无机化学第五章 氢和稀有气体
无机化学课后练习题解答分解
无机化学课后练习题解答第二章物质的状态2．一敝口烧瓶在280K时所盛的气体，需加热到什么温度时，才能使其三分之一逸出?解：由题知要使三分之一的气体逸出瓶外，即体积为原来的1.5倍，而这一过程压力始终保持不变，故有：(P0V1)/T1= (PV2)/T2所以有 T2 = (T1V2)/V1= 280×1.5=420K答：略。
4．容器中有4.4 g CO2，14 g N2，12.8g O2，总压为2.026105Pa，求各组分的分压。
解：由题意知：CO2: n= 4.4/44 = 0.1molN2: n=14/28=0.5molO2: n=12.8/32=0.4mol有道尔顿分压定律：CO2: p=2.026×104PaN2: p=1.013×104PaO2: p=8.104×104Pa答：略。
8．在291K和总压为1.013×105Pa时，2.70 dm3含饱和水蒸汽的空气，通过CaCl2干燥管，完全吸水后，干燥空气为3.21 g，求291K时水的饱和蒸汽压。
解：3.21g空气在291K，2.7L的容积中其压力为： PV=Nrt所以 P空气=3.21×291×8.31/29×0.0027=99185PaP水蒸气=P总压- P空气=101300-99185=2.12×103Pa答：略第三章原子结构4．已知M2+离子3d轨道中有5个电子，试推出：（1）M原子的核外电子排布；（2）M原子的最外层和最高能级组中电子数；（3）M元素在周期表中的位置。
答：（1）Mn 1s22s22p63s23p63d54s2(2) 最外层2个电子,最高能级组中5个电子(3) 第四周期,第VIIIB族6．据原子结构的知识，写出第17号、23号、80号元素的基态原子的电子结构式。
答：17号元素Cl,其电子结构式为1s22s22p63s23p523号元素V, 其电子结构式为1s22s22p63s23p63d34s280号元素Hg, 其电子结构式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s29．列各组量子数哪些是不合理的，为什么？（1）n=2，l=1，m=0 （2）n=2，l=2，m=-1（3）n=3，l=0，m=0 （4）n=3，l=1，m=1（5）n=2，l=0，m=-1 （6）n=2，l=3，m=2答：(2)、（5）、（6）不合理10．列说法是否正确？不正确的应如何改正？a)s电子绕核运动，其轨道为一圆周，而电子是走 S形的；b)主量子数n为1时，有自旋相反的两条轨道；c)主量子数n为4时，其轨道总数为16，电子层电子最大容量为32；d)主量子数n为3时，有3s，3p，3d三条轨道。
(上册)课后武大无机化学习题答案
第二章物质的状态1.某气体在293K与9.97×104Pa时占有体积1.910-1dm3其质量为0.132g，试求这种气体的相对分子质量，它可能是何种气体?解4.一容器中有4.4 g CO2，14 g N2，12.8g O2，总压为2.026105Pa，求各组分的分压。
解9.有一高压气瓶，容积为30 dm3，能承受2.6×107Pa，问在293K时可装入多少千克O2而不致发生危险？解第五章氢和稀有气体3.写出工业制氢的三个主要化学方程式和实验室中制备氢气最简便的方法？答14.完成并配平下列反应方程式：（1）XeF4 + ClO-3→（2）XeF4 + Xe →（3）Na4XeO6 + MnSO4 + H2SO4→（4）XeF4 + H2O →（5）XeO3 + Ba(OH)2→（6）XeF6 + SiO2→答①XeF4 +2 ClO-3+2 H2O=Xe + 2ClO-4+ 4HF③5Na4XeO6 + 2MnSO4 +7 H2SO4 =5XeO3 +2 NaMnO4 + 7 H2O + 9Na2SO4⑤2XeO3 +2 Ba(OH)2 = Ba2XeO6 + Xe + O2 + 2H2O第六章化学热力学初步2. 计算体系的热力学能变化，已知：（1）体系吸热1000J，对环境做540J的功；（2）体系吸热250J，环境对体系做635J的功；解3. 在298K 和100kPa 恒压下，21mol 的OF 2同水反应，放出161.5kJ 热量，求 反应OF 2(g) + H 2O(g) → O 2(g) + 2HF(g)的△rH θm 和△rU θm 。
解12. 已知下列键能数据键 N ≡N N —F N —Cl F —F Cl —Cl 键能/ kJ ·mol1- 942 272 201 155 243试由键能数据求出标准生成热来说明NF 3在室温下较稳定而NCl 3却易爆炸。
氢 稀有气体
用途
燃
料
燃烧值/kJ· -1 kg
氢 气（H2）
戊硼烷（B5H9） 戊 烷（C5H12）
120918
64183 43367
2、氢化物
（1）氢化物的合成
合成二元氢化物的三种常用方法是： 元素直接化合：2E + H2(g) → 2 EH 例如，2Li(l) + H2(g) → 2LiH(s) BrØnsted 碱的加合质子：E- + H2O(ag) → EH + OH例如，Li3N(s) + 3 H2O(l) → 3Li(OH) (aq) + NH3(g) 卤化物或拟卤化物与氢化物之间的复分解： E’H + EX → E’X + EH 例如，LiAlH4 + SiCl4 → LiAlCl4 + SiH4
(kJ•mol–1)
H2O和D2O之间沸点的差异反映了O· · —O 氢 ·H 键不如 O··· D—O氢键强。相同化学环境下键焓高于 键焓的现象在很大程度上是由零点能（指量子在绝对 温度的零点下仍会保持震动的能量 ）的差别引起的。 零点能低时键焓相对比较高，零点能高时键焓相对比 较低。氢同位素造成的性质差别大得足以找到某些实 际应用。例如，由于D2O中D–O键的键焓相对比较高 ，电解速率应当低，其结果是在电解水而得到的残液 中得以富集。 利用重水与水的差别，富集重水，再以任一种从 水中制 H2 的方法从 D2O 中获得 D。 慢中子轰击锂产生T：
【思考】潜在储氢材料——化合物 A 是第二周期两种氢化物形成 的路易斯酸碱对，是乙烷的等电子体，相对分子质量30.87，常温 下为白色晶体，稳定而无毒。刚刚融化的 A 缓慢释放氢气，转变 为化合物B（乙烯的等电子体）。B 不稳定，易聚合成聚合物 C （聚乙烯的等电子体）。C 在155oC释放氢气转变为聚乙炔的等电 子体，其中聚合度为3的化合物 D 是苯的等电子体。高于500oC时 D 释放氢气，转变为化合物 E，E 有多种晶型。 （1）写出 A、B、C、D、E 的化学式。
第五章 氢和稀有气体
第五章氢和稀有气体§5—1 氢1—1氢在自然界中的分布氢是宇宙中最丰富的元素，除大气中含有少量自由态的氢以外，绝大部分的氢都是以化合物的形式存在。
氢在地球的地壳外层的三界(大气、水和岩石)里以原子百分比计占17％，仅次于氧而居第二位。
氢是太阳大气的主要组成部分，以原子百分比计，它占81．75％。
近年来，人们发现木星大气中也含有82％的氢。
可以说，在整个宇宙空间到处都有氢的出现。
氢有三种同位素：11H(氕、符号H)，12H(氘、符号D)和13H(氚，符号T)。
它们的质量数分别为1，2，3。
自然界中普通氢内：H的丰度最大，原子百分比占99．98％，12H具有可变的天然丰度，平均原子百分比为0．016％。
13H是一种不稳定的放射性同位素：3H→23He+β半衰期t1/2=12．4年1在大气上层，宇宙射线裂变产物中每1021个H原子中仅有一个13H原子。
然而人造同位素增加了13H的量，利用来自裂变反应器内的中子与Li靶作用可制得13H：1n + 36Li →13H +24He氢的同位素因核外均含1个电子，所以它们的化学性质基本相同，由于它们质量相差较大，色散力大小不一样，导致了它们的单质和化合物在物理性质上的差异(见表5—1)。
l一2氢的成键特征氢原子的价电子层构型为1s1，电负性为2.2。
因此，当氢同其它元素的原子化合时，其成键特征如下：(1)形成离子键当它与电负性很小的活泼金属(Na，K，Ca等)形成氢化物时，它将获得一个电子形成H-离子。
这个离子因有较大的半径(208pm)，仅存在于离子型氢化物的晶体中。
(2)形成共价键(a)形成一个非极性的共价单键，如H2分子。
(b)当氢原子同非金属元素的原子化合时，形成极性共价键，键的极性随非金属元素原子的电负性增大而增强。
(3)独特的键型(a)氢原子可以间充到许多过渡金属晶格的空隙中，形成一类非整比化合物，一般称之为金属氢化物，例如ZrH1.30瑚和LaH2.87等。
氢和稀有气体
金属型氢化物
(1) 大部分是用单质直接化合的方法制备。 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。 都有金属的电传导性和显有其他金属性质如磁性。 (3) 金属 Pt不能形成氢化物，但对加氢反应具有催化作用。 不能形成氢化物， 不能形成氢化物 但对加氢反应具有催化作用。
存在形式
●
缺电子氢化物， 缺电子氢化物，中心原子 未满８电子构型。 未满８电子构型。
B2H6
●
满电子氢化物，中心原子 满电子氢化物， 价电子全部参与成键。 价电子全部参与成键。
CH4
●
富电子氢化物， 富电子氢化物，中心原子 成键后有剩余未成键的孤 电子对. 电子对
NH3
金属型氢化物
CuH，ZnH2 ，
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) + 3 H2O(l) 2 XeF6(s) + 3 SiO2 (s) XeO3(aq) + 6 HF(g) 2 XeO3(s) + 3 SiF4(g)
− 氧阴离子 H 氧化的过程中缓慢分解生 XeO4在歧化并使 H2O氧化的过程中缓慢分解生
易爆炸，碱性水溶液中Xe（ 吸能化合物 XeO3 易爆炸，碱性水溶液中 （Ⅵ）的
成高氙酸根离子 XeO4− Xe: : 6和 XeO3 +
pH﹥10 ﹥ OH-
− +OHH XeO4
XeO4−+ Xe + O2 + H2O 6
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 直线型) 直线型
氢的制备（每年估计达 氢的制备（每年估计达500×109m3 ） ×
《无机化学》课件 第5章
pz
+
z
+
原子轨道对称性被破坏的重叠
pz
——
＋
z
z pz
＋
——
p
s
+
+
+
这种方向上不能形成共价键。
5. 1. 3 共价键的键型
成键两个原子的核间连线称为 键轴。
按成键轨道与键轴之间的关系， 共价键的键型主要分为两种。
1. 键 键 将成键轨道绕键轴旋转 任意角度，图形及符号均保持不变。
即 键的键轴是成键轨道的任 意多重轴。
但对于多原子分子，则要注意 键能与解离能的区别与联系。
我们以 NH3 为例来说明这个问 题。
NH3（g）= H（g）+ NH2（g） D1 = 435 kJ•mol－1
NH2（g）= H（g）+ NH（g） D2 = 377 kJ•mol－1
NH （g） = H（g）+ N（g） D3 = 314 kJ•mol－1
破坏 H2 的化学键，使之成两 个 H 原子要吸收能量，这个能量 与 H2 分子中化学键的键能有关。
H2 中两个 H 原子之间的特定 距离与 H2 中化学键的键长有关。
从电子云的观点考虑，可认为 H 的 1s 电子云在两核间重叠。
电子在两核间出现的概率大， 形成负电区。
两核吸引核间负电区，使 两个 H 原子结合在一起。
分子 构型
4
2
2
BB A
正四面体 V字形
电子 配体数 孤电子 电子对
对数
对数
构型
（m） （n） （m － n）
分子 构型
6
5
B
1
BA B
B
无机化学课件：氢和稀有气体
Fe(Ⅱ ),Fe(Ⅲ) 电解质溶液
硒镍 化 镉 半 导 体箔
H2(g)
海水
原理：当可见光照射在半导体膜上时，电子被激
发进入导带而留下空穴(低能级的电子空间)。在导带中 电子移动到金属薄膜与海水之间表面上，水即被还原产 生H2。同时，空穴迁移到半导体与电解质间的表面，来 自Fe2+的电子填充空穴。
* 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”.
2. 同位素效应
一般情况下不同的同位素形成的同型分子表现为
极为相似的物理和化学性质。然而，质量相对差特大
的氢同位素却表现不同：
标准沸点/℃
H2 –252.8
平均键焓/(kJ•mol–1) 436.0
D2
H2O
–249.7 100.00
1. 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 氕*(音撇) 氘 (音刀) 氚(音川)
英文名称 protium deuterium tritium
表示方法 1H 2H 3H
符号 H D T
说明 稳定同位素 稳定同位素 放射性同位素
CH4 + 2 O2
CO2 + 2 H2O,
ΔH
θ m
=
–
803.3
kJ•mol–1
这样靠“内部燃烧”放热，供焦炭或天然气与水作
用所需热量，无须从外部供给热量。
● 热化学循环法制 H2
2H2O(l) SO2 I2(s) 298K H2SO4 (aq) 2HI(aq)
H2SO4
(g)
1073K H2O(g)
无机化学 武汉第三版 5 氢和稀有气体
Light work with water, NATHAN S. LEWIS Nature 414, 589 - 590 (December 6, 2001) Direct splitting of water under visible light irradiation with an oxide semiconductor photocatalyst, ZHIGANG ZOU, JINHUA YE, KAZUHIRO SAYAMA & HIRONORI ARAKAWA Nature 414, 625 - 627 (December 6, 2001) The semiconducting material (blue) and metal (green) electrode are immersed in water. Under light irradiation, photoexcited electrons reduce water to give H2, whereas the electron vacancies oxidize water to O2. Zou et al. have 无 doped an indium–tantalum机 oxide with nickel, and find that 化 this material absorbs light in 学 电 the visible spectrum, an 子 advance over previous 教(6) 2H O(l) → 2H (g) + O (g) (光解 光解?) photocatalysts. 光解 2 2 2 案
无 机 化 学 电 子 教 案
在电解法中，常常采用质量分数为 在电解法中，常常采用质量分数为25%的NaOH或 的 或 KOH溶液作为电解液。电极反应为： 溶液作为电解液。 溶液作为电解液 电极反应为： 阴极 阳极 2H2O + 2e - → H2 ↑ + 2OH4OH- → O2 ↑ + 2H2O + 4e-
无机化学第五章氢和稀有气体
些领域的应用前景值得期待。例如，利用稀有气体化合物进行化学合成、
制备新材料等。
04
氢和稀有气体的关系与比较
原子结构与电子排布
原子结构
氢和稀有气体原子的原子核都只有一个质子，但它们的电子 排布不同。氢原子只有一个电子，而稀有气体原子的电子排 布遵循一定的规律，最外层电子数均为8个。
电子排布
氢原子的电子排布为1s1，而稀有气体原子的电子排布遵循洪特 规则和泡利原理，最外层电子数为8个。
化学键合与分子结构
化学键合
氢原子可以与其他元素形成共价键， 形成氢化物。而稀有气体原子因其最 外层电子数为8个，不易与其他元素 形成化学键，表现出惰性。
分子结构
氢化物分子中，氢原子通常与非金属 元素形成共价键，形成分子。而稀有 气体元素通常以单原子分子形式存在 。
物理和化学性质的比较
物理性质
氢气是一种无色、无味的气体，密度较小，易燃易爆。稀有气体元素通常以单 原子分子形式存在，在常温常压下为气态，不易与其他物质发生反应。
稀有气体在高科技领域的应用
随着科技的发展，稀有气体在电子、光学、医疗等领域的应用将更加广泛，需要深入研究 其特性和应用技术。
跨学科合作与交流
无机化学的发展需要与其他学科进行合作与交流，共同推动氢和稀有气体领域的发展。
THANKS
感谢观看
氢可以与碳结合形成大量的有机化 合物，如烷烃、烯烃、炔烃等。
03
稀有气体的概述
稀有气体的物理性质
稀有气体单质的颜色
稀有气体单质在常温常压下均为气体，且在可见光区不吸收光， 因此呈现为无色。
稀有气体单质的熔沸点
由于稀有气体原子间的作用力很弱，因此它们的熔点和沸点都很低， 常温下常见氧化态为+1，但 在某些条件下也可以表现 出-1的氧化态。
无机化学：第5章 氢和稀有气体
如：PdHx(x＜1),CrH2 ,VH0.56
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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。
M(S)+
X 2
H2(g)
吸氢 放氢
MHx(s)
U(s)+
3 2
H2(g)
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2.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。
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五、稀有气体化合物的结构
1.杂化轨道法 Xe:ns2np6→ ns2np6-xndx XeF2 ,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。
Xe(g)+nF2(g)→XeF2 、XeF4 、XeF6（镍容器） 性质：强氧化性：XeF2+H2 →Xe+HF
XeF4+Pt→Xe+PtF4 水解：XeF2+H2O →Xe+1/2O2 +2HF
XeF6+3H2O →XeO3+6HF 作氟化剂：XeF4+2SF4 →2SF6+Xe
2XeF6+SiO2 →2XeOF4+SiF4 不能用玻璃容器或石英容器盛氟化氙。
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2.价层电子对互斥理论
价层电子对及构型 分子构型
XeF2 XeF4 XeF6
5 三角双锥 直线
6 八面体 平面正方形
7-
5 氢和稀有气体
XeF2 + H2O = Xe +1/2O2 + 2HF 6XeF4 + 12H2O =2XeO3 +4Xe +24HF +3O2
XeF6 + H2O = XeOF4 + 2HF
XeF6 + 3H2O = XeO3 + 6HF
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（2）含氧化合物
XeOF4 XeOF6
XeF4(或XeFቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ)
XeF2(g) 673K,1.03×105pa
Xe (g) + F2(g) XeF4(g) XeF6(g) 873K,6.18×105pa 573K,6.18×106pa
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退出
XeF2 + 2IXeF4 + 2H2 XeF4 + 4Hg
= = =
Xe Xe Xe
+ + +
I2
+2F-
4HF 2Hg2F2
H2O
XeO3
O3 OH-
XeO6
4-
C，HSO4
XeO4
OHHXeO4-
OH-
H+
上页 下页
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5.2.5 稀有气体化合物的结构
1、杂化轨道法
ns2np6,不易得失电子，也不易形成共价键。与电负性大的原子作
用时，使np轨道中的电子激发到nd上去，从而出现单电子，这些单电 子与其它原子形成共价键
2、价电子对互斥理论
5.1.4 氢的制备 5.1.5 氢化物
5.1.6 氢能源
上页 下页 退出
5.1.1 氢在自然接中的分布
三种同位素：
1H 1 1 2H
武汉大学、吉林大学《无机化学》(第3版)(上册)章节题库-氢和稀有气体(圣才出品)
第5章氢和稀有气体一、填空题1．人们将氢化物分为______氢化物，______氢化物和______氢化物三种类型。
【答案】离子型，分子型，金属型。
2．拉姆齐和雷利在1894年从空气中第一次分离出的稀有气体是______；l962年巴特利特第一次合成出来的稀有气体化合物是______，该化合物是模仿______合成出来的。
【答案】Ar（或氩）；3．用Xe和F2直接反应合成出的化合物有______、______和______。
【答案】三、完成方程式并配平1．氙的化合物与水反应。
答：2．氢化物LiH与下列化合物反应。
答：3．完成下列氟化物与水反应的方程式。
答：4．完成并配平下列反应方程式。
答：四、问答题1．举例说明氢气都有哪些重要的化学性质。
答：氢气的化学性质主要有以下几种：（1）与活泼金属在加热条件下反应，生成离子型氢化物。
（2）与非金属元素形成分子型氢化物。
H2与氧化能力强的F2在低温下即可剧烈反应。
存光照或引燃的条件下，H2与Cl2和O2等反应。
H2是合成氨的重要原料，与N2在高温、加压和催化剂存在的条件下反应。
（3）在加压条件下与过渡金属形成金属型氢化物。
（4）在高温条件下，H2作为反应的还原剂。
（5）利用H2在有机合成中进行加氢反应，在催化剂作用下合成特定的化合物。
2．氢作为能源，其优点是什么？目前开发中的困难是什么？答：氢作为能源其优点如下：（1）原料来源于地球上储量丰富的水，因而资源不受限制；（2）氢气燃烧时放出的热量很大；（3）作为燃料的最大优点是燃烧后的产物为水，不会污染环境；（4）有可能实现能量的储存，也有可能实现经济高效的输送。
发展氢能源需要解决三个方面的问题：氢气的发生，氢气的储备和氢气的利用。
3．由氙的元素电势图计算的值。
答：酸性溶液中氙的元素电势图为说明H4XeO4具有很强的氧化性。
4．为什么XeOF4不能用玻璃容器储存？并指出应该用什么容器储存？答：XeOF4会与SiO2发生如下反应：可用镍容器（因氟与镍反应生成致密的保护膜）和某些塑料容器（如聚四氟乙烯）。
第五章氢和稀有气体
0
9
0 氢在周期表中的位置，不管放在哪里，都有
道理，但也不充分，所以是值得研究的问题。 的确，氢在所有元素中是特殊的，无论从原
子结构看，还是由性质看，都是如此。
10
四、氢能源
氢作为新能源其特点有： 1.质量轻(所有元素最轻的)； 2.热值高(汽油的3倍); 3.“爆发力”强(燃烧速度快)； 4.来源广(海水含氢量大)； 5.品质纯(燃烧前后无污染)； 6.能量形式多； 7.储运便捷。
1.2×10-4 2.9×10-4
6.2 14.6
பைடு நூலகம்
N2O 1.0×10-4
1.5×10-4
7.7
H2
0.5×10-4
0.03×10-4
0.2
Xe 0.08×10-4
0.36×10-4
1.8
O3 0.01×10-4
0.36×10-4
3.1
25
2.性质
稀有气体都是单原子气体分子，无色、无味、无 嗅。
P225表5-3给出了稀有气体的性质
1H ： 3H=1017-18 ：1 氢分子有：H2（正氢：两核自旋方向相同，75%；
仲氢，25%）
D2 ，HD，TD， T2，HT H2是无色、无味、无嗅的气体，熔点14.0K，
沸点20.4K
5
二、氢的化学性质和氢化物 （一）氢的化学性质 1.失去价电子，H+，气态离子束中有H+，
一般与原子 或分子结合存在； 2.获得电子,H -,只存在于电正性大的盐型
1:5 混合
+Xe 2XeF2
6atm,623K XeF4 +2SF4 2 SF6 +Xe
安徽化学竞赛无机氢和稀有气体PPTPPTppt文档
• 它还能把某些金属氧化物或氯化物迅速 还原成金属 CuCl2+2H → Cu+2HCl
• 它甚至还能还原某些含氧酸盐 BaSO4+8H → BaS+4H2O
思考：氢的制备方法？
4、氢化物
• 定义: 氢与其它元素形成的二元化合物 叫做氢化物。
• 分类: 依据元素电负性的不同，氢化物 可以分为三大类 (1)离子型或类盐型氢化物 (2)共价型或分子型氢化物 (3)金属型或过渡型氢化物
化物为金属 (4) 加氢反应
• 氢分子虽然很稳定，但在高温下，在电 弧中，或进行低压放电，或在紫外线的 照射下，氢分子能发生离解作用，得到 原子氢
• 把原子氢气流通向金属表面，原子氢结 成分子氢的反应热可以产生高达4273K 高温，这就是常说的原子氢焰。
3.原子氢性质
原子氢是一种比分子氢更强的还原剂 • 它可以同锗、锡、砷、硫、锑等直接作
• 分子氢在地球上的丰度很小，但化合态 氢的丰度却很大，仅次于氧而居第二位。
二、氢的化学性质和氢化物
1、氢的成键特征 氢原子的价电子层结构为 1s1,电负性为2.1
离子键
• H失去1个电子形成H+,如酸类水溶液中 的H+
• 当H与电负性很小的活泼金属,如Na, K, Ca等形成氢化物时,H获得1个电子形成 H-。这个离子因具有较大的半径208 pm，仅存于离子型氢化物的晶体中
我国矿产资源十分丰富 发现矿产140多种（世界总共有160多种）
其中储量占世界首位的有钨、稀土、锌、锂、钒 等，其中钨的储量为其他各国已知量总和的三倍 多。锑占世界储量的44%，名列前茅的还有： Cu、Sn、Pb、Fe、Hg、Mn、Ni、Ti、Nb、Mo
无机化学课件氢和稀有气体
(2) 都有金属的电传导性和显有其他金属性质
(3) 过渡金属吸氢后往往发生晶格膨胀，产物 的密度比母体金属的大
b.物理性质: (4) 成键理论 ➢氢以原子状态存在于金属晶格中 ➢以H+存在于氢化物中,氢将电子供入化合物的导 带中。 ➢氢以H-形式存在，每个氢原子从导带取得1个电 子。
➢ 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： 2 H- →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。
b. 化学性质
氢化物
还原性强
E (H2/H ) 2.23V
2 LiH TiO2 Ti 2 LiOH 4 NaH TiCl4 Ti 4 NaCl 2 H2
(2~3) × 105Pa
LaNi5 + 3 H2 微热 LaNi5H6,
含H2量大于同体积液氢
18. 2 稀有气体
稀有气体包括氦、氖、氩、氪、 氙、氡6种元素，
基态的价电子构型除氦的 ns2 以为， 其余均为 ns2np6 。
历史的回顾：1894~1900年间被陆续发现 1．1962年前，确信它们的性质不活泼，叫它们
氢气的制备
CH4 + H2O cat,T,p CO + 3H2 ↑
C3H8 +3 H2O cat,T,p 3CO + 3H2 ↑
（d）甲烷催化分解或水蒸气转化：
CH4 cat,~1273K C + 2H2 ↑
元素的心得
化学元素的心得总结化学《4》张强强201273010459本学期无机化学主要讲解了元素的有关知识和内容，元素周期表中包含了114 种天然元素和人工合成元素，我们主要学习了天然元素和少部分人工合成元素。
元素又分为非金属和金属。
在这本书我们又从这两方面了解了元素的一些简单性质。
在元素的学习中有一点点学习的心得和知识和大家分享。
主族元素（一）氢和稀有气体在氢和稀有气体的学习中，了解了氢的物理性质和化学性质，也明白了氢的重要性，它是一切元素之源，也是宇宙中最丰富的元素。
氢有三种同位素为氕氘氚，但不影响氢的化学性质。
因为只有一个电子，所以即能得又能失。
得电子形成离子型氢化物，失电子又形成共价化合物，当结合物电负性极大时又会产生氢键。
H2 在常温不太活泼，但却能与氟在暗处结合。
我们也可以用H2 还原PdCl2 来检验H2 的灵敏性。
稀有气体只有五个元素，但其知识我们不能放过。
稀有气体有名惰性气体，其性质稳定，很难参与反应。
而且他们的电子构型ns2np6,更是无色无味无嗅的单原子气体。
稀有气体电离能，熔沸点，溶解度，气体密度有如下变化规律。
He Ne Ar Kr Xe Rn第一电离能大小mp. bp. 小大水中溶解度小大气体密度小大主族元素（2）碱金属和碱土金属元素IA 族：包括锂、钠、钾、铷、铯和钫六种元素，它们的氧化物溶于水都呈现出强碱性，所以称为碱金属。
IIA 族：铍、镁、钙、锶、钡和镭六种元素，钙、锶、钡的氧化物在性质上介于“碱性”和“土性”之间，故称它们为碱土金属。
1 碱金属和碱土金属的通性碱金属和碱土金属的价电子构型n s1、n s2,发生化学反应时很容易失去外层电子，它们都是典型的活泼金属元素。
（1）碱金属最外层只有1个价电子，在化合物中以+I 氧化态为特征，主要形成离子型化合物。
（2）随着原子序数的递增，这两族元素都是随着原子序数的增加，第一电离能和电负性依次减小，金属性依次增强，呈现有规律的变化。
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(2)形成共价键: 形成共价键:
a.形成非极性共价键: 单质,表现0氧化态. a.形成非极性共价键: 如 H2 单质,表现0氧化态. 形成非极性共价键 b.形成极性共价键: 与非金属的元素的原子化合 化合: b.形成极性共价键: 与非金属的元素的原子化合 形成极性共价键 O,等 氧化态. HCl,HBr,H2O,等,表现为 +1 氧化态. (3)独特的键型 a.氢原子可以填充到许多过渡金属晶格的空隙中 氢原子可以填充到许多过渡金属晶格的空隙中, a.氢原子可以填充到许多过渡金属晶格的空隙中, 形成一类非整比化合物,一般称之为金属氢化物. 形成一类非整比化合物,一般称之为金属氢化物. 例: ZrH1.75 和 LaH2.78 b.在硼氢化合物( b.在硼氢化合物(如B2H6) 在硼氢化合物 和某些过渡金属配合 物中均以氢桥键存在. 物中均以氢桥键存在.
1 2(2a*) + H2O H2 + O2 + 2(2a) → 2
2a 既是电子给予体,又是电子接受体,在光能的激发下,可以向水分 既是电子给予体,又是电子接受体,在光能的激发下, 子转移电子, 放出. 子转移电子,使 H+ 变为 H2 放出. 最近,日本有人把太阳能电池板与水电解槽连接在一起, 最近,日本有人把太阳能电池板与水电解槽连接在一起,电解部分的材 料在产生氢气一侧使用钼氧化钴,产生氧气一侧则使用镍氧化钴.使用 平 料在产生氢气一侧使用钼氧化钴,产生氧气一侧则使用镍氧化钴.使用1平 方米太阳能电池板和100毫升电解溶液,每小时可制作氢气 20 升,纯度为 毫升电解溶液, 方米太阳能电池板和 毫升电解溶液 99.9%. .
氢键:在含有强极性键的共价氢化物中( 氢键:在含有强极性键的共价氢化物中(例H2O, , HF,HCl,NH3中)由于氢原子与一个电负性 , , 很强的原子相结合, 很强的原子相结合,共用电子对强烈偏向电负 性强的原子使氢变成近乎裸露的H 性强的原子使氢变成近乎裸露的 +,可以与另 一个电负性高,有孤对电子的原子形成氢键. 一个电负性高,有孤对电子的原子形成氢键. 1-3 氢的性质和用途 (1)单质氢 单质氢 a.物理性质 物理性质 H—H:共价键长为 74pm,无色无臭气体. ,无色无臭气体. 273K时,1dm3 水溶解 0.02 dm3 的 H2.分子量 时 最小.分子间作用力弱,所以难液化, 时才 最小.分子间作用力弱,所以难液化,20K时才 液化.密度最小, 故常用来填充气球. 液化.密度最小, 故常用来填充气球.
b. 化学性质 化学性质
还原性强
氢化钙剧烈水解 氢化钙剧烈水解
E 2 /H ) = 2.23V (H
2 LiH + TiO2 Ti + 2 LiOH → 4 NaH + TiCl 4 Ti + 4 NaCl + 2 H2 →
14 1 N+ 0 n→12 C + 3 H 7 6 1
利用重水与水的差别,富集重水,再以任一种从水 利用重水与水的差别,富集重水, 中制 H2 的方法从 D2O 中获得 D. . 慢中子轰击锂产生
3 1
H
6 1 Li + 0 n 3
→ 3 H + 4 He 1 2
我国首座重水堆核电站— 我国首座重水堆核电站— 秦山核电站用上国产核燃料
(3)甲烷催化分解或水蒸气转化: )甲烷催化分解或水蒸气转化: 1273 K CH4 cat , ~→ C + 2H2 ↑
1073~1173 K CH4 + H2O caT ., → CO + 3H2
(4)烷烃脱 2: )烷烃脱H C2H6(g) CH2=CH2 + H2(直接合成氨 直接合成氨) ) 加热 →
2. 氢的同位素 (Isotopes of hydrogen )
中文名 音撇) 氕*(音撇 音撇 音刀) 氘 (音刀 音刀 音川) 氚(音川 音川 英文名称 protium deuterium tritium 表示方法
1H 2H 3H
符号 H D T
说明 稳定同位素 稳定同位素 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 氕这个名称只在个别情况下使用,通常直接叫氢; 又叫"重氢" 又叫"重氢".
丰度最大,原子百分比: 氕 H: 丰度最大,原子百分比: 99.98% 丰度可变.平均原子百分比: 氘 D: 丰度可变.平均原子百分比: 0.016% 放射性同位素.在大气层, 氚 T: 放射性同位素.在大气层,宇宙射线裂变 21个氢原子中只含有一个 3 H 产物中10 产物中10 1
3. 制备
是丰度最大的氢同位素, 氕(11H)是丰度最大的氢同位素 占99.9844%;同位 是丰度最大的氢同位素 ; 叫氘, 存在于高层大气中, 素21H叫氘 占0.0156%.氚(31H)存在于高层大气中,它 叫氘 . 存在于高层大气中 是来自外层空间的中子轰击N原子产生的 原子产生的: 是来自外层空间的中子轰击 原子产生的:
易形成爆炸混合物: 易形成爆炸混合物:
H2 :O2
体积比) = 2 :1(体积比)
含量: 氢气—空气混合物) 或 H2 含量:6～67% (氢气—空气混合物) (3)与金属氧化物,卤化物反应(制备高纯金属) 与金属氧化物,卤化物反应(制备高纯金属) 加热) CuO + H2 → H2O + Cu (加热) 加热) Fe3O4 + 4H2 → 4H2O + 3Fe (加热) 加热) WO3 + 3H2 → 3H2O + W (加热) 加热) TiCl4 + 2H2 → 4HCl + Ti (加热)
我国已建成大型制氢设备equipment来自大容量电解槽体H2
氢气储罐群
大型制氢站
氢气纯化装置
氢化物: 1-5 氢化物: 氢与其它元素形成的二元化合物叫氢化物. 氢与其它元素形成的二元化合物叫氢化物. 周期表中除稀有气体外, 周期表中除稀有气体外,其它大多数元素均可 与氢直接或间接形成氢化物.根据元素电负性不同, 与氢直接或间接形成氢化物.根据元素电负性不同, 氢化物分三种类型: 氢化物分三种类型: 离子型氢化物( (1)离子型氢化物(Saline hydrides) ) ⅠA,ⅡA( Be)生成的氢化物, H2 与ⅠA,ⅡA(除Be)生成的氢化物,氢的氧化 态为负1. 态为负 .
(4)与CO,不饱和烃反应: ) ,不饱和烃反应:
cat ,T , P →CH3CH3 CH2=CH2 + H2
5)与活泼金属反应:(制离子型氢化物方法) :(制离子型氢化物方法 (5)与活泼金属反应:(制离子型氢化物方法) 高温下 :2Na + H2
CuZnO → CH3OH CO + 2H2
653K → 2NaH
573 Ca + H2 423 ~ K → Ca H2
结论: 的化学性质以还原性为主要特征. 结论:H2 的化学性质以还原性为主要特征.
氢的制备: 1-4 氢的制备: 实验室制法: 1. 实验室制法: (1) Zn + 2HCl
→ ZnCl2
+
H2
电解液: (2)电解法:25% 的 KOH 或 NaOH 电解液: 电解法: 阴极: 阴极:2H2O + 2e → H2↑ + 2OH阳极: 阳极:4OH— - 4e → O2↑ + 2H2O 2.工业制备法 工业制备法: 2.工业制备法: (1)氯碱工业制H2:电解饱和食盐水: 氯碱工业制H 电解饱和食盐水: 氯碱工业制 阴极: 阴极: 2H2O + 2e → H2↑+ 2OH阳极: 阳极: 2Cl- - 2e → Cl2↑ (2) C 还原水蒸气: 还原水蒸气: 赤热) C(赤热) + H2O(g) → H2↑ + CO 水煤气)直接做工业燃料, (水煤气)直接做工业燃料,民用管道煤气.
为了制氢,必须分离出CO. 为了制氢,必须分离出CO.可将水煤气连同水蒸 CO 气一起通过红热的氧化铁催化剂, 气一起通过红热的氧化铁催化剂,CO 变成 CO2 ,然 Pa(20atm) 后在 2×106Pa(20atm)下,用水洗涤 CO2 和 H2 的 混合气体,使 CO2 溶于水而分离出 H2 . 混合气体,
b.化学性质 化学性质: 化学性质 H—H D=436KJ/mol 比一般单键高,接近双键 比一般单键高, 离解能.所以常温下惰性, 离解能.所以常温下惰性,但特殊条件下反应能迅 速进行. 速进行. (1)与卤素反应: )与卤素反应: 低温,暗处,爆炸,激烈) H2 + F2 → 2HF (低温,暗处,爆炸,激烈) 光照,点燃,才能反应) H2 + Cl2 → 2HCl (光照,点燃,才能反应) 光照,点燃,才能反应) H2 + Br2 → 2HB (光照,点燃,才能反应) (高温反应,且可逆) 高温反应, H2 + I2 ≈ 2HI 高温反应 且可逆) (2)与氧反应: )与氧反应: 2H2 + O2 →2H2O 温度可达3273K 3273K, H2 在 O2 中安全燃烧生成 H2O,温度可达3273K,可 焊金属. 切,焊金属.
3.野外生氢 3.野外生氢 H2: Si + 2NaOH(aq)+ H2O → 2H2↑ + Na2SiO3 aq)
Ca(OH) Si(s) +2NaOH(s)+ Ca(OH)2(s) → 2H2 ↑ + Na2SiO3 + Ca
加热
4.配合催化太阳能分解水 4.配合催化太阳能分解水
联吡啶) 三(2,2'—联吡啶 合钌 Ⅱ)(2a) 联吡啶 合钌(Ⅱ 光能 2a*(已活化 已活化) 已活化
:
三种同位素,核外均有1个电子,所以化学性质相似, 三种同位素,核外均有1个电子,所以化学性质相似, 但质量1,2,3相差较大,所以导致了它们的单质, 1,2,3相差较大 但质量1,2,3相差较大,所以导致了它们的单质,化合物 物理性质上的差异. H2 b.p : 20.2 D2 b.p : 23.3 1-2 氢的成键特征 电负性为x=2.2, x=2.2,所以 由于氢的电子结构为 1s1 电负性为x=2.2,所以 它与其他元素的原子化合时,有以下几种成键情况: 它与其他元素的原子化合时,有以下几种成键情况: 形成离子键: (1)形成离子键: 如 KH ,NaH ,CaH2 等.在离子型 氢化物中氢的氧化态为负1. 氢化物中氢的氧化态为负 .