第12章氢与稀有气体
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TiFeH1.95 LaNiH4.7
类
及 性 质
共 价 型 金 属 型
什么是富电子型和缺电子型？你能初步作出判断吗？
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！
H O N H H 2s22p3 H
C H
H 2s22p2
The type of adequent electron
H H
H
2s22p4
TiCl4+ H2→
CaH2+H2O→
TiCl4+2H2→Ti+4HCl
CaH2+H2O→Ca(OH)2+H2
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！
第二节 稀有气体的用途
He
超低温冷却剂；填充气球；作惰性保护气用于核反应 堆热交换器；液氦在温度小于2.2K时，是一种超流体， 具有超导性和低粘性，对于研究和验证量子理论有重 要的意义。
1312kJ/mol 0.001pm
1. 可得到一个电子——形成离子键（ion-bond） 成 键 类 型 2. 可通过共用电子——形成共价键（share-in-bond） 3. 阳离子为赤裸质子——可以形成氢键(hydrogen-bond) 4. 钻到金属晶格中——形成独特键型(special bond)
50
500
65
500
100~160
1000
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！ NaH+H2O→H2+NaOH CaH2+H2O→H2+ Ca(OH)2 TiCl4+NaH→H2+NaCl+Ti
氢 化 物 的 种 氢 化 物
离 子 型
富电子型
缺电子型 满电子型
H2O NH3 HF B2H6 CH4
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！ 得到电子，制备 化肥、 盐酸等， 燃烧时用作能源
此类化合物稳定否？
1.与非金属反应
N2+3H2==2NH3 H2+Cl2==2HCl 2H2+O2==2H2O
1.3
氢 的 化 学 性 质
2.与活泼金属反应
H2+2Li==2LiH H2+2Na==2NaH H2+2Ca==CaH2 失去电子 制备还原剂
sp3d3杂化 十面体
三角双锥
八面体
氙化物的电子空间构型
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！
氟化氙的分子空间结构
XeF2 直线形
XeF4 平面正方形
XeF6 八面体
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！
氟化物的化学性质
强氧化性:
NaBrO3+XeF2+H2O → NaBrO4+2HF+Xe XeF2 + H2 →2HF + Xe XeF2 + 2Cl- →2F- + Xe + Cl2 XeF4+ Pt →2PtF4 + Xe 2XeF2 + 2H2O = 2Xe + 4HF + O2 6XeF4+12H2O＝2XeO3+4Xe+3O2+24HF XeF6+3H2O＝XeO3+6HF
Xe的化合物主要是氟化物和氧化物
氟化物
氙和氟在密闭 的镍反应器中 加热就可得到 氙氟化物.
Xe + F2 ==========XeF2
1 ： 2 673K，1.03×105 Pa
1 ： 5 873K，6.18×105 Pa
Xe + F2 ============XeF4 Xe + F2 ============XeF6
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！
2.2
稀有气体化合物
O2+PtF6＝O2+[PtF6]Xe+PtF6＝Xe+[PtF6]-
氧的第一电离能为1175.7kJ·mol-1 氙第一电离能(1171.5kJ·mol-1) ， 能否代替氧发生同样反应。
加拿大青年化学家Bartlett于1962年获得成功!
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！
第十二章
氢、稀有气体
教学目标及内容
氢在自然界的存在（The existence in nature) ---了解 氢的物理性质 (Physical property) ---了解 氢的成键特征 (The type and feature of different bonds)---运用 氢的化学性质与用途 (The chemical property and use)---识记 氢的制备 (The preparation of hydrogen) ----识记 氢化物 (Compounds) ----运用 氢能源及其研究动态(Energy and reseach direction) ----了解
形成了氢键的化合物的特点： 1.氢键的强弱与和氢结合的元素的电负性 强弱有关 2.分子间氢键使分子的熔沸点升高
沸点从高到低：HCl< HBr<HI<HF(HF沸点最高) 比较沸点高低：HF 、HCl、 HBr、HI
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！
金属型氢化物（独特键型）的形成
+
5
6 7 6 4 4
三角双锥
八面体 变形八面体 八面体 四面体 四面体 作业:
三种
二种 二种 二种 一种 一种
直线型
平面四面形 变形八面体 四方锥形 三角锥形 正四面体
3,4,6,8
你能写出这些化 学反应方程式吗？
2.水电解法 2H2O(g) 通电
2H2(g)+ O2(g)
3.水煤气法 C(赤热)+ H2O(g)==H2 (g) + CO(g)
CH4 (g)+ H2O(g) 4.有机物裂解
催化剂
CO(g)+ H2(g)
Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2 5.两性元素与碱反应 （适宜于野外制氢） Si+Ca(OH)2+2NaOH==Na2SiO3+CaO+2H2
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！
氢与 电负性很小的活泼金属元素（s区中Be、Mg除外） 通过 离子键结合而成。 其中，氢原子 得到 一个电子形成 H- ，金属原子失去电子变 成 阳离子 。
离 子 键 的 形 成
+
Na H
+
Na+
H-
属于何种晶体,化合物有什么特点？ NaH LiH 1.熔点、沸点较高 2.熔融导电，电解时阳极产生氢气 离 子
CaH2 3.常温下大都是白色晶体 BaH2 4.是强还原剂
晶
体
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！
氢 键 的 形 成 在含有强极性键的共价氢化物中，近乎赤裸的 氢原子核可以定向吸引邻近电负性高的原子（如F、 O、N ）上的孤对电子——形成氢键。
H O H H O H 你能解释其中 的原因吗？
重点：氢的性质和成键特征
难点：氢的化合物及其性质
教学课 时:2
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！
1 .1
概述
1.氢在自然界的存在：
2.氢有三种同位素：
1H氕（符号H）-----
分布：氢是太阳大气的主要成分，主要以化合 态存在于地球上。
稳定（99.98%）
2H氘（符号D）------稳定（0.016%） 3H氚（符号T）------不稳定，可用作示踪原子
沸点/K
稀有气体性质 （0族元素）
N e 2s22p6 A r 3s23p6 K r 4s24p6 X e 5s25p6 R n 2s22p6
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
4.2
27
87
120
166
211
第一电离能 2372 mol·kJ-1
2033
1523
1351
1171
1038
稀有气体的价电子结构为饱和电子层结构，因此该气体不易失 去电子、不易得到电子，不易形成化学键,均为单原子分子。但 根据其电离能可判断稀有气体在一定条件下 仍可发生化学反应.
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！
1.5 氢能源及其研究动态
1. 氢能源 的特点
1.原料来源于地球上贮量丰富的水，资源不受限制； 2.氢气燃烧发热量高，是同质量石油的三倍； 3.最大优点是燃烧后的生成物是水，不污染环境；
低 碳 经 济
2.存在问题及研究热点：
制 备
有机物裂解 电解反应
由氢与 电负性较大的非金属元素（p区中In、Tl除外） 共用电子对而形成。 通过
共 价 键 的 形 成
+
H H
H2
非极性分子
+
H Cl HCl
此类氢化物形成的晶体 极性分子 类型?具有什么特征?
HCl CH4 B2H6
共价键型氢化物的特点：
1.熔点、沸点较低
分 子 晶 体
H2 S
2.常温下大都是气体
XeF4, XeF6与水 反应生成氧化物
高溴酸钠就 是用XeF2作 氧化剂才首 次制得成功
O
X e
O
O 氙的氧化物是无色、易潮解、易爆炸的晶状固体.强氧化性.
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！
稀有气体化合物的结构 分子 价电子对数 价电子对构型 可能构型 最稳定构型
XeF2
XeF4 XeF6 XeOF4 XeO3 XeO4
资源有限 能耗太大
研究热点
光化学催化制备氢气 金属型氢化物贮存氢： 可充电电池 大容量储电装置 电动汽车
扩散快
贮 存
贮存及 运输困难
研究热点
难液化 易爆炸
日本：阳光计划；美国：USABC计划； 欧共体：焦耳计划；中国清洁新能源计划
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！
1.6 氢的成键类型
3.与某些化合物反应 3H2+WO3==W+3H2O 2H2+SiCl4==Si+4HCl 2H2+TiCl4==Ti+4HCl 充当还原剂 制备金属钨、钛 以及高纯硅等
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！
1.4 氢气的制备
1.实验室制法： Zn + H SO
2 4
== ZnSO4 + H2
1 ： 20 573K，6.18×105 Pa
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！
Xe的价电子结构:5s25p6 问题:Xe的氟化物中Xe到底是如何与F形成化学键的呢?
XeF2 XeF4 5s25p6
5s25p55d1
XeF6
5s25p45d2
5s25p35d3
sp3d1杂化
sp3d2杂化
祝同学们新学期学业有成！
储氢合金和电池
Hydrogen storage alloys：
LaNiH4.7 及 La(NiCoMnAl)3.8H5.2 等
对氢气的压缩比达1000，而液氢的压缩比为500
工艺参数 开路电压/V 体积比能量/ Wh.L-1 重量比能量/ Wh.Kg-1 循环寿命/次 镍镉电池 1.2 150 镍氢电池 锂离子电池 1.2 3.6 200 270~360
3.氢的物理性质：
分子量小，密度小（仅为空气的1/14.5），扩散速度快
（原理：气体扩散定律： UA/UB=(MB/MA)1/2）
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！
1.2
原子序数
重 点 价电子构型 原子半径
氢的成键特征
氢的一般性质
1
1s1 32pm
电子亲合能
电离能 正离子半径
72.9 kJ/mol
祝同学们新学期学业有成！
KH 金属型
CrH2
SiH4
熔点较高、熔融能导电
温度升高、H原子扩散
熔点、沸点较低
2.下列不属于氢的成键类型的是
A 离子键 B 共价键 C 金属键
答案：C
D 氢键
3.完成下列化学反应方程式 WO3+ H2→ WO3+3H2→W+3H2O Si+ NaOH+H2O→ NaH+H2O→ Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2 NaH+H2O→H2+NaOH
The type of rich electron
H B H
H
B H 2s22p1
H
H
H
H B B
H
H H
H
The type of poor electron
两个三中心二电子键——氢桥键
湖南城市学院化学与环境工程系 1.判断下列氢化物类型及特点
BaH2
B2H6 分子型 LaNiH5 离子型 PH3
Ne
氖的导电性是空气的75倍，用于放电管中发射红 光，• 用于作金属焊接的保护气。 也 氩氩的导热性很差，用于填充灯泡，也用作焊接 的保护气。 氪和氙导热性均很差，用于填充灯泡，用氙制的 电光源氙灯有“小太阳”之称。
ArHale Waihona Puke Baidu
Kr
Xe
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！
2.1
价电子 层结构 H e 1s2 稀有气体中谁 最有可能发生 元素符号 化学反应？
金属晶格（Mg）
H2
金属型氢化物
由氢钻到金属晶体的晶格空隙中形成——独特键型。
特点：仍具有金属光泽，组成多不固定，通常是非计量比 的（如LaNiH4.7），温度升高氢原子可扩散出来。
镍氢电池充放电基本原理 MH + NiOOH
充电 放电
M + Ni(OH)2
M代表金属元素，通常是过渡金属
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类
及 性 质
共 价 型 金 属 型
什么是富电子型和缺电子型？你能初步作出判断吗？
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祝同学们新学期学业有成！
H O N H H 2s22p3 H
C H
H 2s22p2
The type of adequent electron
H H
H
2s22p4
TiCl4+ H2→
CaH2+H2O→
TiCl4+2H2→Ti+4HCl
CaH2+H2O→Ca(OH)2+H2
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祝同学们新学期学业有成！
第二节 稀有气体的用途
He
超低温冷却剂；填充气球；作惰性保护气用于核反应 堆热交换器；液氦在温度小于2.2K时，是一种超流体， 具有超导性和低粘性，对于研究和验证量子理论有重 要的意义。
1312kJ/mol 0.001pm
1. 可得到一个电子——形成离子键（ion-bond） 成 键 类 型 2. 可通过共用电子——形成共价键（share-in-bond） 3. 阳离子为赤裸质子——可以形成氢键(hydrogen-bond) 4. 钻到金属晶格中——形成独特键型(special bond)
50
500
65
500
100~160
1000
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祝同学们新学期学业有成！ NaH+H2O→H2+NaOH CaH2+H2O→H2+ Ca(OH)2 TiCl4+NaH→H2+NaCl+Ti
氢 化 物 的 种 氢 化 物
离 子 型
富电子型
缺电子型 满电子型
H2O NH3 HF B2H6 CH4
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祝同学们新学期学业有成！ 得到电子，制备 化肥、 盐酸等， 燃烧时用作能源
此类化合物稳定否？
1.与非金属反应
N2+3H2==2NH3 H2+Cl2==2HCl 2H2+O2==2H2O
1.3
氢 的 化 学 性 质
2.与活泼金属反应
H2+2Li==2LiH H2+2Na==2NaH H2+2Ca==CaH2 失去电子 制备还原剂
sp3d3杂化 十面体
三角双锥
八面体
氙化物的电子空间构型
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祝同学们新学期学业有成！
氟化氙的分子空间结构
XeF2 直线形
XeF4 平面正方形
XeF6 八面体
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氟化物的化学性质
强氧化性:
NaBrO3+XeF2+H2O → NaBrO4+2HF+Xe XeF2 + H2 →2HF + Xe XeF2 + 2Cl- →2F- + Xe + Cl2 XeF4+ Pt →2PtF4 + Xe 2XeF2 + 2H2O = 2Xe + 4HF + O2 6XeF4+12H2O＝2XeO3+4Xe+3O2+24HF XeF6+3H2O＝XeO3+6HF
Xe的化合物主要是氟化物和氧化物
氟化物
氙和氟在密闭 的镍反应器中 加热就可得到 氙氟化物.
Xe + F2 ==========XeF2
1 ： 2 673K，1.03×105 Pa
1 ： 5 873K，6.18×105 Pa
Xe + F2 ============XeF4 Xe + F2 ============XeF6
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2.2
稀有气体化合物
O2+PtF6＝O2+[PtF6]Xe+PtF6＝Xe+[PtF6]-
氧的第一电离能为1175.7kJ·mol-1 氙第一电离能(1171.5kJ·mol-1) ， 能否代替氧发生同样反应。
加拿大青年化学家Bartlett于1962年获得成功!
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第十二章
氢、稀有气体
教学目标及内容
氢在自然界的存在（The existence in nature) ---了解 氢的物理性质 (Physical property) ---了解 氢的成键特征 (The type and feature of different bonds)---运用 氢的化学性质与用途 (The chemical property and use)---识记 氢的制备 (The preparation of hydrogen) ----识记 氢化物 (Compounds) ----运用 氢能源及其研究动态(Energy and reseach direction) ----了解
形成了氢键的化合物的特点： 1.氢键的强弱与和氢结合的元素的电负性 强弱有关 2.分子间氢键使分子的熔沸点升高
沸点从高到低：HCl< HBr<HI<HF(HF沸点最高) 比较沸点高低：HF 、HCl、 HBr、HI
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金属型氢化物（独特键型）的形成
+
5
6 7 6 4 4
三角双锥
八面体 变形八面体 八面体 四面体 四面体 作业:
三种
二种 二种 二种 一种 一种
直线型
平面四面形 变形八面体 四方锥形 三角锥形 正四面体
3,4,6,8
你能写出这些化 学反应方程式吗？
2.水电解法 2H2O(g) 通电
2H2(g)+ O2(g)
3.水煤气法 C(赤热)+ H2O(g)==H2 (g) + CO(g)
CH4 (g)+ H2O(g) 4.有机物裂解
催化剂
CO(g)+ H2(g)
Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2 5.两性元素与碱反应 （适宜于野外制氢） Si+Ca(OH)2+2NaOH==Na2SiO3+CaO+2H2
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氢与 电负性很小的活泼金属元素（s区中Be、Mg除外） 通过 离子键结合而成。 其中，氢原子 得到 一个电子形成 H- ，金属原子失去电子变 成 阳离子 。
离 子 键 的 形 成
+
Na H
+
Na+
H-
属于何种晶体,化合物有什么特点？ NaH LiH 1.熔点、沸点较高 2.熔融导电，电解时阳极产生氢气 离 子
CaH2 3.常温下大都是白色晶体 BaH2 4.是强还原剂
晶
体
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！
氢 键 的 形 成 在含有强极性键的共价氢化物中，近乎赤裸的 氢原子核可以定向吸引邻近电负性高的原子（如F、 O、N ）上的孤对电子——形成氢键。
H O H H O H 你能解释其中 的原因吗？
重点：氢的性质和成键特征
难点：氢的化合物及其性质
教学课 时:2
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祝同学们新学期学业有成！
1 .1
概述
1.氢在自然界的存在：
2.氢有三种同位素：
1H氕（符号H）-----
分布：氢是太阳大气的主要成分，主要以化合 态存在于地球上。
稳定（99.98%）
2H氘（符号D）------稳定（0.016%） 3H氚（符号T）------不稳定，可用作示踪原子
沸点/K
稀有气体性质 （0族元素）
N e 2s22p6 A r 3s23p6 K r 4s24p6 X e 5s25p6 R n 2s22p6
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
4.2
27
87
120
166
211
第一电离能 2372 mol·kJ-1
2033
1523
1351
1171
1038
稀有气体的价电子结构为饱和电子层结构，因此该气体不易失 去电子、不易得到电子，不易形成化学键,均为单原子分子。但 根据其电离能可判断稀有气体在一定条件下 仍可发生化学反应.
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1.5 氢能源及其研究动态
1. 氢能源 的特点
1.原料来源于地球上贮量丰富的水，资源不受限制； 2.氢气燃烧发热量高，是同质量石油的三倍； 3.最大优点是燃烧后的生成物是水，不污染环境；
低 碳 经 济
2.存在问题及研究热点：
制 备
有机物裂解 电解反应
由氢与 电负性较大的非金属元素（p区中In、Tl除外） 共用电子对而形成。 通过
共 价 键 的 形 成
+
H H
H2
非极性分子
+
H Cl HCl
此类氢化物形成的晶体 极性分子 类型?具有什么特征?
HCl CH4 B2H6
共价键型氢化物的特点：
1.熔点、沸点较低
分 子 晶 体
H2 S
2.常温下大都是气体
XeF4, XeF6与水 反应生成氧化物
高溴酸钠就 是用XeF2作 氧化剂才首 次制得成功
O
X e
O
O 氙的氧化物是无色、易潮解、易爆炸的晶状固体.强氧化性.
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祝同学们新学期学业有成！
稀有气体化合物的结构 分子 价电子对数 价电子对构型 可能构型 最稳定构型
XeF2
XeF4 XeF6 XeOF4 XeO3 XeO4
资源有限 能耗太大
研究热点
光化学催化制备氢气 金属型氢化物贮存氢： 可充电电池 大容量储电装置 电动汽车
扩散快
贮 存
贮存及 运输困难
研究热点
难液化 易爆炸
日本：阳光计划；美国：USABC计划； 欧共体：焦耳计划；中国清洁新能源计划
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祝同学们新学期学业有成！
1.6 氢的成键类型
3.与某些化合物反应 3H2+WO3==W+3H2O 2H2+SiCl4==Si+4HCl 2H2+TiCl4==Ti+4HCl 充当还原剂 制备金属钨、钛 以及高纯硅等
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1.4 氢气的制备
1.实验室制法： Zn + H SO
2 4
== ZnSO4 + H2
1 ： 20 573K，6.18×105 Pa
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Xe的价电子结构:5s25p6 问题:Xe的氟化物中Xe到底是如何与F形成化学键的呢?
XeF2 XeF4 5s25p6
5s25p55d1
XeF6
5s25p45d2
5s25p35d3
sp3d1杂化
sp3d2杂化
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储氢合金和电池
Hydrogen storage alloys：
LaNiH4.7 及 La(NiCoMnAl)3.8H5.2 等
对氢气的压缩比达1000，而液氢的压缩比为500
工艺参数 开路电压/V 体积比能量/ Wh.L-1 重量比能量/ Wh.Kg-1 循环寿命/次 镍镉电池 1.2 150 镍氢电池 锂离子电池 1.2 3.6 200 270~360
3.氢的物理性质：
分子量小，密度小（仅为空气的1/14.5），扩散速度快
（原理：气体扩散定律： UA/UB=(MB/MA)1/2）
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1.2
原子序数
重 点 价电子构型 原子半径
氢的成键特征
氢的一般性质
1
1s1 32pm
电子亲合能
电离能 正离子半径
72.9 kJ/mol
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KH 金属型
CrH2
SiH4
熔点较高、熔融能导电
温度升高、H原子扩散
熔点、沸点较低
2.下列不属于氢的成键类型的是
A 离子键 B 共价键 C 金属键
答案：C
D 氢键
3.完成下列化学反应方程式 WO3+ H2→ WO3+3H2→W+3H2O Si+ NaOH+H2O→ NaH+H2O→ Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2 NaH+H2O→H2+NaOH
The type of rich electron
H B H
H
B H 2s22p1
H
H
H
H B B
H
H H
H
The type of poor electron
两个三中心二电子键——氢桥键
湖南城市学院化学与环境工程系 1.判断下列氢化物类型及特点
BaH2
B2H6 分子型 LaNiH5 离子型 PH3
Ne
氖的导电性是空气的75倍，用于放电管中发射红 光，• 用于作金属焊接的保护气。 也 氩氩的导热性很差，用于填充灯泡，也用作焊接 的保护气。 氪和氙导热性均很差，用于填充灯泡，用氙制的 电光源氙灯有“小太阳”之称。
ArHale Waihona Puke Baidu
Kr
Xe
湖南城市学院化学与环境工程系
祝同学们新学期学业有成！
2.1
价电子 层结构 H e 1s2 稀有气体中谁 最有可能发生 元素符号 化学反应？
金属晶格（Mg）
H2
金属型氢化物
由氢钻到金属晶体的晶格空隙中形成——独特键型。
特点：仍具有金属光泽，组成多不固定，通常是非计量比 的（如LaNiH4.7），温度升高氢原子可扩散出来。
镍氢电池充放电基本原理 MH + NiOOH
充电 放电
M + Ni(OH)2
M代表金属元素，通常是过渡金属
湖南城市学院化学与环境工程系