大学化学第13章 氢稀有气体知识点

第13章氢稀有气体
氢
1、氢的三种同位素是什么？氕，氘，氚
2、对氢气吸附最显著的金属是什么？氢气镍，钯，铂等金属吸附，其中钯对氢气的吸附效果最显著。

3、什么是正氢和仲氢？正氢两核自旋方向相同的氢分子《室温下含75%》仲氢两核自旋方向相反的氢分子《室温下含25%》
4、氢可失或得一个电子也可与其它非金属共用电子对等而形成氢化物，试总结“氢化物”。

P440 123
稀有气体
1、稀有气体分离的重要依据是什么？物理性质
2、“人造空气”是什么？氦气和氧气的混合物
3、做霓红灯要用哪种稀有气体、常用哪种稀有气体做保护气体？氩气
4、什么灯是“人造小太阳”。

高压长弧氙灯
稀有气体化合物
零族元素的确认在发现周期系之后，曾长期叫惰性气体（inert gases），直到1962年英国化学家巴特列在室温下第一次合成出真正的化合物XePtF6：
Xe(g)+PtF6(g)===XePtF6 (s,桔红色晶体)
1、氟化物
在一定条件下氟与Xe有下列反应
F2+Xe(过量)→XeF2F2+Xe(少量)→XeF4F2+Xe(少量)→XeF6XeF2是强氧化剂，不太稳定。

2XeF2+2H2O===2Xe+4HF+O2XeF2+2KCl===Xe+2KF+Cl2 4XeF4+8H2O===2XeO3+2Xe+O2+16HF XeF6+3H2O===XeO3+6HF
2、氧化物
XeO3：是一种易潮解和易爆炸的化合物，具有强氧化性。

XeO4：很不稳定，具有爆炸性的气态化合物。

氙的化合物，都是强氧化剂，一般情况被还原为单质。

第14章卤素
•卤素通性
•P453表14-1，
•1、常见氧化态
•2、第一电离能、电子亲和能
•3、电负性（F最大）
•1、第一电离能：气态电中性基态原子失去一个电子转化成气态基态正离子所需要的最低能量。

•2、电子亲和能：指在0K下的气相中，原子和电子反应生成负离子所需要的最低能量。

•3、解离能：对于双原子分子来说，解离能就是键能。

多原子分子则不是。

•4、电负性：原子吸引电子的能力。

卤素单质
单质的通性
1、高度活泼性（ϕ (X2/X-)(V) ）。

（卤素单质不能存在于自然界）
2、它们皆有毒，原子量越小，毒性越大。

单质的化学性质
一、与金属、非金属的作用
卤素单质的氧化性是其最典型的化学性质（以氟为最，电极电势=2.87v)
1、氟能与所有金属和非金属（除氮、氧和一些稀有气体外）包括氢直接化合。

（1）反应常常是很猛烈的，伴随着燃烧和爆炸。

（2）氟与单质的反应总是把它们氧化到最高的氧化态如把Co、S、V和Bi氧化为:
CoF3，SF6，VF5，BiF5
而氯能与各种金属和大多数非金属直接化合。

（1）但是反应剧烈程度不如氯，有些反应甚至需要加热。

•（2）不能氧化到最高氧化态，如：与它们反应生成的是:
•CoCl2，SCl4，VCl4，BiCl3
•在室温或不太高温度下，氟与镁、铁、铜、铅、镍等金属反应，在金属表面形成一层保护性的金属氟化物薄膜，可阻止氟与金属进一步的反应。

在室温时氟与金、铂不作用，加热时则生成氟化物。

一般能与氯反应的金属（除了贵金属）和非金属同样也能与溴、碘反应，只是反应的活性不如氯，要在较高的温度下才能发生。

氯气的漂白性：
氯气与水生成次氯酸，可使有机色素永久性漂白。

卤素与水的反应
•见教材P457 受2个条件的影响
•1、PH值（碱性条件下有利于歧化反应的发生）
•2、温度
氟、氯、溴、碘四个元素的发现，自1774年舍勒发现氯气到1886年法国化学家
莫瓦桑制得氟为止，历时达一百二十年．2KHF2===2KF+H2↑+F2↑
单质的制备
单质氟的制备：化学家Karl Chrite曾推断：路易斯酸如SbF5能将另一个较弱的路易斯酸MnF4从稳定配离子[MnF6]2-的盐中置换出来。

而MnF4在热力学上不稳定，易分解为MnF3和1/2F2根据这种推断，他首次用化学方法制得氟，这是1986年合成化学研究上的一大突破。

具体制法为：
4KMnO4+4KF+20HF===4K2MnF6+10H2O+3O2
SbCl5+5HF===SbF5+5HCl
2K2MnF6+4SbF5===4KSbF6+2MnF2+2MnF3+F2↑
氯气的制备
浓盐酸和二氧化锰
电解饱和食盐水
3、溴、碘的制备：溴离子和碘离子具有比较明显的还原性，常用氯来氧化Br-和I-以制取Br2和I2。

•见P463表14-4（HF的特殊性）
卤化氢和氢卤酸的一些性质
卤化氢和氢卤酸
一、卤化氢和氢卤酸的制备
1、直接合成：氯和氢可直接合成氯化氢，冷却后以水吸收而制得盐酸。

其它卤化氢不用此法制备。

2、复分解反应
用卤化物与高沸点的酸（如H2SO4或H3PO4）反应来制取卤化氢。

以萤石和浓H2SO4作用，工业上生产HF是把反应物放在衬铅的铁制容器中进行（因生成PbF2保护层阻止进一步腐蚀铁）。

氢氟酸一般用塑料制容器盛装。

HF溶于水即为氢氟酸。

CaF2+H2SO4(浓)===CaSO4+2HF↑
本法不适于制取HBr和HI，因为依H2SO4能使所生成的HBr和HI进一步氧化。

用磷酸代替硫酸却可以。

2HBr+H2SO4(浓)===SO2↑+2H2O+Br2
2HBr+H2SO4(浓)===H2S↑+4H2O+4I2
NaBr+H3PO4===NaH2PO4+HBr↑
NaI+H3PO4===NaH2PO4+HI↑
3、非金属卤化物的水解：此法适用于HBr和HI的制备,以水滴到非金属卤化物上,卤化氢即源源不断地发生：
PBr3+3H2O==H3PO3+3HBr↑
PI3+3H2O==H3PO3+3HI↑
实际上不需要事先制成卤化磷，把溴滴加在磷和少许水的混和物中或把水逐滴加人磷和碘的混和物中即可连续地产生HBr或HI:
2P+6H2O+3Br2==2H3PO3+6HBr↑
2P+6H2O+3I2==2H3PO3+6HI
4、氯和溴与饱和烃或芳烃的反应产物之一是卤化氢，例如氯和乙烷的作用：
C2H6(g)+Cl2(g)====C2H5Cl(l)+HCl(g)
近年来，在农药和有机合成工业上的这类反应中获得大量的副产品盐酸。

碘和饱和烃作用时，得不到碘的衍生物和碘化氢，因为碘化氢是一活泼的还原剂，它能把所生成的碘的衍生物又还原成烃和碘之故。

卤化物
卤素和电负性较小的元素生成的化合物叫做卤化物。

性质规律见P467
卤素互化物
不同卤素原子之间以共价键相结合形成的化合物称为卤素互化物。

如BrCl、ICl、ICl3、IBr3和IBr等
绝大多数卤素互化物是不稳定的，它们的许多性质类似于卤素单质，都是强氧化剂.与大多数金属和非金属猛烈反应生成相应的卤化物。

它们都容易发生水解作用，生成卤离子和卤氧离子，分子中较大的卤原子生成卤氧离子。

多卤化物金属卤化物与卤素单质或卤素互化物加合，所生成的化合物称为多卤化物。

KI+I2 KI3
CsBr+IBr CsIBr2
多卤化物可以只含有一种卤素，也可以含有二种或三种卤素。

元素电势图
一、元素电势图
对于具有多种氧化态的某元素，可将其各种氧化态按从高到低的顺序排列，在每两种氧化态之间用直线连接起来并在直线上标明相应电极反应的标准电极电势值，以这样的图形表示某一元素各种氧化态间电极电势变化的关系称为元素电势图。

因是拉特默首创，故又称为
拉特默图。

二、元素电势图的应用
1、从已知电对求未知电对的标准电极电势
可由公式:∆r G =-nFE =-nF (ϕ+ -ϕ- )导出下式: ϕ = n 1ϕ1 +n 2ϕ2 +……n i ϕi n 1+n 2+……+n i
2、判断处于中间价态的物质（分子或离子）能否发生歧化反应。

卤素的含氧酸及其盐 1、 含氧酸根离子的结构
E
E
E
I
O I
O 6
-
O XO
-
XO 2
-
XO 3
-
XO 4
-
5
2、 含氧酸的酸性
碱金属的次卤酸盐易水解，其水溶液显碱性。

次卤酸都是强氧化剂和漂白剂，它们很不稳定，尤其是次碘酸。

1、次卤酸盐中比较重要的是次氯酸盐
2、亚卤酸及其盐唯一已知的亚卤酸是亚氯酸。

（1）它极不稳定会迅速分解。

8HClO2=6ClO2+Cl2+4H2O
（2）它是弱酸（K a≈10－2）但酸性比HClO强。

（3）亚氯酸盐比亚氯酸稳定，如把亚氯酸盐的碱性溶液放置一年也不见分解，但加热或敲击亚氯酸盐固体时立即发生爆炸，歧化成为氯酸盐和氯化物。

3NaClO2＝2NaClO3+NaCl
（4）亚氯酸及其盐具有氧化性可作漂白剂。

3、卤酸及其盐
（1）卤酸都是强酸，按HClO3—HBrO3—HIO3的顺序酸性依次减弱、稳定性依次增强。

（2）卤酸的浓溶液都是强氧化剂，其中以溴酸的氧化性最强，这反映了p区中间横排元素的不规则性。

BrO3-/Br2ClO3-/Cl2IO3-/I2
ϕ (XO3-/X2)/V 1.52 1.47 1.19
2BrO3-+2H++I2＝2HIO3+Br2
2ClO3-+2H++I2＝2HIO3+Cl2↑
2BrO3-+2H++Cl2＝2HClO3+Br2
思考:1.为什么在酸性条件下，XO3-做氧化剂时，首先得到的是X2而不是X-，只有当XO3-反应完时，X2才能再做氧化剂得到X-？
2.在KI和KBr溶液中通入Cl2，现象如何呢？
卤酸盐的热分解反应是较复杂的。

例如:
2KClO3===KCl+3O2↑
4KClO3====KCl+3KClO4
固体KClO3是强氧化剂，它与易燃物质如碳、硫、磷及有机物质相混合时，一受撞击即猛烈爆炸，因此，氯酸钾大量用于制造火柴、焰火。

KClO3与浓HCl生成ClO2与Cl2的混合物称为优氯。

4、高卤酸及其盐
HClO4是已知酸中最强的酸，浓热的HClO4是强的氧化剂，遇到有机物质会发生爆炸性反应，但稀冷的HClO4溶液几乎不显氧化性。

高氯酸盐一般是可溶的，但Cs+、Rb+、K+及NH4+的高氯酸盐的溶解度都很小。

高溴酸是强酸，强度接近于HClO4它的氧化能力高于高氯酸和高碘酸。