氢和稀有气体课件

Chapter11HydrogenandNobleGases氢和稀有气体2022/12/24SCUCS1不饱和脂肪烃Chapter11HydrogenandNobleH氢是周期表中唯一尚未找到确切位置的元素.······H氢是周期表中唯一尚未找到确切位置的元素.·····11.1氢的同位素

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%。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”.11.1氢的同位素主要同位素有3种，此氢的存在与制备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。存在

氢的存在与制备氢是宇宙中丰度最高的元素，在地氢的制备（每年估计达500×109m3）H2H2H2H2H2H2H2NaHN2C1273KCH41143K热解光解电解H2O氢的制备（每年估计达500×109m3）H2H2H2H2H实验室制备方法Zn+H3O+→Zn2++2H2O+H2↑H2S+Pb2++2H2O→PbS+2H3O+AsH3

锌和硫酸中含微量AsAsH3+3Ag2SO4+3H2O→6Ag+H3AsO3+3H2SO4H2S锌中含微量ZnSSO2

锌还原H2SO4产生SO2+2KOH→K2SO3+H2O实验室制备方法Zn+H3O+→Zn2++2H2O工业制备方法水蒸气转化法CH4(g)+H2O(g)3H2(g)+CO(g)1273K水煤气反应C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g)1273K为了制氢，必须分离出CO。可将水煤气连同水蒸气一起通过红热的氧化铁催化剂，CO变成CO2，然后在2×106下用水洗涤CO2和H2的混合气体，使CO2溶于水而分离出H2。CO+H2+H2O(g)CO2+2H2Fe2O3>723K工业制备方法水蒸气转化法CH4(g)+H2O(g)工业制备方法有文献报道，加热(383～423K)加压(1013～3039kPa)，效率可提高到90%以上。电解20%NaOH或15%KOH水溶液，耗能大，效率也只有32%4OH-→O2+2H2O+4e-(阳极)2H2O+2e-→2OH-+H2(阴极)工业制备方法有文献报道，加热(383～423K)加压(101氢和稀有气体课件★

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，有的航天飞机的液态氢储罐存有近1800m3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

氢气的输送（利用）氢能源—21世纪的清洁能源★氢燃烧速率快，反应完全。氢能源是清洁能源，没有环境污染，氢的用途燃料燃烧值/(kJ·kg-1)氢气120918（H2）戊硼烷64183（B5H9）戊烷43367（C5H12）氢的用途燃料燃烧值/(kJ·kg-1)氢化物离子型氢化物分子型氢化物金属型氢化物氢化物离子型氢化物二元氢化物在周期表中的分布

氢的大多数二元化合物可归入下述三大类中的某一类。但是这种分类的界限也不十分明确，结构类型并非非此即彼，而是表现出某种连续性。离子型二元氢化物在周期表中的分布氢的大多数二元化合物离子型氢化物(1)与s区金属形成。非挥发性，不导电并具明确结构的晶形固体。(2)H-的半径在126pm(LiH)与154pm(CsH)之间，说明原子核对核外电子的控制较松弛。(3)H-存在的重要化学证据：电解其与碱金属的熔融物，阳极放H2：2H-→H2+2e-

与水反应的实质是:H-+H2O→OH-+H2此时H-表现出强还原性、不稳定性和强碱性.离子型氢化物(1)与s区金属形成。非挥发性，不导电并具明

还原性强钛的冶炼离子型氢化物的化学性质剧烈水解氢化钙剧烈水解形成配位氢化物受潮时强烈水解+4H2O还原性强钛的冶炼离子型氢化物的化学性质剧烈水解氢化钙剧分子型氢化物除铝、铋和钋外，第13至第17族元素都形成这类氢化合物。它们以其分子能够独立存在为特征。分子型氢化物除铝、铋和钋外，第13至第17族存在形式●缺电子氢化物，中心原子未满８电子构型。B2H6●

满电子氢化物，中心原子价电子全部参与成键。CH4●富电子氢化物，中心原子成键后有剩余未成键的孤电子对.NH3存在形式●缺电子氢化物，中心原子未满８电子构型。B2H6金属型氢化物CuH，ZnH2金属型氢化物CuH，ZnH2(1)大部分是用单质直接化合的方法制备。(2)都有金属的电传导性和显有其他金属性质如磁性。金属型氢化物(3)金属Pt不能形成氢化物，但对加氢反应具有催化作用。(1)大部分是用单质直接化合的方法制备。(2)都有金可逆储氢材料1体积金属Pd可吸收700体积H2，减压或加热可使其分解：2Pd+H22PdHU+3/2H2UH3减压,327K常况523K573KLaNi5+3H2LaNi5H6,含H2量大于同体积液氢微热(2~3)×105Pa可逆储氢材料1体积金属Pd可吸收700体积H2，减压或稀有气体NobleGases存在和用途化合物稀有气体NobleGases空气分离中可得He、Rn外的所有其他稀有气体。He最难被液化(b.p.4.2K)。Rn是放射性元素。存在和用途除氦之外,大气是其他稀有气体元素的唯一资源。有些地区的天然气中含有高浓度的He(高达8%)。空气分离中可得He、Rn外的所有其他稀有气体。HeXe

Xe-O2深度麻醉剂，制造高压“人造小太阳”Rn

“氡管”用于治疗癌症和中子源He

大型反应堆的冷却剂，He-Ne-O2呼吸气可防“气塞病”，飞船的飞升气体，保护气Ne

霓红灯，电子工业中的充气介质，低温冷冻剂Kr

灯泡填充气，同位素测量Ar

灯泡填充气，保护气XeXe-O2深度麻醉剂，制造高压“人造小太阳”He稀有气体化合物1962年3月32日下午6时45分BartlettN

第一个观察到“惰性气体”元素的化学行为：XePtF6红色液体生成！

O2（g）+PtF6(s)=O2+[PtF6]-(s)

稀有气体化合物1962年3月32日下午6时45分BaXe(g)+F2(g)XeF2(s)(Xe过量)K(250℃)=8.79×104Xe(g)+2F2(g)XeF4(s)[n(Xe):n(F2)=1:5]K(250℃)=1.07×104Xe(g)+3F2(g)XeF6(s)[n(Xe):n(F2)=1:20]K(250℃)=1.01×108氙的氟化物可由直接化合反应合成XeF6与氧化物之间的复分解反应可使本身转化为氧化物：

XeF6(s)+3H2O(l)XeO3(aq)+6HF(g)2XeF6(s)+3SiO2(s)2XeO3(s)+3SiF4(g)吸能化合物XeO3易爆炸，碱性水溶液中Xe（Ⅵ）的氧阴离子

在歧化并使H2O氧化的过程中缓慢分解生成高氙酸根离子和Xe:

XeO3+OH-

+Xe+O2+H2OpH﹥10+OH-Xe(g)+F2(g)XeF氙化合物的结构价层电子对互斥理论对氙的化合物的空间结构的描述XeF2(直线型)XeF4(平面四方形)XeF6(变型八面体)[XeO6]4-氙化合物的结构价层电子对互斥理论对氙的XeF2(直线型)Chapter11HydrogenandNobleGases氢和稀有气体2022/12/24SCUCS27不饱和脂肪烃Chapter11HydrogenandNobleH氢是周期表中唯一尚未找到确切位置的元素.······H氢是周期表中唯一尚未找到确切位置的元素.·····11.1氢的同位素

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%。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”.11.1氢的同位素主要同位素有3种，此氢的存在与制备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。存在

氢的存在与制备氢是宇宙中丰度最高的元素，在地氢的制备（每年估计达500×109m3）H2H2H2H2H2H2H2NaHN2C1273KCH41143K热解光解电解H2O氢的制备（每年估计达500×109m3）H2H2H2H2H实验室制备方法Zn+H3O+→Zn2++2H2O+H2↑H2S+Pb2++2H2O→PbS+2H3O+AsH3

锌和硫酸中含微量AsAsH3+3Ag2SO4+3H2O→6Ag+H3AsO3+3H2SO4H2S锌中含微量ZnSSO2

锌还原H2SO4产生SO2+2KOH→K2SO3+H2O实验室制备方法Zn+H3O+→Zn2++2H2O工业制备方法水蒸气转化法CH4(g)+H2O(g)3H2(g)+CO(g)1273K水煤气反应C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g)1273K为了制氢，必须分离出CO。可将水煤气连同水蒸气一起通过红热的氧化铁催化剂，CO变成CO2，然后在2×106下用水洗涤CO2和H2的混合气体，使CO2溶于水而分离出H2。CO+H2+H2O(g)CO2+2H2Fe2O3>723K工业制备方法水蒸气转化法CH4(g)+H2O(g)工业制备方法有文献报道，加热(383～423K)加压(1013～3039kPa)，效率可提高到90%以上。电解20%NaOH或15%KOH水溶液，耗能大，效率也只有32%4OH-→O2+2H2O+4e-(阳极)2H2O+2e-→2OH-+H2(阴极)工业制备方法有文献报道，加热(383～423K)加压(101氢和稀有气体课件★

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，有的航天飞机的液态氢储罐存有近1800m3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

氢气的输送（利用）氢能源—21世纪的清洁能源★氢燃烧速率快，反应完全。氢能源是清洁能源，没有环境污染，氢的用途燃料燃烧值/(kJ·kg-1)氢气120918（H2）戊硼烷64183（B5H9）戊烷43367（C5H12）氢的用途燃料燃烧值/(kJ·kg-1)氢化物离子型氢化物分子型氢化物金属型氢化物氢化物离子型氢化物二元氢化物在周期表中的分布

氢的大多数二元化合物可归入下述三大类中的某一类。但是这种分类的界限也不十分明确，结构类型并非非此即彼，而是表现出某种连续性。离子型二元氢化物在周期表中的分布氢的大多数二元化合物离子型氢化物(1)与s区金属形成。非挥发性，不导电并具明确结构的晶形固体。(2)H-的半径在126pm(LiH)与154pm(CsH)之间，说明原子核对核外电子的控制较松弛。(3)H-存在的重要化学证据：电解其与碱金属的熔融物，阳极放H2：2H-→H2+2e-

与水反应的实质是:H-+H2O→OH-+H2此时H-表现出强还原性、不稳定性和强碱性.离子型氢化物(1)与s区金属形成。非挥发性，不导电并具明

还原性强钛的冶炼离子型氢化物的化学性质剧烈水解氢化钙剧烈水解形成配位氢化物受潮时强烈水解+4H2O还原性强钛的冶炼离子型氢化物的化学性质剧烈水解氢化钙剧分子型氢化物除铝、铋和钋外，第13至第17族元素都形成这类氢化合物。它们以其分子能够独立存在为特征。分子型氢化物除铝、铋和钋外，第13至第17族存在形式●缺电子氢化物，中心原子未满８电子构型。B2H6●

满电子氢化物，中心原子价电子全部参与成键。CH4●富电子氢化物，中心原子成键后有剩余未成键的孤电子对.NH3存在形式●缺电子氢化物，中心原子未满８电子构型。B2H6金属型氢化物CuH，ZnH2金属型氢化物CuH，ZnH2(1)大部分是用单质直接化合的方法制备。(2)都有金属的电传导性和显有其他金属性质如磁性。金属型氢化物(3)金属Pt不能形成氢化物，但对加氢反应具有催化作用。(1)大部分是用单质直接化合的方法制备。(2)都有金可逆储氢材料1体积金属Pd可吸收700体积H2，减压或加热可使其分解：2Pd+H22PdHU+3/2H2UH3减压,327K常况523K573KLaNi5+3H2LaNi5H6,含H2量大于同体积液氢微热(2~3)×105Pa可逆储氢材料1体积金属Pd可吸收700体积H2，减压或稀有气体NobleGases存在和用途化合物稀有气体NobleGases空气分离中可得He、Rn外的所有其他稀有气体。He最难被液化(b.p.4.2K)。Rn是放射性元素。存在和用途除氦之外,大气是其他稀有气体元素的唯一资源。有些地区的天然气中含有高浓度的He(高达8%)。空气分离中可得He、Rn外的所有其他稀有气体。HeXe

Xe-O2深度麻醉剂，制造高压“人造小太阳”Rn

“氡管”用于治疗癌症和中子源He

大型反应堆的冷却剂，He-Ne-O2呼吸气可防“气塞病”，飞船的飞升气体，保护气Ne

霓红灯，电子工业中的充气介质，低温冷冻剂Kr

灯泡填充气，同位素测量Ar

灯泡填充气，保护气XeXe-O2深度麻醉剂，制造高压“人造小太阳”He稀有气体化合物1962年3月32日下午6时45分Bartlet