无机化学课件稀有气体

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• 2、形成共价键: – 1)形成非极性共价键,如H2分子。 – 2)形成极性共价键,一般是与非金属 原子形成的化合物,例如HF分子。
3、独特的键型
• 1)金属氢化物: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 Ta称H0之.76为和金VH属0.氢56等化。物,例如ZrH1.30、LaH2.87、
13.2.1 稀有气体的发现
• 稀有气体: He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn • 价电子构型:除了氦为1s2外,其余均为
ns2np6 • “第三位小数的胜利” :Ar的发现
– 空气分馏氮:1.2572 g•L-1 – 化学法制备氮:1.2505g•L-1Ar
• 拉姆赛(Willimas Ramsay),英国化学家, 稀有气体元素的主要发现者。1852年10月生 于格拉斯歌市,1866年进入格拉斯歌大学文 学系学习文学,17岁时曾担任过分析化学助 手,从此对化学产生浓厚兴趣,1870年留学 德国,1872年,获得博士学位,当时年几仅 19岁。1880年28岁的拉姆赛被聘为伦敦大学 教授. 拉姆赛不仅是一位科学家,而且还是 一位语言文学家。他既精通英语,也能纯熟 地用德语演讲,他既可用法语侃侃而谈,也 可用意大利语交往。拉姆赛于1912年退休, 但仍然在家中进行科学研究,直到1916年7月 23 日在英国的白金汉郡病逝,享年64岁。
13.1.6 氢原子的成键特征
• 氢原子的价电子层结构型为1s1,电负性 为2.2。
• 当氢同其他元素的原子化合时,有如下 几种成键特征: – 1、形成离子键 – 2、形成共价键 – 3、独特的键型
成键特征
• 1、形成离子键:当它与电负性很小的活 泼金属反应生成氢化物时,氢从金属原子 上获得一个电子形成H-离子,例如KH, NaH等。
• 物理性质: He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn
• 第一电离能 由大到小 • mp. bp.由小到大 • 水中溶解度由小到大 • 气体密度由小到大
• 化学性质:
很难与其他元素发生化学反应,以 至于长期以来被称为“惰性元素”。
• 1962年,29岁的英国化学家巴特利特 (N.Bartlett)在研究铂的氟化合物时,曾将 OO22分+[P子tF同6]-六。氟化铂反应而生成一种新的化合物
13.1.2氢的存在
• 氢是宇宙中最丰富的元素,绝大多数 的氢都是以化合物的形式存在。
• 氢在地壳外层的大气、水和岩石里 以原子百分比占17%,仅次于氧而居 第二位 。
• 氢有三种同位素(氕、符号H),( 氘、符号D)和(氚,符号T)。
同位素的性质
• 因为氢的同位素核外均含有1个 电子,所以它们的化学性质基本 相同,但由于它们的质量相差较 大,导致了它们的单质和化合物 在物理性质上出现差异。
LaNi5 + 3H2 →LaNi5H6 • 储氢合金是指在一定温度和氢气压力下,能可
逆地大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合 物。因其储氢量大、无污染、安全可靠,且制 备技术和工艺相对成熟,是目前应用最为广泛 的储氢材料。
• 储氢合金主要分为:镁系(A2B型)、稀土系 (AB5型)、钛系(AB型)和锆系(AB2型)4大系列。
电解法:阴极: 2H2O + 2e =H2↑ + 2OH阳极: 4OH- - 4e ==O2↑ + 2H2O
• 2. 工业制备:
– 天然气裂解法:CH4 → C + 2H2
– 催化剂水煤气法:C + H2O → CO↑ + H2↑
– 水蒸气转化法:CH4 + H2O → CO + 3H2(g)
1073~1273 K 催化剂
13.1.4 氢(H2)的化学性质
( 1 ) 常温下分子氢不活泼。 (2) 高温下,氢气是一个非常好的还原剂。
① 能在空气中燃烧生成水。 2H2 +O2 = 2H2O ② 高温下,能同X2、N2等非金属反应,生成共 价型氢化物。
如:3H2 + N2 = 2NH3 ; H2 +Cl2 = 2HCl ③ 高温下与活泼金属反应,生成金属氢化物。
还原剂和负氢离子的来源,或在野外用做生氢 剂,其缺点是价格wk.baidu.com贵。
2、金属氢化物
• 金属氢化物是氢原子填充到过渡金属晶格 的空隙中而形成的一类非整比化合物,故 金属氢化物的一个重要特征是分子式在很 多情况下达不到计量值,如 VH0.56, TaH0.76,和 ZrH1.75等。
• d区从第III到第VB族的过渡金属元素都能形成 氢化物,但第六副族仅有Cr能形成氢化物,第 八副族Pd要在适当压力下,才与氢形成稳定松 散相化合物,Ni只有在高压下才能形成氢化物
13.1.7 氢化物
• 分类:依据元素电负性的不同,氢 与其他元素能形成 – 1、离子型或类盐型氢化物 – 2、分子型或共价型氢化物 – 3、金属型或过渡型氢化物
1、离子型氢化物
• 2M+H2 =2MH (M= 碱金属) – M + H2 =MH2 (M= Ca Sr Ba) – 2H-(融化电解)= H2+ 2e – 证明在这类氢化物中的氢是负离子 – LiH 和CaH2 等是有机合成中常用的还原剂: TiCl4 + 4NaH = Ti + 4NaCl + 2 H2(g) UO2 + CaH2 = U + Ca(OH)2 2CO2 + BaH2(热)= 2CO + Ba(OH)2
• 2过 键 中)渡 。 心氢金 二B2桥H属电键6配子和:合键H[在物)Cr硼((C氢如O化H)5[]合C2的r物(C立(O体如)5结]B22中构H均6氢)存桥和在(某氢三些桥
• 3)氢键:在含有强极性共价键的氢化物中,氢 原子核上带有部分正电荷,能定向吸引邻近电 负性高的F,O,N等原子上的孤电子对而形成 分子间或分子内氢键。
本章学习要求
• s区元素共13种,其中有12种金属。p区元 素共31种,其中有10种金属。本章主要讨 论s区中氢元素和p区中稀有气体(零族) 及其化合物。
• 1.了解氢及其同位素。 • 2. 熟悉氢原子的成键特征; • 3.掌握不同类型的氢化物; • 4.了解储氢合金的用途和制备方法; • 5.了解稀有气体的性质用途及其氟化物和
元素化学
• 丰富多彩的物质世界是由基本的元素及其化 合物所组成的。
• 目前,教科书公布的已发现元素为112种(实 际已达到117种,甚至更多),其中,有94种 存在于自然界,人工合成元素20多种,人体 中含有其中60多种。
• 元素化学—即周期系中各族元素的单质及其 化合物的化学。
• 特点:它是无机化学的中心内容,下一阶段 将分区分族简要介绍元素及其常见化合物的 特点、性质、 制备和用途。
如:H2 + 2Na = 2NaH ④ 高温下,能还原许多金属氧化物或金属卤化 物为金属。
如:H2 +CuO=Cu+H2O
(3)在有机化学中,氢可发生加氢反应。 如:H2 + C2H4 → C2H6 CO+H2 → CH3OH
(4)发生离解作用,得到原子氢。 H2=2H ΔHƏ=431 kJ·mol-1
13.1.3 氢(H2)的物理性质
(1)氢是密度最小的无色无味的气体。
(2)扩散速度快,具有很高的导热性。
(3)溶于水(273K时1体积水溶解0.02体积 氢)。
(4)熔沸点低,熔点是14.0K,沸点为20.4K。 液态氢可以把除氦以外的所有气体冷却为固体。
(5)易被钯、铂、镍等金属吸收,其中钯的吸 氢能力最强,室温下1体积的粉末状钯可吸收 900体积的氢。因此这些金属是有关于氢反应 的优良催化剂。
储氢合金制备方法
• 1)机械粉碎/合金化法 • 2)化学合成法 • 3)脉冲电化学沉积法 • 4)快速凝固法 • 5)气态凝聚法 • 6)高温熔炼法 • 7)置换扩散法 • 8)氢化燃烧合成法
13.2 稀有气体
• 13.2.1 • 13.2.2 • 13.2.3 • 13.2.4
稀有气体的发现 稀有气体的存在和分离 稀有气体的性质和用途 稀有气体的化合物
13.2.2 稀有气体的存在和分离
• 存在:每1000L空气中约含9.3 L氩,18
mL氖,5 mL氦和0 .8 mL氙,所以液化 空气是提取稀有气体的主要原料。
• 分离: 液态空气分馏,
– 分馏分离:C吸附O2;NaOH吸附CO2;赤热 Cu丝微量O2 ,热Mg屑微量N2。
13.2.3 稀有气体的性质和用途
4、储氢合金
• 氢能源(高能燃料、无污染) • 面临三大课题:氢气的制备、氢的储运、
氢的利用(燃料电池)。 如:宝马汽车公司2002年生产了氢汽车, 时速240公里,行驶400多公里
• 氢能利用及其燃料电池,已成为21世纪能源开 发的重要方向之一,高性能储氢合金则是其研 发重点。因贵金属化合物常作储氢材料,而镧 镍等合金是一种替代贵金属的新型储氢材料:
金属氢化物特性
• 金属氢化物基本上保留着金属外观特征, 例如具有金属的光泽和导电性,但其导 电性会随氢含量的改变而改变。
• 金属氢化物的另一个显著特性是在温度 稍有提高时,H原子会通过固体迅速扩散。 超纯氢的制备是将普通氢通过Pd-Ag合金 管扩散后而得到的。
3.分子型氢化物
• 该类氢化物主要有三种存在形式: – 富电子氢化物,如:NH3,H2O和HF等 – 满电子氢化物,如:CH4 – 缺电子氢化物,如:乙硼烷B2H6
元素的存在形式
• 在自然界中只有少数元素以单质的形 态存在,大多数元素则以化合态存在, 而且主要以氧化物、硫化物、卤化物 和含氧酸盐的形式存在。
• 我国矿产资源丰富,其中钨、锌、锑、 锂和稀土元素等含量占世界首位,铜、 锡、铅、汞、镍、钛、钼等储量也居 世界前列。
13 氢和稀有气体
• 13.1 氢 • 13.2 稀有气体
元素的分类
• 普通元素和稀有元素 • 稀有元素:
– 1.轻稀有金属:Li 、Rb 、Cs、 Be ; – 2.高熔点稀有金属:Ti、 Zr 、Hf 、V、Nb 、Ta 、
Mo、 W、 Re; – 3. 分散稀有元素:Ga、In、Tl、Ge、Se、Te; – 4.稀有气体:He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn – 5.稀土金属:Sc 、Y 、Lu – 6.镧系元素和铂系元素:Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt – 7.放射性稀有元素:Fr、Ra 、Tc 、Po 、At、 Lr – 8.锕系元素
离子型氢化物性质
• 不稳定,遇水反应生成氢气:
LiH+H2O= LiOH + H2(g) CaH2 + 2H2O =Ca(OH)2 + 2H2(g) 根据这一特性,可利用离子型氢化物除去气体或 溶剂中的微量的水分。
• 在非水极性溶剂中能同一些缺电子化合物结合 成复合氢化物,
例如:4LiH+BCl3 → LiBH4+3LiCl • 用途:氢化物被广泛用于无机和有机合成中做
• ④ 它甚至还能还原某些含氧酸盐。
如:BaSO4+8H=BaS+4H2O
13.1.5 氢气的制备
• 1.实验室制备:实验室由活泼金属和稀酸反应或 两性金属与碱反应制备,也可用电解法制备 如:Zn + 2H+ = H2↑+ Zn2+; Zn + 2H2O + 2OH- = Zn(OH)42- + H2↑
原子氢的特点
• ① 原子氢结合成分子氢的反应热可以产生高达 4273K的温度,这就是常说的原子氢焰。利用 此反应可以焊接高熔点金属。
• ② 原子氢是一种比分子氢更强的还原剂。它可 以同锗、锡、砷、硫、锑等直接作用生成相应 的氢化物。 如:As+3H=AsH3 (胂)
• ③ 它还能把某些金属氧化物或氯化物迅速还原 成金属。如:CuCl2+2H=Cu+2HCl
元素的丰度
• 定义:化学元素在地壳中的含量。 其含量可用质量分数表示,称为质 量Clarke值。也可用原子分数表示, 称为原子Clarke值。
• 含量:氧是含量最高的元素,其次 是硅,这两种元素的总质量约占地 壳的75%。 氧、硅、铝、铁、钙、 钠、钾、镁这8种元素的总质量约 占地壳的99%以上。
氧化物。
13.1.1氢的发现
• 早在16世纪巴拉赛尔斯发现了氢气 体,它是硫酸与铁反应生成的一种气 体,1766年英国物理学家卡文迪西 确认它是一种易燃气体,并称为 “易燃空气”。
• 到1787年,拉瓦锡才将其命名为 “Hydrogen”,“Hydro”是希拉 文“水”的意思,指出水是氢和氧 的化合物。
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