第十八章 氢和稀有气体.ppt

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1、第十八章氢和稀有气体大气中有少量的氢气。除此之外，地壳中的氢元素均以化合态存在。质量百分含量0.76%，居第九位。若以原子百分比计算，氢占17％，居第二位，仅次于氧。氢是太阳的主要化学成分，太阳的辐射能量就是氢的核聚变产生的。聚变的结果生成氦，因此氦也是太阳的重要成分。§1氢单质一氢气的性质常温下，氢气无色，无味，无臭，在水中溶解度很小。分子间色散力很小，难于液化，b.p.20K。H2和O2的混合物在常温下点燃会发生爆炸反应。H2和Cl2的混合物在光照下爆炸化合。H2和F2的混合物在没有光照时亦将爆炸化合。高温下H2能还原许多

2、种金属氧化物或金属卤化物CuO+H2———Cu+H2OWO3+H2———W+3H2OTiCl4+2H2———Ti+4HCl高温下，H2与活泼金属反应，生成金属氢化物H2+2Na———2NaHH2+2Ca———CaH2在特定的温度，压强下，采用特定的催化剂，H2和CO反应，可以合成一些有机化合物，如CO+H2———CH3OH(g)二氢气的制备实验室制H2常采用稀盐酸与金属锌反应的方法。但是由于金属锌中有时含有砷化物、磷化物等杂质，制得的H2不纯。用电解水的方法制取的H2较纯。单质硅和氢氧化钠溶液反应也可以制得H2，由于碱较盐酸便

3、于携带，且反应温度不高，因此这种方法适于野外操作的需要。2甲烷的转化高温且有催化剂作用时，甲烷可以按下式转化为H2和COa)CH4+H2O———CO+3H2工业生产中，H2主要有三种来源：1水煤气——主要是H2和CO的混合气体；在较高的压强下，用水吸收掉CO2，得到H2。3高温下水蒸气与碳化钙反应，CaC2+5H2O———CaCO3+CO2+5H2H2和CO的混合气体与水蒸气一同通过500℃的Fe2O3，H2O+CO———H2+CO2§2氢化物碱金属和碱土金属与氢生成离子型氢化物，其中LiH和BaH2较稳定。离子型氢化物易于水

4、解NaH(s)+H2O(l)———H2(g)+NaOH(aq)b)CH4+CO2———2CO+2H2离子型氢化物可以与缺电子型化合物反应2LiH+B2H6———2LiBH44LiH+AlCl3———LiAlH4+3LiCl乙醚乙醚这类反应不是在水中进行的。p区元素与氢生成分子型氢化物。分子型氢化物种类很多，性质差别很大。有的在水中发生酸式解离，如H2S；有的显碱性，如NH3；有的与水基本没有作用，如CH4。过渡金属与氢形成金属型氢化物，它保持金属晶体的形貌。从组成上看，有的是非整比化合物，如VH0.56，ZrH1.75。离子型

5、氢化物有还原性2CO2+BaH2———2CO+Ba(OH)2加热§3稀有气体一稀有气体的发现英国物理学家Ramsay发现，从空气中得来的氮气每升的质量为1.257g，而从氮的化合物分解得来的氮气每升的质量为1.251g。基于敏锐的观察力和高超的实验技术，Ramsay面对这第三位小数上的微小差别所带来的机遇，获得极大成功。周期表中零族的6种稀有气体元素是在1894－1900年间陆续被发现的。他设法从空气中除去氮气和氧气后，发现还有很少的气体，约占总体积的1％。这种剩余气体不同任何物质发生反应，但在放电管中发生特殊的辉光，有特征的

6、波长。于是，Ramsay宣布他在空气中发现了一种新元素，命名为“氩”(拉丁文名的原意是“不活泼”)。1895年，他们又从空气中发现了氦，本来人们认为它只是存在于太阳中的元素。在1898年，Ramsay等人最后鉴定了他们从空气中连续分离出来的氖、氪和氙。1900年在某些放射性矿物中又发现了氡。至此，周期表中零族元素已全部发现，由于它们的惰性，被命名为“惰性气体元素”。这一发现惊动了科学界，因为当时普遍认为空气已研究得够清楚了，所以Ramsay的工作具有划时代的历史意义。二稀有气体化合物1第一种稀有气体化合物人类的认识是永无休止的

7、。加拿大青年化学家N.Bartlett（巴特列脱）的工作，使人们Bartlett曾使O2同六氟化铂反应，而生成一种新的化合物O2+[PtF6]－。他联想到“惰气”氙Xe的第一电离能(1171.5kJ·mol－1)同O2分子的第一电离能(1175.7kJ·mol－1)相近的事实，由此推测到PtF6氧化Xe的可能性。此外，他又估算了XePtF6的晶格能，发现它只比O2PtF6的晶格能小41.84kJ·mol－1。这说明XePtF6一旦制得，尚能稳定存在。认识到“惰气”也不是绝对惰性的。他的工作为开拓“惰气”元素化学打下了基础。他按

8、此理论分析进行了实验，把等体积的PtF6蒸汽和Xe混合起来，使之在室温下反应，结果获得一种橙黄色晶体，其化学式为Xe+[PtF6]－。这是“惰气”的第一种真正的化合物。这个发现又一次震动了科学界，动摇了长期禁锢人们思想的“绝对惰性”的形而上学观念。“惰性气体”也随之改名为“稀