化工四大化学(专业)氢元素(课堂讲义)

1、第九章 元素概论9.2 氢元素周期表A01 1HAAAAAA2He2 3Li4Be5B6C7N8O9F10Ne3 11Na12MgB B B B BB B13Al14Si15P16S17Cl18Ar4 19K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr5 37Rb38Sr39Y40Zr41Ne42Mo43Tc44Re45Rh46Pa47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe6 55Cs56Ba57-71Lu72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl8

2、2Pb83Bi84Po85At86Rn7 87Fr88Ra89-103Lr104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112Uub氢是宇宙间所有元素中含量最丰富的元素在自然界中主要以化合态存在是周期系中第一号元素符号 含量/% 1H （氕） H 99.98 2H （氘） D 0.016 3H （氚） T 0.004氢有三种同位素1119.2.1 氢原子的性质及其成键特征目前世界各地建造的实验性聚变反应堆目前世界各地建造的实验性聚变反应堆用的是一种用的是一种D和和T构成的等离子体燃料构成的等离子体燃料符号 含量/% 1H H 99.982H D 0.016

3、3H T 0.004氢有三种同位素1119.2.1 氢原子的性质及其成键特征iiiiiiiiiiii三种同位素质子数相同, 中子数不同它们的单质和化合物的化学性质基本相同，物理性质和生化性质则不同符号 含量/% 1H H 99.982H D 0.0163H T 0.004氢有三种同位素1119.2.1 氢原子的性质及其成键特征价层电子价层电子构型构型1s1氧化数氧化数-1,0,+1原子半径原子半径pm37电离能电离能（kJmol-1）1312电子亲合能电子亲合能 （kJmol-1）-72.8电负性电负性2.11.失去价电子H+(*)2.结合一个电子:H- 易与活泼金属形 成离子型氢化物3.易与

4、非金属通过 共用电子对形成 共价型氢化物熔点熔点/-259.23沸点沸点/-252.77气体密度气体密度（gcm-3）8.98810-5(为空气的为空气的1/14倍倍) 氢气是无色、氢气是无色、无味、无臭无味、无臭的可燃性气的可燃性气体，是所有体，是所有气体中最轻气体中最轻的的 氢气球可携带仪器作高空探测 也可携带干冰、碘化银等试剂进 行人工降雨9.2.2 氢气的性质和用途熔点熔点/-259.23沸点沸点/-252.77气体密度气体密度gcm-38.98810-5(为空气的为空气的1/14倍倍)fusHmJmol-1117.15vapHmJmol-1903.74热导率热导率Wm-1K-10.1

5、87(为空气的为空气的5倍倍) 熔、沸点极低，熔、沸点极低，难液化难液化 液氢是重要的高能燃料,是美国宇宙航天飞机和我国“长征”三号火箭所用燃料。 液氢是超低温制冷剂，可将除氦外的所有气体冷冻成固体9.2.2 氢气的性质和用途熔点熔点/-259.23沸点沸点/-252.77气体密度气体密度gcm-38.98810-5(为空气的为空气的1/14倍倍)fusHmJmol-1117.15vapHmJmol-1903.74热导率热导率Wm-1K-10.187(为空气的为空气的5倍倍)3. 在水中的溶在水中的溶解度很小。解度很小。可大量溶于可大量溶于镍、钯、铂镍、钯、铂等金属中等金属中利用此性质可制得极

6、纯的氢气9.2.2 氢气的性质和用途4. 氢分子在常温下不活泼，但当已氢分子在常温下不活泼，但当已解离的氢原子结合为分子时，可解离的氢原子结合为分子时，可放出大量热放出大量热 2H H2 rHm = -436 kJmol-1 利用此性质可作原子氢吹管，用于熔化难熔的金属(如W、Ta等)9.2.2 氢气的性质和用途5. 氢气在氧气或空气中燃烧， 可得到温度近3000的氢氧焰可用于金属的切割或焊接 H2 + O2 H2O (l) rHm = -285.830 kJmol-1 129.2.2 氢气的性质和用途5. 氢气在氧气或空气中燃烧， 可得到温度近3000的氢氧焰注 意1.点燃或加热氢气时，必须

7、确 保氢气的纯净2.使用氢气的厂房要严禁烟火, 加强通风9.2.2 氢气的性质和用途6. 氢气在加热时，可与许多金属或非金属反应，生成氢化物9.2.2 氢气的性质和用途7. 氢气在高温下，可与氧化物、氯化物反应，得到金属或非金属如 工业上高纯钨和硅的制取 WO3 + 3H2 W + 3H2O高温 SiCl4 + 2H2 Si + 4HCl高温9.2.2 氢气的性质和用途8. 高温下，氢分子可分解为原子氢。 原子氢比分子氢活泼2H + S H2S与与S作用生成作用生成H2S2H + CuCl2 Cu + 2HCl在常温下可将Cu、Fe、Bi、Hg、Ag等的氧化物或氯化物还原为金属如9.2.2 氢

8、气的性质和用途用锌和盐酸或稀硫酸作用 Zn + 2H+ Zn2+ + H2实验室9.2.3 氢气的制备方法由于CaH2便于携带，而水又易得，所以此法适用于作为军事和气象氢气气球的气源。 野外作业制氢9.2.3 氢气的制备方法CaH2 + 2H2O Ca(OH)2 + 2H2(1) 天然气或焦炭与水蒸气作用天然气或焦炭与水蒸气作用, 得到水煤气得到水煤气CH4 + H2O CO + 3H2700-870Ni、Co催化剂C + H2O CO + H21000(2) 水煤气与水蒸气反应,得到CO2和H2的混合气CO + H2O CO2 + H2Fe、Cr催化剂(3) 除去CO2可得较纯的氢气工业上：1. 矿物燃料转化法 9.2.3 氢气的制备方法 电解15%20%氢氧化钠溶液 阴极：阴极： 2H+ +