无机化学课件：氢和稀有气体
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5. 氢形成氢键。如果没有氢键，地球上不会存在液态水！ 人体内将不存在现在的DNA双螺旋链！
6. 氢是周期表中唯一尚未找到确切位置的元素。
4.1 氢的同位素 Isotopes of hydrogen
4.2 天然资源和工业制备方法 Natural recourses and industrial preparation methods
1. 存在
氢是宇宙中丰度最高的元
素，在地球上的丰度排在第15 位。 某些矿物( 例如石油、天 然气)和水是氢的主要资源，大 气中 H2 的含量很低是因为它太 轻而容易脱离地球引力场。
★ 氢的存在状态
氢的状态 金属氢(s) 液态氢(l) 固态氢(s)
密度/(g·cm-3) 0.562
0.071
0.089
H2
(g)
3 108 kPa 11000K
金属氢(s)
H2
(g)
2.5
108 kPa 77K
H(s)
金刚石砧
★ 木星结构
根据先锋飞船探测 得知，木星大气含氢 82%，氦17%，其他 元素<1%。
大气层 顶
云层顶
液
氢
液态金属氢
岩石核 心
2. 制备 (每年估计达500×109m3)
N2
H2
NaH
H2
为了制氢，必须分离出CO。可将水煤气连同水蒸
气一起通过红热的氧化铁催化剂，CO变成 CO2 ，然后 在 2×106 下用水洗涤 CO2 和 H2 的混合气体，使 CO2 溶于水而分离出 H2 。
CO + H2 + H2O(g)
Fe2O3 > 723 K
CO2 + 2 H2
Question 1
用焦炭或天然气与水反应制 H2 ，
4.3 氢的性质 Properties of hydrogen
4.4 氢的用途 Uses of hydrogen
4.5 二元氢化合物的分类 Classification of binary hydride
4.6 稀有气体 Noble Gases
4.1 氢的同位素
Isotopes of hydrogen
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)
为什么都需在高温下进行？
Solution
CH4(g) + H2O(g)
3 H2(g) + CO(g)，
C (s) + H2O(g)
ΔHmθ = 206.0 kJ•mol–1 H2(g) + CO(g),
ΔH
θ m
=
131.3
kJ•mol–1
要反应得以进行，则需供给热量：
C + O2
CO2,
ΔHmθ = –393.7 kJ•mol–1
SO4
(g)
1 2
O2
(g)
2HI(g) 873K H2(g) I2(g)
净
反
应
H2O(g)
1300K H2 (g)
1 2
O2 (g)
● 电解 20% NaOH或 15% KOH水溶液，耗能
大，效率也只 32%
4OH- → O2+2H2O + 4e- (阳极)
* 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
wk.baidu.comH2O
–249.7 100.00
H2
CH4 1143 K
H2O C
1273 K
H2
热解 电 解 光解
H2
H2
H2
● Zn + H3O+ →Zn2+ + 2H2O + H2 ↑
实验室中制氢的主要方法
H2S 锌中含微量 ZnS AsH3 锌和硫酸中含微
量As SO2 锌还原 H2SO4 产生
H2S + Pb2+ + 2H2O →PbS + 2H3O+ AsH3+3Ag2SO4+3H2O→
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
443.3 463.5
D2O 101.42 470.9
相同化学环境下E－D键焓高 于E－H键焓的现象在很大程度上 是由零点能的差别引起的。零点 能低时键焓相对比较高，零点能 高时键焓相对比较低。
R
势
能
H–H 键焓
D–D 键焓
H2的零点能 D2的零点能
H2, D2分子的势能曲线
3. 制备
氕(11H)是丰度最大的氢同位素, 占99.9844%；同位 素21H叫氘, 占0.0156%。氚(31H)存在于高层大气中，它 是来自外层空间的中子轰击N原子产生的：
6Ag+H3AsO3+3H2SO4
SO2 + 2KOH → K2SO3 + H2O
工业制造方法
水蒸气转化法
industrial preparation methods
CH4(g) + H2O(g) 1 273 K 3 H2(g) + CO(g)
水煤气反应
C (s) + H2O(g) 1 273 K H2(g) + CO(g)
147 N 01n162 C 31H 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
3 1
H
：
6 3
Li
01n
31H
42He
我国首座重水堆核电站—
秦山三核用上国产核燃料
4.2 天然资源和工业制备方法 Natural recourses and industrial preparation methods
第4 章
氢和稀有气体
H
氢是周期表中唯一尚未找到 确切位置的元素.······
化学元素中, 氢在哪些方面显得独一无二?
副篇内容 1. 氢是宇宙中丰度最大的元素, 按原子 数计占90%, 按质量计则占75%。 2. 氢的三种同位素质量之间的相对差值特别高，并因此而
各有自己的名称, 这在周期表元素中绝无仅有。 3. 氢原子是周期表中结构最简单的原子。 4. 氢化学是内容最丰富的元素化学领域之一。
6. 氢是周期表中唯一尚未找到确切位置的元素。
4.1 氢的同位素 Isotopes of hydrogen
4.2 天然资源和工业制备方法 Natural recourses and industrial preparation methods
1. 存在
氢是宇宙中丰度最高的元
素，在地球上的丰度排在第15 位。 某些矿物( 例如石油、天 然气)和水是氢的主要资源，大 气中 H2 的含量很低是因为它太 轻而容易脱离地球引力场。
★ 氢的存在状态
氢的状态 金属氢(s) 液态氢(l) 固态氢(s)
密度/(g·cm-3) 0.562
0.071
0.089
H2
(g)
3 108 kPa 11000K
金属氢(s)
H2
(g)
2.5
108 kPa 77K
H(s)
金刚石砧
★ 木星结构
根据先锋飞船探测 得知，木星大气含氢 82%，氦17%，其他 元素<1%。
大气层 顶
云层顶
液
氢
液态金属氢
岩石核 心
2. 制备 (每年估计达500×109m3)
N2
H2
NaH
H2
为了制氢，必须分离出CO。可将水煤气连同水蒸
气一起通过红热的氧化铁催化剂，CO变成 CO2 ，然后 在 2×106 下用水洗涤 CO2 和 H2 的混合气体，使 CO2 溶于水而分离出 H2 。
CO + H2 + H2O(g)
Fe2O3 > 723 K
CO2 + 2 H2
Question 1
用焦炭或天然气与水反应制 H2 ，
4.3 氢的性质 Properties of hydrogen
4.4 氢的用途 Uses of hydrogen
4.5 二元氢化合物的分类 Classification of binary hydride
4.6 稀有气体 Noble Gases
4.1 氢的同位素
Isotopes of hydrogen
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)
为什么都需在高温下进行？
Solution
CH4(g) + H2O(g)
3 H2(g) + CO(g)，
C (s) + H2O(g)
ΔHmθ = 206.0 kJ•mol–1 H2(g) + CO(g),
ΔH
θ m
=
131.3
kJ•mol–1
要反应得以进行，则需供给热量：
C + O2
CO2,
ΔHmθ = –393.7 kJ•mol–1
SO4
(g)
1 2
O2
(g)
2HI(g) 873K H2(g) I2(g)
净
反
应
H2O(g)
1300K H2 (g)
1 2
O2 (g)
● 电解 20% NaOH或 15% KOH水溶液，耗能
大，效率也只 32%
4OH- → O2+2H2O + 4e- (阳极)
* 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
wk.baidu.comH2O
–249.7 100.00
H2
CH4 1143 K
H2O C
1273 K
H2
热解 电 解 光解
H2
H2
H2
● Zn + H3O+ →Zn2+ + 2H2O + H2 ↑
实验室中制氢的主要方法
H2S 锌中含微量 ZnS AsH3 锌和硫酸中含微
量As SO2 锌还原 H2SO4 产生
H2S + Pb2+ + 2H2O →PbS + 2H3O+ AsH3+3Ag2SO4+3H2O→
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
443.3 463.5
D2O 101.42 470.9
相同化学环境下E－D键焓高 于E－H键焓的现象在很大程度上 是由零点能的差别引起的。零点 能低时键焓相对比较高，零点能 高时键焓相对比较低。
R
势
能
H–H 键焓
D–D 键焓
H2的零点能 D2的零点能
H2, D2分子的势能曲线
3. 制备
氕(11H)是丰度最大的氢同位素, 占99.9844%；同位 素21H叫氘, 占0.0156%。氚(31H)存在于高层大气中，它 是来自外层空间的中子轰击N原子产生的：
6Ag+H3AsO3+3H2SO4
SO2 + 2KOH → K2SO3 + H2O
工业制造方法
水蒸气转化法
industrial preparation methods
CH4(g) + H2O(g) 1 273 K 3 H2(g) + CO(g)
水煤气反应
C (s) + H2O(g) 1 273 K H2(g) + CO(g)
147 N 01n162 C 31H 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
3 1
H
：
6 3
Li
01n
31H
42He
我国首座重水堆核电站—
秦山三核用上国产核燃料
4.2 天然资源和工业制备方法 Natural recourses and industrial preparation methods
第4 章
氢和稀有气体
H
氢是周期表中唯一尚未找到 确切位置的元素.······
化学元素中, 氢在哪些方面显得独一无二?
副篇内容 1. 氢是宇宙中丰度最大的元素, 按原子 数计占90%, 按质量计则占75%。 2. 氢的三种同位素质量之间的相对差值特别高，并因此而
各有自己的名称, 这在周期表元素中绝无仅有。 3. 氢原子是周期表中结构最简单的原子。 4. 氢化学是内容最丰富的元素化学领域之一。