10氫和稀有氣體-PPT課件

1、第第十十章章 氫和稀有氣體氫和稀有氣體 卡文迪許卡文迪許 拉瓦錫拉瓦錫 1. 1. 物質(zhì)的存在物質(zhì)的存在 元素化學(xué)學(xué)習(xí)基 本要求 4. 4. 重要單質(zhì)、化合物的用途（應(yīng)用）重要單質(zhì)、化合物的用途（應(yīng)用） 2. 2. 物質(zhì)的性質(zhì)物質(zhì)的性質(zhì)( (物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)) ) 3. 3. 重要單質(zhì)、化合物的主要工業(yè)和重要單質(zhì)、化合物的主要工業(yè)和 實(shí)驗(yàn)室制法；實(shí)驗(yàn)室制法； H 氫是周期表中唯一尚未找到氫是周期表中唯一尚未找到 確切位置的元素確切位置的元素. . 化學(xué)元素中化學(xué)元素中, 氫在哪些方面顯得獨(dú)一無(wú)二氫在哪些方面顯得獨(dú)一無(wú)二? ? 氫形成氫鍵。如果沒(méi)有氫鍵，地球上不會(huì)存在液態(tài)水！

2、氫形成氫鍵。如果沒(méi)有氫鍵，地球上不會(huì)存在液態(tài)水！ 人體內(nèi)將不存在現(xiàn)在的人體內(nèi)將不存在現(xiàn)在的DNADNA雙螺旋鏈！雙螺旋鏈！ 氫是宇宙中豐度最大的元素氫是宇宙中豐度最大的元素, , 按原子數(shù)計(jì)占按原子數(shù)計(jì)占90%, 90%, 按質(zhì)按質(zhì) 量計(jì)則占量計(jì)則占75%75%。 2. 2. 氫的三種同位素質(zhì)量之間的相對(duì)差值特別高，并因此而氫的三種同位素質(zhì)量之間的相對(duì)差值特別高，并因此而 各有自己的名稱各有自己的名稱, , 這在周期表元素中絕無(wú)僅有。這在周期表元素中絕無(wú)僅有。 3. 3. 氫原子是周期表中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的原子。氫原子是周期表中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的原子。 4. 4. 氫化學(xué)是內(nèi)容最豐富的元素化學(xué)領(lǐng)域之一。氫

3、化學(xué)是內(nèi)容最豐富的元素化學(xué)領(lǐng)域之一。 6. 6. 氫是周期表中唯一尚未找到確切位置的元素。氫是周期表中唯一尚未找到確切位置的元素。 氫的同位素氫的同位素 Isotopes of hydrogen 1. 同位素同位素 主要同位素有主要同位素有3 3種，此外還有瞬間即逝的種，此外還有瞬間即逝的 4 4H H 和和 5 5H H。 。重氫以重水（重氫以重水（D D2 2O O）的形式存在于天然水中，平均的形式存在于天然水中，平均 約占?xì)湓涌倲?shù)的約占?xì)湓涌倲?shù)的 0.016% 0.016%。 中文名中文名 英文名稱英文名稱 表示方法表示方法 符號(hào)符號(hào) 說(shuō)明說(shuō)明 氕氕* *( (音撇音撇) ) pro

4、tium 1H H 穩(wěn)定同位素穩(wěn)定同位素 氘氘 ( (音刀音刀) ) deuterium 2H D 穩(wěn)定同位素穩(wěn)定同位素 氚氚 ( (音川音川) ) tritium 3H T 放射性同位素放射性同位素 * * 氕這個(gè)名稱只在個(gè)別情況下使用，通常直接叫氫；氘有時(shí)又叫氕這個(gè)名稱只在個(gè)別情況下使用，通常直接叫氫；氘有時(shí)又叫“ 重氫重氫”.”. 2. 同位素效應(yīng)同位素效應(yīng) 一般情況下不同的同位素形成的同型分子表現(xiàn)為一般情況下不同的同位素形成的同型分子表現(xiàn)為極為相似極為相似的物的物理理 和化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。例如。例如 10 10BF BF3 3 與與 11 11BF3 BF3 的鍵焓、蒸汽壓和路易斯酸

5、性的鍵焓、蒸汽壓和路易斯酸性 幾乎相等幾乎相等。然而，質(zhì)量相對(duì)差特大的氫同位素卻表現(xiàn)不同：然而，質(zhì)量相對(duì)差特大的氫同位素卻表現(xiàn)不同： H2 D2 H2O D2O 標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)/ 252.8 249.7 100.00 101.42 平均鍵焓平均鍵焓/(kJmol1) 436.0 443.3 463.5 470.9 H H2 2O O 和和 D D2 2O O 之間沸點(diǎn)的差異反映了之間沸點(diǎn)的差異反映了OHOOHO氫鍵氫鍵 不如不如 ODOODO氫鍵強(qiáng)氫鍵強(qiáng). . 相同化學(xué)環(huán)境下鍵焓高相同化學(xué)環(huán)境下鍵焓高 于鍵焓的現(xiàn)象在很大程度上是由于鍵焓的現(xiàn)象在很大程度上是由零點(diǎn)能零點(diǎn)能的差別引起的差別引起

6、的的. .零點(diǎn)能低時(shí)鍵焓相對(duì)比較高，零點(diǎn)能高時(shí)鍵焓相零點(diǎn)能低時(shí)鍵焓相對(duì)比較高，零點(diǎn)能高時(shí)鍵焓相 對(duì)比較低對(duì)比較低. . 氫同位素造成的性質(zhì)差別大得足以找到氫同位素造成的性質(zhì)差別大得足以找到 某些實(shí)際應(yīng)用某些實(shí)際應(yīng)用. . 例如，由于例如，由于D D2 2O O中中DODO鍵的鍵焓相對(duì)鍵的鍵焓相對(duì) 比較高，電解速率應(yīng)當(dāng)?shù)陀冢浣Y(jié)果是在電解水而比較高，電解速率應(yīng)當(dāng)?shù)陀?，其結(jié)果是在電解水而 得到的殘液中得以富集得到的殘液中得以富集. . 3. 制備制備 利用重水與水的差別，富集重水，再以任一種從水利用重水與水的差別，富集重水，再以任一種從水 中制中制 H H2 2 的方法從 的方法從 D D2 2O

7、 O 中獲得中獲得 D D。 H 3 1 慢中子轟擊鋰產(chǎn)生慢中子轟擊鋰產(chǎn)生 ：HeHnLi 4 2 3 1 1 0 6 3 氕氕( (1 11 1H)H)是豐度最大的氫同位素是豐度最大的氫同位素, , 占占99.9844%99.9844%；同；同 位素位素2 21 1H H叫氘叫氘, , 占占0.0156%0.0156%。氚。氚( (3 31 1H)H)存在于高層大氣中，存在于高層大氣中， 它是來(lái)自外層空間的中子轟擊它是來(lái)自外層空間的中子轟擊N N原子產(chǎn)生的：原子產(chǎn)生的： HCnN 3 1 12 6 1 0 14 7 我國(guó)首座重水堆核電站我國(guó)首座重水堆核電站 秦山三核用上國(guó)產(chǎn)核燃料秦山三核用上

8、國(guó)產(chǎn)核燃料 天然資源和工業(yè)制備方法天然資源和工業(yè)制備方法 Natural recourses and industrial preparation methods 1. 存在存在 氫是宇宙中豐度最高的元素，氫是宇宙中豐度最高的元素， 在地球上的豐度排在第在地球上的豐度排在第1515位。位。 某些礦物某些礦物( ( 例如石油、天然氣例如石油、天然氣) ) 和水是氫的主要資源，大氣中和水是氫的主要資源，大氣中 H H2 2 的含量很低是因?yàn)樗p而 的含量很低是因?yàn)樗p而 容易脫離地球引力場(chǎng)。容易脫離地球引力場(chǎng)。 木星結(jié)構(gòu)木星結(jié)構(gòu) 根據(jù)先鋒飛船探根據(jù)先鋒飛船探 測(cè)得知，木星大氣含測(cè)得知，木星大氣

9、含 氫氫82%82%，氦，氦17%17%，其他，其他 元素元素1% 723 K 工業(yè)制造方法 industrial preparation methodsindustrial preparation methods 用焦炭或天然氣與水反應(yīng)制用焦炭或天然氣與水反應(yīng)制 H H2 2 ， 為什么都需在高溫下進(jìn)行？為什么都需在高溫下進(jìn)行？ Question 1Question 1 Solution CH4(g) + H2O(g) 3 H2(g) + CO(g)， = 206.0 kJmol1 C (s) + H2O(g) H2(g) + CO(g), = 131.3 kJmol1 要反應(yīng)得以進(jìn)行，則需

10、要反應(yīng)得以進(jìn)行，則需供給熱量供給熱量： C + O2 CO2, = 393.7 kJmol1 CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O, = 803.3 kJmol1 這樣靠這樣靠“內(nèi)部燃燒內(nèi)部燃燒”放熱，供焦炭或天然氣與水作放熱，供焦炭或天然氣與水作 用所需熱量，無(wú)須從外部供給熱量。用所需熱量，無(wú)須從外部供給熱量。 m H m H m H m H 熱化學(xué)循環(huán)法制熱化學(xué)循環(huán)法制 H2 (g)O 2 1 (g)HO(g)H (g)I(g)H2HI(g) (g)O 2 1 (g)SOO(g)H(g)SOH 2HI(aq)(aq)SOH(s)ISOO(l)2H 22 1300K 2 22 873

11、K 242 1073K 42 42 298K 222 凈 反 應(yīng)凈 反 應(yīng) 有文獻(xiàn)報(bào)道，加熱有文獻(xiàn)報(bào)道，加熱(383(383423423K)K)加壓加壓(1013(1013 30393039kPa)kPa)，效率可提高到效率可提高到 90% 90% 以上。以上。 電解電解 20% NaOH或或 15% KOH水溶液，耗能水溶液，耗能 大，效率也只大，效率也只 32% 4 4OHOH- - O O2 2+2H+2H2 2O + 4eO + 4e- - ( (陽(yáng)極陽(yáng)極) ) 2H2H2 2OO +2 +2e e- - 2OH 2OH- - + H + H2 2 ( (陰極陰極) ) 配合催化太陽(yáng)能

12、分解水配合催化太陽(yáng)能分解水 2a 2a 既是既是電子給予體電子給予體，又是，又是電子接受體電子接受體，在光，在光 能的激發(fā)下，可以向能的激發(fā)下，可以向水分子轉(zhuǎn)移電子水分子轉(zhuǎn)移電子，使，使 H H+ + 變?yōu)?變?yōu)?H H2 2 放出。 放出。 三三(2,2聯(lián)吡啶聯(lián)吡啶) 合釕合釕()(2a) 2a*(已活化已活化) h 光能光能 2(2a)O 2 1 HOH2(2a*) 222 最近，日本有人把太陽(yáng)能電池板與水電解槽連最近，日本有人把太陽(yáng)能電池板與水電解槽連 接在一起，電解部分的材料在產(chǎn)生氫氣一側(cè)使用接在一起，電解部分的材料在產(chǎn)生氫氣一側(cè)使用鉬鉬 氧化鈷氧化鈷，產(chǎn)生氧氣一側(cè)則使用，產(chǎn)生氧氣一側(cè)

13、則使用鎳氧化鈷鎳氧化鈷。使用。使用1 1平平 方米太陽(yáng)能電池板和方米太陽(yáng)能電池板和100100毫升電解溶液，每小時(shí)可毫升電解溶液，每小時(shí)可 制作氫氣制作氫氣 20 20 升，純度為升，純度為 99.9% 99.9%。 從海水中制氫從海水中制氫 原理原理：當(dāng)可見(jiàn)光照射在半導(dǎo)體當(dāng)可見(jiàn)光照射在半導(dǎo)體膜上時(shí)，電子被激膜上時(shí)，電子被激 發(fā)進(jìn)入發(fā)進(jìn)入導(dǎo)帶導(dǎo)帶而而留下空穴留下空穴( (低能級(jí)的電子空間低能級(jí)的電子空間) )。在導(dǎo)帶中。在導(dǎo)帶中 電子電子移動(dòng)移動(dòng)到金屬薄膜與海水之間到金屬薄膜與海水之間表面上表面上，水即被還原產(chǎn)，水即被還原產(chǎn) 生生H H2 2。同時(shí)，。同時(shí)，空穴遷移空穴遷移到半導(dǎo)體與電解質(zhì)間的

14、表面，來(lái)到半導(dǎo)體與電解質(zhì)間的表面，來(lái) 自自FeFe2+ 2+的 的電子填充空穴電子填充空穴。（。（美國(guó)美國(guó)MichiganMichigan州立大學(xué)州立大學(xué)H. Ti H. Ti TienTien教授）教授） H2(g) 海海 水水 Fe( ),Fe() 電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液 硒硒 化化 鎘鎘 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 鎳鎳 箔箔 可可 見(jiàn)見(jiàn) 光光 生物分解水制氫生物分解水制氫 生物體分解水不需要電和高溫，科學(xué)家們?cè)噲D生物體分解水不需要電和高溫，科學(xué)家們?cè)噲D 修改光合作用的過(guò)程來(lái)完成這一技術(shù)。小規(guī)模的實(shí)修改光合作用的過(guò)程來(lái)完成這一技術(shù)。小規(guī)模的實(shí) 驗(yàn)已成功。驗(yàn)已成功。 氫氣儲(chǔ)罐群氫氣儲(chǔ)罐群 大型制氫站大

15、型制氫站 大容量電解槽體大容量電解槽體 氫氣純化裝置氫氣純化裝置 equipment 我國(guó)已建成大型制氫設(shè)備 氫氣儲(chǔ)罐群氫氣儲(chǔ)罐群 近十多年來(lái)，對(duì)以氫氣作為未來(lái)的動(dòng)力燃料的氫近十多年來(lái)，對(duì)以氫氣作為未來(lái)的動(dòng)力燃料的氫 能源的研究獲得了迅速的發(fā)展，象電一樣，氫是能源的研究獲得了迅速的發(fā)展，象電一樣，氫是 一種需要依靠其他能源如石油、煤、原子能等的一種需要依靠其他能源如石油、煤、原子能等的 能量來(lái)制取的所謂能量來(lái)制取的所謂“二級(jí)能源二級(jí)能源”。 （而存在于自然界的可以提供現(xiàn)成形式的能量稱（而存在于自然界的可以提供現(xiàn)成形式的能量稱 為一級(jí)能源，如煤、石油、太陽(yáng)能或原子能）。為一級(jí)能源，如煤、石油、太

16、陽(yáng)能或原子能）。 氫能源氫能源2121世紀(jì)的清潔能源世紀(jì)的清潔能源 氫之所以可被選為未來(lái)的二級(jí)能源，是因?yàn)樗鼩渲钥杀贿x為未來(lái)的二級(jí)能源，是因?yàn)樗?具有下述的具有下述的特點(diǎn)特點(diǎn)： 1 1原料來(lái)源于地球上貯量豐富的水，地球表面約原料來(lái)源于地球上貯量豐富的水，地球表面約 71%71%為水所覆蓋，儲(chǔ)水量約為為水所覆蓋，儲(chǔ)水量約為2.12.1101021 21噸。水 噸。水 分解可制氫，因而分解可制氫，因而資源不受限制資源不受限制。 2 2氫氣氫氣燃燒時(shí)發(fā)熱量很大燃燒時(shí)發(fā)熱量很大，2H2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g) = 2 H(g) = 2 H2 2O(g) O(g) 2mol H 2m

17、ol H2 2燃燒便能釋出燃燒便能釋出484KJ484KJ熱量熱量。其燃燒熱為同。其燃燒熱為同 質(zhì)量質(zhì)量石油燃燒的三倍石油燃燒的三倍。 3 3氫氣作為燃料的最大優(yōu)點(diǎn)是它燃燒后生成物是水，氫氣作為燃料的最大優(yōu)點(diǎn)是它燃燒后生成物是水， 不會(huì)污染環(huán)境不會(huì)污染環(huán)境，是一種無(wú)污染的燃料。，是一種無(wú)污染的燃料。 氫能源加油站氫能源加油站 氫能源研究面臨的三大問(wèn)題：氫能源研究面臨的三大問(wèn)題： 氫氣的發(fā)生（降低生產(chǎn)成本）氫氣的發(fā)生（降低生產(chǎn)成本） 氫氣的儲(chǔ)存氫氣的儲(chǔ)存 氫氣的輸送（利用）氫氣的輸送（利用） 氫能源氫能源2121世紀(jì)的清潔能源世紀(jì)的清潔能源 氫燃燒速率快，反應(yīng)完全.氫能源是清潔能 源，沒(méi)有環(huán)境污

18、染，能保持生態(tài)平衡. 目前，已實(shí)驗(yàn)成功用氫作動(dòng)力的汽車，有望目前，已實(shí)驗(yàn)成功用氫作動(dòng)力的汽車，有望 不久能投入實(shí)用不久能投入實(shí)用 氫作為航天飛機(jī)的燃料已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，有的氫作為航天飛機(jī)的燃料已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，有的 航天飛機(jī)的液態(tài)氫儲(chǔ)罐存有近航天飛機(jī)的液態(tài)氫儲(chǔ)罐存有近18001800m m3 3的液態(tài)氫的液態(tài)氫 氫能源研究面臨的三大問(wèn)題：氫能源研究面臨的三大問(wèn)題： 氫氣的發(fā)生（降低生產(chǎn)成本）氫氣的發(fā)生（降低生產(chǎn)成本） 氫氣的儲(chǔ)存氫氣的儲(chǔ)存 氫氣的輸送（利用）氫氣的輸送（利用） 氫的儲(chǔ)存方法氫的儲(chǔ)存方法 常用的儲(chǔ)氫方法及其優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)下表常用的儲(chǔ)氫方法及其優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)下表: : 儲(chǔ)氫方法儲(chǔ)氫方法 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)

19、缺點(diǎn) 壓縮氣體壓縮氣體 運(yùn)輸和使用運(yùn)輸和使用 方便、可靠方便、可靠 壓力高，使用和運(yùn)輸壓力高，使用和運(yùn)輸 有危險(xiǎn)；鋼瓶的體積有危險(xiǎn)；鋼瓶的體積 和重量大，運(yùn)費(fèi)較高和重量大，運(yùn)費(fèi)較高 液氫液氫 儲(chǔ)氫能力大儲(chǔ)氫能力大 儲(chǔ)氫過(guò)程儲(chǔ)氫能儲(chǔ)氫過(guò)程儲(chǔ)氫能 耗大耗大, ,使用不方便使用不方便 金屬氫化物金屬氫化物 運(yùn)輸和使用安全運(yùn)輸和使用安全 儲(chǔ)氫量小，儲(chǔ)氫量小， 金屬氫化物易破裂金屬氫化物易破裂 低壓吸附低壓吸附 低溫儲(chǔ)氫能力大低溫儲(chǔ)氫能力大運(yùn)輸和保存需低溫運(yùn)輸和保存需低溫 氫氣的儲(chǔ)存：氫氣的儲(chǔ)存： 1.1.高壓容器法高壓容器法，是在高壓下，是在高壓下， 使其液化成為液態(tài)氫使其液化成為液態(tài)氫。 2.2.金

20、屬儲(chǔ)氫法金屬儲(chǔ)氫法 : : LaNi5+3H2 = LaNi5H6 氫氣儲(chǔ)存凈化器氫氣儲(chǔ)存凈化器 稀有金屬儲(chǔ)氫稀有金屬儲(chǔ)氫 2Pd+H2 2PdH 常溫 3 .3 .碳納米管（巴基管）碳納米管（巴基管） 納米碳中獨(dú)特晶格排列結(jié)構(gòu)，其儲(chǔ)氫數(shù)量大大的納米碳中獨(dú)特晶格排列結(jié)構(gòu)，其儲(chǔ)氫數(shù)量大大的 高過(guò)了傳統(tǒng)的儲(chǔ)氫系統(tǒng)。碳納米管產(chǎn)生一些帶有斜口高過(guò)了傳統(tǒng)的儲(chǔ)氫系統(tǒng)。碳納米管產(chǎn)生一些帶有斜口 形狀的層板，層間距為形狀的層板，層間距為0.337 nm0.337 nm，而分子氫氣的動(dòng)力，而分子氫氣的動(dòng)力 學(xué)直徑為學(xué)直徑為0.289 nm0.289 nm，所以，碳納米管能用來(lái)吸附氫氣。，所以，碳納米管能用來(lái)吸附

21、氫氣。 另外另外 ，由于這些層板之間的氫的結(jié)合是不牢固的，降，由于這些層板之間的氫的結(jié)合是不牢固的，降 壓時(shí)能夠通過(guò)膨脹來(lái)放出氫氣，直到系統(tǒng)降為常壓。壓時(shí)能夠通過(guò)膨脹來(lái)放出氫氣，直到系統(tǒng)降為常壓。 國(guó)外納米碳吸附氫研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)國(guó)外納米碳吸附氫研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 20192019年，年，V.A.LikholobovV.A.Likholobov等報(bào)道納米碳纖維的吸附熱和亨等報(bào)道納米碳纖維的吸附熱和亨 利系數(shù)隨著吸附介質(zhì)分子尺寸的減少而迅速增大，這與常規(guī)活利系數(shù)隨著吸附介質(zhì)分子尺寸的減少而迅速增大，這與常規(guī)活 性炭的吸附特性正好相反，表明納米碳纖維有可能對(duì)小分子氫性炭的吸附特性正好相反，表明納

22、米碳纖維有可能對(duì)小分子氫 顯示超常吸附。顯示超常吸附。 20192019年，年，A.C.DillonA.C.Dillon等曾報(bào)道等曾報(bào)道6 6單壁納米碳管對(duì)氫的吸附 單壁納米碳管對(duì)氫的吸附 量比活性炭大的多，其吸附熱約為活性炭的量比活性炭大的多，其吸附熱約為活性炭的5 5倍。倍。 20192019年，年，ChambersChambers、RodriguezRodriguez、BakerBaker等報(bào)道納米石墨纖等報(bào)道納米石墨纖 維在維在12 Mpa12 Mpa下的儲(chǔ)氫容量高達(dá)下的儲(chǔ)氫容量高達(dá)2 2克氫克氫/ /克納米石墨纖維，比現(xiàn)有克納米石墨纖維，比現(xiàn)有 的各種儲(chǔ)氫技術(shù)的儲(chǔ)氫容量高的各種儲(chǔ)氫技

23、術(shù)的儲(chǔ)氫容量高1 1至至2 2個(gè)數(shù)量級(jí)，引起了世人的矚個(gè)數(shù)量級(jí)，引起了世人的矚 目。目。 日本工業(yè)技術(shù)院資源環(huán)境技術(shù)綜合研究所最近宣布已開(kāi)發(fā)出能日本工業(yè)技術(shù)院資源環(huán)境技術(shù)綜合研究所最近宣布已開(kāi)發(fā)出能 吸附氫的纖維狀的炭，直徑約吸附氫的纖維狀的炭，直徑約100100納米納米 。 1. H 反應(yīng)熱力學(xué)反應(yīng)熱力學(xué) 氫的性質(zhì)氫的性質(zhì) Properties of hydrogen (1) (1) 元素直接化合元素直接化合 2 2E + HE + H2 2(g) 2 EH(g) 2 EH 例如例如，2Li(l) + H2(g) 2LiH(s) (2) BrBrnsted nsted 堿的加合質(zhì)子堿的加合質(zhì)

24、子 E E- - + H + H2 2O(ag)O(ag) EH + OH EH + OH- - 例如，例如，Li3N(s) + 3 H2O(l) 3Li(OH) (ag) + NH3(g) (3) (3) 鹵化物或擬鹵化物與氫化物之間的復(fù)分解鹵化物或擬鹵化物與氫化物之間的復(fù)分解 EH + EX EX + EHEH + EX EX + EH 例如例如，LiAlH4 + SiCl4 LiAlCl4 + SiH4 二元?dú)浠衔锏臉?biāo)準(zhǔn)生成自由能二元?dú)浠衔锏臉?biāo)準(zhǔn)生成自由能 是判斷氫與其是判斷氫與其 它元素直接化合反應(yīng)的重要判據(jù)。它元素直接化合反應(yīng)的重要判據(jù)。 為正值的氫化為正值的氫化 合物都不能由單

25、質(zhì)的反應(yīng)合成合物都不能由單質(zhì)的反應(yīng)合成。 m G m G s s區(qū)和區(qū)和p p區(qū)元素二元?dú)浠衔锏膮^(qū)元素二元?dú)浠衔锏?/(kJmol1) (298 K) 1 2 13 14 15 16 17 LiH(s) 68.4 NaH(s) 33.5 KH(s) 36.0 RbH(s) 30.0 CsH(s) 32.0 BeH2(s) +20.0 MgH2(s) 35.9 CaH2(s) 147.2 SrH2(s) 141.0 BaH2(s) 140.0 B2H6(g) +86.7 AlH3(s) 1.0 GaH3 0 CH4(g) 50.7 SiH4(g) +56.9 GeH4(g) +113.4 S

26、nH4(g) +188.3 NH3(g) 16.5 PH3(g) +13.4 AsH3(g) +68.9 SbH3(g) +147.8 H2O(l) 237.1 H2S (g) 33.6 H2Se (g) +15.9 H2Te (g) 0 HF(g) 273.2 HCl (g) 95.3 HBr (g) 53.5 HI (g) +1.7 mf H 分子型氫化合物由上而下穩(wěn)定性降低的趨勢(shì)與其平均分子型氫化合物由上而下穩(wěn)定性降低的趨勢(shì)與其平均 鍵焓鍵焓 ( (kJmolkJmol-1 -1) )有關(guān)。較重元素形成較弱的鍵，這 有關(guān)。較重元素形成較弱的鍵，這 一事實(shí)通常歸因于相對(duì)密實(shí)的一事實(shí)通常歸因

27、于相對(duì)密實(shí)的 H 1s H 1s 軌道與較松散的軌道與較松散的 重元素重元素 s s 和和 p p 軌道重疊能力比較差。軌道重疊能力比較差。 2. H2反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理 氫分子與大多數(shù)元素和不少化合物之間的反應(yīng)進(jìn)行氫分子與大多數(shù)元素和不少化合物之間的反應(yīng)進(jìn)行 很慢很慢這是因?yàn)樗倪@是因?yàn)樗母哝I焓高鍵焓使反應(yīng)需要使反應(yīng)需要較高的活化較高的活化能。能。 能得以進(jìn)行反應(yīng)的條件有：能得以進(jìn)行反應(yīng)的條件有： （a）（b） H H2 2分子在金屬表面分子在金屬表面( (a,a,多相催化多相催化) ) 或金屬配合物上或金屬配合物上 ( (b,b,均相催化均相催化) )發(fā)生發(fā)生均裂均裂而得以活化：而得以活化

28、： H H2 2分子在固體表面分子在固體表面( (多相催化多相催化) )或金屬離子或金屬離子( (均相催均相催 化化) )發(fā)生發(fā)生異裂異裂而得以活化：而得以活化： H H2 2 分子被 分子被 ZnO ZnO 固體表面吸附：固體表面吸附： H2 + ZnOZn O ZnOZn O H H+ / CO 加氫制取甲醇：加氫制取甲醇： CO(g) + 2 H2(g) CH3OH(g) Cu/Zn 催化催化 銅的冶煉中銅的冶煉中H H2 2被用做被用做CuCu2+ 2+離子的還原劑： 離子的還原劑： H2(g) + Cu 2 + (aq) CuH+(aq) + H+(aq) H2(g) Cu(s) +

29、 H+(aq) 外界條件引發(fā)產(chǎn)生外界條件引發(fā)產(chǎn)生 H H 自由基自由基 爆鳴氣在某種恒定爆鳴氣在某種恒定 溫度下的反應(yīng)速率隨壓溫度下的反應(yīng)速率隨壓 力增大發(fā)生不規(guī)則變化力增大發(fā)生不規(guī)則變化 的事實(shí)說(shuō)明了反應(yīng)過(guò)程的事實(shí)說(shuō)明了反應(yīng)過(guò)程 的復(fù)雜性。的復(fù)雜性。 人們將這種復(fù)雜性歸因于鏈反應(yīng)機(jī)理：既涉及簡(jiǎn)人們將這種復(fù)雜性歸因于鏈反應(yīng)機(jī)理：既涉及簡(jiǎn) 單鍵增殖單鍵增殖, , 也涉及分支鍵增殖。也涉及分支鍵增殖。 a b c 平緩區(qū)平緩區(qū) 爆炸區(qū)爆炸區(qū) 平緩區(qū)平緩區(qū) 爆炸區(qū)爆炸區(qū) 壓力增高方向壓力增高方向 例如，例如，H H2 2 和 和 O O2 2 生成水的反應(yīng) 生成水的反應(yīng): 2 H2 (g) + O2

30、(g) = 2 H2O(l) NO NO 氣體加進(jìn)氣體加進(jìn) H H2 2 和和 ClCl2 2 的混 的混 合體系時(shí)引起爆炸，試提出機(jī)理上的合體系時(shí)引起爆炸，試提出機(jī)理上的 解釋。解釋。 NO NO 自由基與自由基與 ClCl2 2 反應(yīng)形成反應(yīng)形成 ClCl自由基自由基： NO* + Cl2 ClNO + Cl 產(chǎn)生的產(chǎn)生的 ClCl自由基引發(fā)自由基引發(fā) H H2 2 和和 ClCl2 2 之間的快速反應(yīng)，之間的快速反應(yīng)， 同時(shí)發(fā)生同時(shí)發(fā)生鏈增長(zhǎng)鏈增長(zhǎng)步驟：步驟： H2 + Cl HCl + H H + Cl2 HCl + Cl Question 2Question 2 Solution 3

31、. H2 分子配合物分子配合物 19851985年發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)年發(fā)現(xiàn)了第一個(gè) H H2 2 分子配合物 分子配合物 W(CO)W(CO)3 3 P(CP(C3 3H H7 7) )3 3 2 2 ( ( 2 2-H-H2 2), ), 它暗示存在它暗示存在氫鍵在反應(yīng)中被氫鍵在反應(yīng)中被 活化而不斷裂活化而不斷裂。 機(jī)理中毫無(wú)例外地涉及機(jī)理中毫無(wú)例外地涉及 HH HH 鍵的斷裂，是否鍵的斷裂，是否 存在存在 HH HH 鍵在反應(yīng)中被活化而不斷裂的情況呢？鍵在反應(yīng)中被活化而不斷裂的情況呢？ H H2 2 分子以 分子以 s s 成鍵軌道成鍵軌道的電子的電子投入投入金屬空金屬空d d 軌道軌道， 而以

32、其而以其 s s 反鍵空軌道反鍵空軌道接受接受金屬滿金屬滿 d d 軌道電子軌道電子形成形成反饋反饋 鍵鍵，這種，這種協(xié)同成鍵作用協(xié)同成鍵作用使使 H H2 2 分子配合物得以穩(wěn)定。簡(jiǎn) 分子配合物得以穩(wěn)定。簡(jiǎn) 言之，言之，H H2 2 分子配合物的穩(wěn)定性決定于 分子配合物的穩(wěn)定性決定于中心金屬原子上的中心金屬原子上的 電荷密度電荷密度。 這種配合物對(duì)烯烴加氫反應(yīng)、氫加酰化反應(yīng)等重這種配合物對(duì)烯烴加氫反應(yīng)、氫加?；磻?yīng)等重 要工業(yè)過(guò)程非常重要。要工業(yè)過(guò)程非常重要。 HH2 2 分子和二氫配合物之間存在中間體分子和二氫配合物之間存在中間體 氫的用途氫的用途 Uses of hydrogen 燃燃

33、料料 燃燒值燃燒值/(kJkg-1) 氫氫 氣氣 120918 （H2） 戊硼烷戊硼烷 64183 （B5H9） 戊戊 烷烷 43367 （C5H12） 氫鍵的方向性、水合包合物氫鍵的方向性、水合包合物 氫鍵的內(nèi)容在前面各有關(guān)章節(jié)已講過(guò)，這里不再贅述氫鍵的內(nèi)容在前面各有關(guān)章節(jié)已講過(guò)，這里不再贅述. . 這里這里 僅作簡(jiǎn)單的復(fù)習(xí)僅作簡(jiǎn)單的復(fù)習(xí). . 冰冰 的的 敞敞 口口 網(wǎng)網(wǎng) 狀狀 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 氫鍵存在的有力證明 H2O、NH3和和HF的反的反 常沸點(diǎn)常沸點(diǎn) 可燃冰可燃冰- -水分子彼此間通過(guò)水分子彼此間通過(guò) 氫鍵形成籠，將外來(lái)中性分氫鍵形成籠，將外來(lái)中性分 子或離子子或離子(ClCl2 2,

34、CH,CH4 4, Ar, Xe, Ar, Xe 等等)包于籠內(nèi)的水合物包于籠內(nèi)的水合物( (分子分子 晶體晶體).). 下圖清楚說(shuō)明氫鍵的方向下圖清楚說(shuō)明氫鍵的方向決不只是直線性決不只是直線性的！的！ 二元?dú)浠衔锏姆诸惗獨(dú)浠衔锏姆诸?Classification of binary hydride 分子型氫化合物分子型氫化合物 Molecular hydrides 似鹽型氫化物似鹽型氫化物 Saline hydrides 金屬型氫化物金屬型氫化物 Metallic hydrides 氫的大多數(shù)二元化合物可歸入下述三大類中的某一氫的大多數(shù)二元化合物可歸入下述三大類中的某一 類類。但是這種

35、分類的界限也不十分明確，結(jié)構(gòu)類型并非但是這種分類的界限也不十分明確，結(jié)構(gòu)類型并非 非此即彼，而是表現(xiàn)出某種連續(xù)性。非此即彼，而是表現(xiàn)出某種連續(xù)性。 分子型氫化合物分子型氫化合物 除除鋁鋁、鉍鉍和和釙釙外，第外，第1313至第至第1717族元素都形成這類族元素都形成這類 氫化合物。它們以其分子能夠獨(dú)立存在為特征。氫化合物。它們以其分子能夠獨(dú)立存在為特征。 (1) (1) 存在形式存在形式 (2) (2) 熔沸點(diǎn)低，通常條件下為氣體熔沸點(diǎn)低，通常條件下為氣體 (3) (3) 因共價(jià)鍵極性差別較大而化學(xué)行為復(fù)雜因共價(jià)鍵極性差別較大而化學(xué)行為復(fù)雜 缺電子氫化物缺電子氫化物，如，如 B B2 2H H6

36、 6( ( 乙硼烷乙硼烷)中心原子未滿中心原子未滿 電子構(gòu)型。電子構(gòu)型。 B2H6 滿電子氫化物滿電子氫化物，如，如 CHCH4 4 中心原子價(jià)電子全部參中心原子價(jià)電子全部參 與成鍵。與成鍵。 CH4 富電子氫化物富電子氫化物，如，如NHNH3 3， 中心原子成鍵后有剩余未中心原子成鍵后有剩余未 成鍵的孤電子對(duì)成鍵的孤電子對(duì). . NH3 (1)(1) 電正性高的電正性高的 s s 區(qū)金屬似鹽氫化物是區(qū)金屬似鹽氫化物是非揮發(fā)性非揮發(fā)性，不不 導(dǎo)電導(dǎo)電并具并具明確結(jié)構(gòu)明確結(jié)構(gòu)的的晶形固體晶形固體。 (2)(2) H H- -的半徑在的半徑在 126 126 pm(LiH)pm(LiH)與與154

37、 154 pm(CsH) pm(CsH) 之間，之間， 如此大的變化幅度說(shuō)明如此大的變化幅度說(shuō)明原子核對(duì)核外電子原子核對(duì)核外電子的控制較的控制較 松弛松弛。H H- - 與 與 X X- - 所帶電荷相同，半徑介于 所帶電荷相同，半徑介于 F F- -與與 ClCl- - 間，因此才顯示出間，因此才顯示出 NaCl NaCl 型。型。 (3) (3) H H- -存在的重要化學(xué)證據(jù)：電解其與堿金屬的熔融存在的重要化學(xué)證據(jù)：電解其與堿金屬的熔融 物，陽(yáng)極放物，陽(yáng)極放H H2 2： 2 H2 H- - H H2 2 + 2e + 2e- - 與水反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是與水反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是: : H H- - +

38、H +H2 2O OHO OH- - + H + H2 2 此時(shí)此時(shí) H H- - 表現(xiàn)出 表現(xiàn)出強(qiáng)還原性強(qiáng)還原性、不穩(wěn)定性不穩(wěn)定性和和強(qiáng)堿性強(qiáng)堿性. . 似鹽型氫化物似鹽型氫化物 1 (g)H f2 mol150kJH(g),HeH 2 1 2 573K423 2 623K 2 2 CaHHCa 2NaHH2Na 2LiHH2Li 制備制備 物理性質(zhì)物理性質(zhì) 鹽鹽 LiH NaH KH RbH CsH CaH2 SrH2 BaH2 生成焓生成焓 fH/(kJmol-1) -91.2 -56.5 -57.7 -54.4 -49.8 -174.3 -177 -189.9 MH 核間距核間距/pm

39、 204 244 285 302 319 232 285* 249 306* 267 328* H- 實(shí)測(cè)實(shí)測(cè) 半徑半徑/pm 137 146 152 154 152 138 138 138 晶格焓晶格焓/(kJmol-1) (實(shí)驗(yàn)值實(shí)驗(yàn)值) 911.3 806.2 711.7 646.0 695 2 426.7 2 259.4 2 167.3 Saline hydridesSaline hydrides 作為試劑的氫化物 Saline hydridesSaline hydrides 還原性強(qiáng)還原性強(qiáng)2.23V)/H(HE 2 鈦的冶煉鈦的冶煉 LiOH 2TiTiOLiH 2 2 24 H

40、2NaCl 4TiTiClNaH 4 化學(xué)化學(xué)性質(zhì)性質(zhì) 劇烈水解劇烈水解 (g)HMOHOHMH 22 (g)2HCa(OH)O2HCaH 2222 氫化鈣劇烈水解氫化鈣劇烈水解 形成配位氫化物形成配位氫化物 3LiClLiAlHAlCl4LiH 43 無(wú)水乙醚 受潮時(shí)強(qiáng)烈水解受潮時(shí)強(qiáng)烈水解 23 4H Al(OH)LiOH +4H+4H2 2OO 金屬型氫化物金屬型氫化物(Metallic hydrides) 1. 1. 在周期表中的分布在周期表中的分布 (1) (1) 大部分是用大部分是用單質(zhì)直接化合單質(zhì)直接化合的方法的方法制備制備。 (2) (2) 都有都有金屬的電傳導(dǎo)性金屬的電傳導(dǎo)性和

41、顯有其他和顯有其他金屬性質(zhì)金屬性質(zhì)如如磁性磁性。 (3) (3) 除除 PbHPbH0.8 0.8 是非整比 是非整比外，它們都外，它們都有明確的物相有明確的物相。 過(guò)渡金屬吸氫后往往發(fā)生過(guò)渡金屬吸氫后往往發(fā)生晶格膨脹晶格膨脹，產(chǎn)物的密度比，產(chǎn)物的密度比 母體金屬的大。母體金屬的大。 (5) (5) 成鍵理論成鍵理論 氫以氫以原子狀態(tài)原子狀態(tài)存在于存在于金屬晶格金屬晶格中。中。 氫以氫以H H+ +存在于存在于氫化物氫化物中，氫將電子供入化合物的導(dǎo)帶中。中，氫將電子供入化合物的導(dǎo)帶中。 氫以氫以H H- -形式存在，每個(gè)氫原子從導(dǎo)帶取得形式存在，每個(gè)氫原子從導(dǎo)帶取得1 1個(gè)電子。個(gè)電子。 (6

42、) 金屬金屬 Pt Pt 具有催化作用，可以被解釋為表面具有催化作用，可以被解釋為表面 Pt Pt 原原 子形成子形成 PtH PtH 鍵的鍵焓大得足以使鍵斷開(kāi)，卻不足以補(bǔ)鍵的鍵焓大得足以使鍵斷開(kāi)，卻不足以補(bǔ) 償償 PtPt PtPt 金屬鍵斷裂所需的能量。金屬鍵斷裂所需的能量。 (7) (7) 可逆儲(chǔ)氫材料可逆儲(chǔ)氫材料 1體積體積 金屬金屬Pd 可吸收可吸收 700 體積體積 H2，減壓減壓或或加熱加熱可使其分解：可使其分解： 2 Pd + H2 2 PdH U + 3/2 H2 UH3 減壓減壓,327 K 常況常況523 K 573 K LaNi5 + 3 H2 LaNi5H6, 含含H

43、2量大于同體積液氫量大于同體積液氫 微熱微熱 (23) 105Pa QuestionQuestion 3 3 將下列化合物歸類并討論其物理性質(zhì)將下列化合物歸類并討論其物理性質(zhì)： HfH1.5 PH3 CsH B2H6 HfH1.5 和和 CsH 兩個(gè)氫化物為固體兩個(gè)氫化物為固體 前者是金屬型前者是金屬型 氫化物顯示良好的導(dǎo)電性，氫化物顯示良好的導(dǎo)電性， d d 區(qū)金屬和區(qū)金屬和 f f 區(qū)金屬往往區(qū)金屬往往 形成這類化合物。后者是形成這類化合物。后者是 s s 區(qū)金屬似鹽氫化物，是具區(qū)金屬似鹽氫化物，是具 有巖鹽結(jié)構(gòu)的電絕緣體。有巖鹽結(jié)構(gòu)的電絕緣體。p p 區(qū)分子型氫化物區(qū)分子型氫化物 PHP

44、H3 3 和和 B B2 2H H6 6 具有低的摩爾質(zhì)量，可以預(yù)料具有很高的揮發(fā)性（具有低的摩爾質(zhì)量，可以預(yù)料具有很高的揮發(fā)性（ 標(biāo)準(zhǔn)狀況下實(shí)際上是氣體）。標(biāo)準(zhǔn)狀況下實(shí)際上是氣體）。 LewisLewis結(jié)構(gòu)表明結(jié)構(gòu)表明 PHPH3 3 的的 P P 原子上有一對(duì)孤對(duì)電子，原子上有一對(duì)孤對(duì)電子， 因而是個(gè)富電子化合物，乙硼烷是缺電子化合物。因而是個(gè)富電子化合物，乙硼烷是缺電子化合物。 Solution 了解氫在周期表中的位置；了解氫在周期表中的位置； 5. 5. 了解氫能源（發(fā)生、儲(chǔ)存、利用）。了解氫能源（發(fā)生、儲(chǔ)存、利用）。 掌握二元?dú)浠锏姆诸惣捌涮攸c(diǎn)；掌握二元?dú)浠锏姆诸惣捌涮攸c(diǎn)； 3

45、. 3. 認(rèn)識(shí)氫的三種同位素；認(rèn)識(shí)氫的三種同位素； 了解氫的存在和用途，掌握氫的主要了解氫的存在和用途，掌握氫的主要 工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室制法；工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室制法； 教學(xué)要求教學(xué)要求 稀有氣體化學(xué)稀有氣體化學(xué) 一一. .稀有氣體簡(jiǎn)介稀有氣體簡(jiǎn)介 二二. .稀有氣體的化學(xué)性質(zhì)稀有氣體的化學(xué)性質(zhì) 三三. .稀有氣體及其化合物的應(yīng)用稀有氣體及其化合物的應(yīng)用 一、稀有氣體的簡(jiǎn)介一、稀有氣體的簡(jiǎn)介 (1).(1).稀有氣體的發(fā)現(xiàn)稀有氣體的發(fā)現(xiàn) (2).(2).稀有氣體的物理性質(zhì)稀有氣體的物理性質(zhì) 稀有氣體的發(fā)現(xiàn)稀有氣體的發(fā)現(xiàn) ; 在它后面是電負(fù)性在它后面是電負(fù)性最弱最弱的金屬元素的金屬元素; ;而其本身則是而其本

46、身則是 電離能電離能最大最大的一族元素。的一族元素。 由于這六種氣體元素的化學(xué)惰性，因此很久由于這六種氣體元素的化學(xué)惰性，因此很久 以來(lái)它們被稱為以來(lái)它們被稱為“惰性氣體元素惰性氣體元素”，直到，直到 Xe Xe 被被 PtFPtF6 6 氧化及其他稀有氣體化合物出現(xiàn)后，氧化及其他稀有氣體化合物出現(xiàn)后，“惰性惰性 氣體氣體”才因其在自然界儲(chǔ)量極少而改名為才因其在自然界儲(chǔ)量極少而改名為“稀有稀有 氣體氣體”。 稀有氣體的物理性質(zhì)稀有氣體的物理性質(zhì) 稀有氣體元素分別位于第一至六周期的稀有氣體元素分別位于第一至六周期的0 0族族, ,單質(zhì)單質(zhì) 均由均由單原子分子組成單原子分子組成, ,均為均為無(wú)色無(wú)

47、色、無(wú)臭無(wú)臭、無(wú)味無(wú)味的氣體的氣體. . 部分其余的物理性質(zhì)列舉如下部分其余的物理性質(zhì)列舉如下: : 氦氦氖氖氬氬氪氪氙氙氡氡 元素符號(hào)元素符號(hào)HeNeArKrXeRn 原子序數(shù)原子序數(shù)21018365486 原子量原子量4.002620.18339.94883.80131.30222.02 外層電子外層電子 排布排布 1s22s22p63s23p64s24p65s25p66s26p6 密度密度 0.17847 克克/ /升升 0.9002 克克/ /升升 1.17837 克克/ /升升 3.733 克克/ /升升 5.887 克克/ /升升 9.73 克克/ /升升 氦氦氖氖氬氬氪氪氙氙氡氡

48、 熔點(diǎn)熔點(diǎn)/ /o oc c -272.2 -248.67 -189.2 156.6 -111.9 -71 沸點(diǎn)沸點(diǎn)/ /o oc c -268.9 -245.9 -185.7 -153.3 -107.1 -61.8 溶解度溶解度 (ml(mlL L水水) ) 13.814.737.923110.9使水使水 分解分解 原子半徑原子半徑 (pm)(pm) 122 160 191 198 209 214 第一電離第一電離 能能(kj/mol)(kj/mol) 23722038 1523 1351 1172 1038 稀有氣體的物理性質(zhì)稀有氣體的物理性質(zhì) HeNeArKrXeRn 第一電離能第一電離

49、能 大大小小 mp. bp.mp. bp. 小小大大 水中溶解度水中溶解度 小小大大 氣體密度氣體密度 小小大大 稀有氣體的物理性質(zhì)稀有氣體的物理性質(zhì) 稀有氣體的存在、性質(zhì)、制備和應(yīng)用稀有氣體的存在、性質(zhì)、制備和應(yīng)用 空氣分離中可得空氣分離中可得 HeHe、RnRn外的所有其他稀有氣體外的所有其他稀有氣體. . He He 最難被液化最難被液化 ( (b.p. 4.2K). Rnb.p. 4.2K). Rn是放射性元素，主要由是放射性元素，主要由 Ra Ra 等等的的蛻變產(chǎn)物蛻變產(chǎn)物，如，如 Xe XeO2深度麻醉劑深度麻醉劑，制造高壓，制造高壓“人造小太人造小太 陽(yáng)陽(yáng)”,“”,“氡管氡管”用

50、于治療癌癥和用于治療癌癥和中子源中子源 He 大型反應(yīng)堆的大型反應(yīng)堆的冷卻劑冷卻劑，He-Ne-OHe-Ne-O2 2 呼吸氣可防 呼吸氣可防 “氣塞病氣塞病”，飛船的，飛船的飛升氣體飛升氣體，保護(hù)氣保護(hù)氣 Ne 霓紅燈霓紅燈，電子工業(yè)中的，電子工業(yè)中的充氣充氣介質(zhì)，介質(zhì)，低溫冷凍劑低溫冷凍劑 Kr 燈泡填充氣，燈泡填充氣，同位素測(cè)量同位素測(cè)量 Ar 燈泡填充氣，燈泡填充氣，保護(hù)氣保護(hù)氣 稀有氣體的主要用途稀有氣體的主要用途 Ra-Rn Ra-Rn 平衡約需平衡約需3030d d，1g Ra 1g Ra 達(dá)平衡時(shí)可放出達(dá)平衡時(shí)可放出 0.64 0.64 mmmm3 3 Rn. Rn Rn. R

51、n 本身也有放射性，吸入體內(nèi)很危險(xiǎn)！本身也有放射性，吸入體內(nèi)很危險(xiǎn)！ 稀有氣體在地稀有氣體在地 殼中的分布?xì)ぶ械姆植?Ra 226 88RnPo 226 86 218 84 二二. .稀有氣體的化學(xué)性質(zhì)稀有氣體的化學(xué)性質(zhì) ; 因?yàn)橄∮袣怏w成員的化學(xué)性質(zhì)都呈現(xiàn)出超常的因?yàn)橄∮袣怏w成員的化學(xué)性質(zhì)都呈現(xiàn)出超常的 不活潑，它們的單質(zhì)被認(rèn)為是這些元素穩(wěn)定存在時(shí)不活潑，它們的單質(zhì)被認(rèn)為是這些元素穩(wěn)定存在時(shí) 的唯一形式的唯一形式, ,被當(dāng)成被當(dāng)成最安全的惰性氣體最安全的惰性氣體。 幾乎沒(méi)有人懷疑過(guò)稀有氣體元素有化合能力和幾乎沒(méi)有人懷疑過(guò)稀有氣體元素有化合能力和 稀有氣體元素的原子結(jié)構(gòu)是一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的結(jié)論。稀

52、有氣體元素的原子結(jié)構(gòu)是一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的結(jié)論。 然而在然而在19621962年，年，2929歲的歲的Bartlett(Bartlett(英英) )在研究鉑的在研究鉑的氟化合物氟化合物 時(shí)得到一時(shí)得到一淡紅色的固體淡紅色的固體。在確認(rèn)其化學(xué)式是。在確認(rèn)其化學(xué)式是O O2+ 2+（ （ PtFPtF6 6) )_ _ 之后，之后， O2+PtF6O2+PtF6-他根據(jù)氙的第一電離能為他根據(jù)氙的第一電離能為 1130kJ/mol1130kJ/mol，和氧分子變成，和氧分子變成O O2 2+ +( (氧分子離子氧分子離子) )時(shí)所需的能量時(shí)所需的能量 1110kJ/mol1110kJ/mol相近，認(rèn)為用同

53、樣的合成條件應(yīng)當(dāng)能夠得到與相近，認(rèn)為用同樣的合成條件應(yīng)當(dāng)能夠得到與 O O2+ 2+(PtF (PtF6 6) )_ _相似的相似的XeXe+ +(PtF(PtF6 6) )_ _ , ,結(jié)果獲得了成功。 結(jié)果獲得了成功。 并在實(shí)驗(yàn)室里用不太激烈的條件合成了并在實(shí)驗(yàn)室里用不太激烈的條件合成了第一個(gè)穩(wěn)定的稀第一個(gè)穩(wěn)定的稀 有氣體元素化合物有氣體元素化合物，揭開(kāi)了稀有氣體元素化學(xué)的新的一頁(yè)。揭開(kāi)了稀有氣體元素化學(xué)的新的一頁(yè)。 巴特利特巴特利特的發(fā)現(xiàn)和隨之而來(lái)的種種稀有氣體元素化合物的的發(fā)現(xiàn)和隨之而來(lái)的種種稀有氣體元素化合物的 逐一出現(xiàn)，對(duì)于化學(xué)家們所熟悉的經(jīng)典原子結(jié)構(gòu)理論和化逐一出現(xiàn)，對(duì)于化學(xué)家們

54、所熟悉的經(jīng)典原子結(jié)構(gòu)理論和化 學(xué)鍵理論無(wú)疑是一次強(qiáng)烈的沖擊，使人們耳目為之一新。學(xué)鍵理論無(wú)疑是一次強(qiáng)烈的沖擊，使人們耳目為之一新。 XePtF6生成的反應(yīng)方程式生成的反應(yīng)方程式: : Xe+PtF6 - XePtF6 （六氟鉑酸氙六氟鉑酸氙 ） 除了除了XePtFXePtF6 6以外以外, ,某些其他金屬或非金屬的六氟化物某些其他金屬或非金屬的六氟化物MFMF6 6 也可以生成也可以生成XeMFXeMF6 6型化合物型化合物( (如如XeRhFXeRhF6 6););而且用而且用MFMF5 5與與Xe,Xe, 過(guò)量氟或者用過(guò)量氟或者用MFMF5 5與氟化氙反應(yīng)亦均可得與氟化氙反應(yīng)亦均可得XeM

55、FXeMF6 6型化合物型化合物 ( (如如XePFXePF6 6或或XeXe（SbFSbF6 6) ) ) ) 通過(guò)對(duì)通過(guò)對(duì)XeMFXeMF6 6型化合物的發(fā)現(xiàn)和研究，是對(duì)合成化學(xué)禁型化合物的發(fā)現(xiàn)和研究，是對(duì)合成化學(xué)禁 區(qū)的一次成功的突破，也是對(duì)原來(lái)的經(jīng)典化學(xué)理論體系區(qū)的一次成功的突破，也是對(duì)原來(lái)的經(jīng)典化學(xué)理論體系 （經(jīng)典原子結(jié)構(gòu)理論和化學(xué)鍵理論）進(jìn)行修正和補(bǔ)充，（經(jīng)典原子結(jié)構(gòu)理論和化學(xué)鍵理論）進(jìn)行修正和補(bǔ)充， 為稀有氣體化學(xué)開(kāi)拓了新的領(lǐng)域?yàn)橄∮袣怏w化學(xué)開(kāi)拓了新的領(lǐng)域 用直接合成法可以制得氙的氟化物，所得產(chǎn)物 決定于Xe和F F 的配比： ： ：混合，光照加熱混合，光照加熱 Xe F F X

56、e F ： ：混合，混合，.Mpa , 673K Xe F4 F ： ：20混合，混合，5Mpa , 523K Xe F6 這些氟化物都是強(qiáng)氧化劑,其還原產(chǎn)物多數(shù)情況 下是單質(zhì)Xe,因而不會(huì)給反應(yīng)系統(tǒng)引進(jìn)雜質(zhì). #. #. 氙的鹵素化合物氙的鹵素化合物 用直接合成法可以制得氙的氟化物，所得產(chǎn)物 決定于Xe和F F 的配比： ： ：混合，光照加熱混合，光照加熱 Xe F F Xe F ： ：混合，混合，.Mpa , 673K Xe F4 F ： ：20混合，混合，5Mpa , 523K Xe F6 這些氟化物都是強(qiáng)氧化劑,其還原產(chǎn)物多數(shù)情況 下是單質(zhì)Xe,因而不會(huì)給反應(yīng)系統(tǒng)引進(jìn)雜質(zhì). 氙的氟化物

57、氧化碘離子氙的氟化物氧化碘離子, ,氫氣和汞的反應(yīng)方程式氫氣和汞的反應(yīng)方程式, ,其其 實(shí)它還實(shí)它還可以氧化更難被氧化的物質(zhì)可以氧化更難被氧化的物質(zhì), ,如如: XeF2 + 2HCl - 2 HF + Xe + Cl2 XeF4 + Pt - Xe + PtF4 XeF2 ,XeF4 遇水發(fā)生歧化反應(yīng)遇水發(fā)生歧化反應(yīng): : 2XeF2 + 2H2O 2Xe + 4HF+O2 6 XeF4 + 12H2O 4Xe + 2XeO3+ 3O2 + 24HF XeF6與水發(fā)生劇烈反應(yīng)與水發(fā)生劇烈反應(yīng): XeF6+3H2O 6HF+ XeO3 (完全完全) XeF6 + H2O XeOF4 + 2 H

58、F (不完全不完全) 右圖為右圖為XeFXeF4 4的經(jīng)典結(jié)構(gòu)畫(huà)：的經(jīng)典結(jié)構(gòu)畫(huà)： 下面三圖分別為XeFXeF2 2 、XeFXeF4 4 、 XeF XeF6 6的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 三維模型圖象：三維模型圖象： 三種氙的氟化物的部分性質(zhì)比較三種氙的氟化物的部分性質(zhì)比較: : 密度,熔點(diǎn),鍵能,化學(xué)位移等均隨XeFXeFn n的的n n 值增大而減小值增大而減小; ;在無(wú)水在無(wú)水HFHF中中, ,惟惟 XeFXeF4 4難溶難溶, XeF, XeF2 2 和 和 XeFXeF6 6大量溶解大量溶解, ,而且溶液中而且溶液中XeFXeF2 2和和XeFXeF4 4未電離未電離, ,而而 XeFXeF6

59、6卻顯示電離卻顯示電離, ,這種現(xiàn)象尚無(wú)圓滿解釋。這種現(xiàn)象尚無(wú)圓滿解釋。 氙的氯化物和溴化物氙的氯化物和溴化物 自從合成自從合成氟化氙以后氟化氙以后, ,人們力圖使氙和氯人們力圖使氙和氯, ,溴化溴化 合?，F(xiàn)已制得合。現(xiàn)已制得XeClXeCl2 2并且用蛻變法得到了并且用蛻變法得到了XeClXeCl4 4和和 XeBrXeBr2 2等。但是這些物質(zhì)遠(yuǎn)較等。但是這些物質(zhì)遠(yuǎn)較XeFXeF2 2和和XeFXeF4 4難制備。難制備。 #. #. 氙的氧化物和氟氧化物氙的氧化物和氟氧化物 迄今為止迄今為止, ,氙的氧化物尚不能由單質(zhì)氙和氧直氙的氧化物尚不能由單質(zhì)氙和氧直 接化合生成接化合生成, ,只能

60、由氟化氙轉(zhuǎn)化而來(lái)只能由氟化氙轉(zhuǎn)化而來(lái); ;氙的氟氧化氙的氟氧化 物也是靠氟化氙轉(zhuǎn)化獲得。如物也是靠氟化氙轉(zhuǎn)化獲得。如 XeOFXeOF4 . 4 .Xe XeO O2 2F F2 2系由系由 XeFXeF6 6轉(zhuǎn)化而來(lái)轉(zhuǎn)化而來(lái); ;而而XeXeO O3 3, , XeXeO O4 4與與XeXeO O3 3F F2 2則由或則由或XeFXeF4 4 或或XeFXeF6 6 水解生成高氙酸再轉(zhuǎn)化生成。 水解生成高氙酸再轉(zhuǎn)化生成。 因此因此, ,從某種意義上來(lái)說(shuō)從某種意義上來(lái)說(shuō), ,氙的氧化物和氟氧氙的氧化物和氟氧 化物可以看作是氟化氙的衍生物化物可以看作是氟化氙的衍生物 XeO3 XeO O3