何一种方法制得的氢大都在原产地消耗，例如将以H2为原料的合成氨厂与产H2的炼油厂建在一起。★用途氢无疑是用途最大的元素之一。燃料燃烧值/kJ·kg-1氢气（H2）120918戊硼烷（B5H9）64183戊烷（C5H12）43367由于生产的氢大多就地消耗或直接排空，获得准确的统计数字是十分困难的。根据估计，3西北大学精品课程·重点课程·学科核心课程---

7、-无机化学与化学分析93全世界每年一产的氢接近500×10m。较低的质量和高燃烧焓使氢成为大型火箭的理想燃料。20世纪70年代初石油价格猛涨的那段时间内，科学家严肃地论证过用氢做普通燃料的前景，并提出了“氢经济学”（hdrogeneconomy）设想方案。方案之一是利用太阳能获得谦价的电力电解水，实际是贮存并利用太阳能的一种方式。虽然“氢经济学”方案目前不可行（由石油、天然气和煤制取氢的成本要低得多），但社会对氢能源的注意力仍然不减。世界氢能源会议从20世纪70年代中期开始每两年举行一次，吸引着众

8、多科学家与会。★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，有的航天飞机的3液态氢储罐存有近1800m的液态氢★氢能源研究面临的三大问题：氢气的发生（降低生产成本）氢气的储存17．2核性质★同位素氢有三种同位素，它们的质是数分别为1，2和3。与氢以水的形式存在相似，重氢以重水（D2O）形式存在于天然水中。各种天然水中重氢的丰度不尽相同，平均约占氢原子总数的0.016%