第五氢和稀有气体共22页

2020/5/181第五章氢和稀有气体§5-1氢一、氢在自然界的存在11H（氕，H）21H（氘，D）31H（氚，T）↑↑↑丰度99.98%可变天然丰度放射性2020/5/182二、氢的成键特征H价电子层结构1s2,电负性2.21离子键：MH（M=碱金属或碱土金属）2共价键：非极性键H2极性键HX（非金属元素）3特殊键：氢桥键B2H6氢键H2O金属氢化物中的键2020/5/183三、氢的性质和用途（一）单质氢1物理性质：无色无味气体，难溶于水，难液化，密度小。2化学性质常温稳定（与F2暗处反应），高温活泼。（1）与非金属反应（2）还原金属氧化物或卤化物（3）与活泼金属反应（4）加氢反应2020/5/184放出大量热（4273K）（原子氢焰），焊接高熔点金属。强还原性S(Ge、Sn、As、Sb等）+2H→H2SCuCI2+2H→Cu+2HCIBaSO4+8H→BaS+4H2O通入金属表面H2H2电弧H（二）原子氢2020/5/185四、氢的制备实验室：Zn+稀H2SO4水电解工业：电解食盐水碳还原水蒸气烃类裂解水蒸气转化法烷烃脱氢两性金属与碱反应等2020/5/186核聚变反应堆与氢弹2020/5/187五氢化物氢与其它元素（除稀有气体）形成的二元化合物。依据元素电负性的不同，氢可形成多种类型的氢化物。1离子型氢化物MH（M=Li、Na、K、Rb、Cs)MH2(M=Ca、Sr、Ba)2020/5/188强还原性CaH2+2H2O=Ca(OH)2+2H2↑除去气体或溶剂中的微量水，野外制氢。TiCI4+4NaH=Ti+4NaCI+2H2↑2CO2+BaH2（热）=2CO+Ba(OH)2制备复合氢化物2LiH+B2H6→2LiBH4（乙醚做溶剂）4LiH+AICI3→LiAIH4+3LiCI（乙醚做溶剂）无机和有机合成中做还原剂和负氢离子2020/5/1892金属型氢化物（间充型氢化物）从结构上可看作是由金属原子组成的金属晶体的四面体或八面体空隙中接纳了半径较小的氢原子。d区：ⅢB、ⅣB、ⅤB及Cr、Pd、Ni等如：PdHx(x＜1),CrH2,VH0.562020/5/1810物理性质：基本保留着金属的外观特征，有金属光泽，有导电性。吸氢放氢M(S)+X2H2(g)MHx(s)U(s)+UH3(s)32H2(g)300℃250℃上述反应可用于储存氢和制超纯氢2020/5/18113分子型氢化物氢与P区元素（稀有气体、In、TI除外）结合形成的共价型氢化物。缺电子氢化物：B2H6满电子氢化物：CH4富电子氢化物：NH3，H2O。HF等P区氢化物属于分子晶体，熔沸点较低，通常条件下多为气体。2020/5/1812六、氢能源氢被认为是理想的二级能源氢气作为动力燃料的优点(1)干净、无毒；（2）热值高；（3）资源丰富（H2O）；（4）输送方便；（5）应用范围广，适应性强。氢作为能源的三大课题1.氢气的发生：太阳能光解水2.氢的储存：金属氢化物、金属合金储氢3.氢的利用2020/5/1813§5-2稀有气体一、简介He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn1894-1900年先后在大气和某些铀矿中发现。发现的主要功绩应归功于英物理学家莱姆赛（Ramsay),He-Xe.2020/5/18141962年，加拿大29岁的青年化学家巴特列脱（N.Bartlett),制得了第一个真正的稀有气体化合物：Xe[PtF6]（红色晶体）。2020/5/1815二、通性和用途通性：通常稀有气体以单原子状态存在，原子之间存在微弱的范氏力（主色散力），且随原子序数的增加而增大。所以有关的物理性质如熔、沸点也随着升高。氦是所有气体中最难液化。2.2K以下的液氦是一种超导体。2020/5/1816用途：基于稀有气体不活泼、电阻小、易发光放电等。He:代H2充气球更安全，血液中溶解度小，“氦空气”代替空气供潜水员呼吸。Ne：作霓虹灯或指示灯等。Ar：充填电灯泡（防产生电弧），工业上作保护气。Kr：充填电灯泡等。Xe：高压长弧氙灯，做运动场、舞台等照明。2020/5/1817三、自然界中的分布与分离He-Xe主要来源于空气Rn是放射性元素(Ra)的蜕变产物液态空气分馏O2+稀有气体除N2分馏O2稀有气体NaOH液除CO2赤热Cu除微量氧灼热Mg除N2稀有气体（Ar为主）2020/5/1818四、化合物氙的含氧、含氟化合物1.氙的氟化物Xe(g)+nF2(g)→XeF2、XeF4、XeF6（镍容器）性质：强氧化性：XeF2+H2→Xe+HFXeF4+Pt→Xe+PtF4水解：XeF2+H2O→Xe+1/2O2+2HFXeF6+3H2O→XeO3+6HF作氟化剂：XeF4+2SF4→2SF6+Xe2XeF6+SiO2→2XeOF4+SiF4不能用玻璃容器或石英容器盛氟化氙。2020/5/18192.氙的含氧化合物XeO3白色易潮解、易爆固体，水中以分子形式存在。强氧化性。2020/5/1820五、稀有气体化合物的结构1.杂化轨道法Xe:ns2np6→ns2np6-xndxXeF2,x=1,sp3d杂化（三角双锥），直线型。XeF4,x=2,sp3d2杂化（八面体），四边形。XeF6,x=3,sp3d3杂化，变形八面体。2020/5/18212.价层电子对互斥理论价层电子对及构型分子构型XeF25三角双锥直线XeF46八面体平面正方形XeF67-变形八面体