ch-09-元素概論(49)解析

無(wú)機(jī)化學(xué)（下）

（元素化學(xué)）N+2考核方案：測(cè)驗(yàn)0.2

章節(jié)小結(jié)0.1

小論文0.1

筆記0.1

期末考試0.5元素概論第九章9-1-1元素的發(fā)覺(jué)迄今為止，已發(fā)覺(jué)的元素和人工合成的元素已有116種,其中自然存在的為94(钚)種，其余為人工合成元素。9-1元素概述9-1-2元素的分類(lèi)ⅠA011HⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne311Na12MgⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Nb42Mo43Tc44Ru45Rh46Pd47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655Cs56Ba57-71Ln72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787Fr88Ra89-103An104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu*112Uub*1.按元素性質(zhì)：分為金屬和非金屬通過(guò)B-Si-As-Te-At和Al-Ge-Sb-Po之間的對(duì)角線(xiàn)來(lái)劃分,左下方為金屬(90種),右上方為非金屬(22種),對(duì)角線(xiàn)旁邊的Ge、As、Sb、Te為準(zhǔn)金屬。元素周期表輕稀有元素鉑系元素稀土元素分散稀有元素稀有氣體高熔點(diǎn)稀有元素紅色字放射性稀有元素IA011HⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne311Na12MgⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Nb42Mo43Tc44Ru45Rh46Pd47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655Cs56Ba57-71Ln72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787Fr88Ra89-103An104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112Uub2.在化學(xué)上元素分為兩類(lèi)：一般元素和稀有元素9-1-3元素在自然界中的存在形態(tài)單質(zhì)(游離態(tài))存在形態(tài)化合物(化合態(tài))氣態(tài)非金屬單質(zhì):如N2、O2等固態(tài)非金屬單質(zhì)；如C、S等金屬單質(zhì):如Hg、Au及Ag等氧化物、硫化物、鹵化物、碳酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽、硼酸鹽2.主要存在于礦物和自然水系中我國(guó)的礦物資源特殊豐富,已探明的達(dá)148種W、Li、Sb、Zn及稀土居世界之首稀土礦總儲(chǔ)量占世界的80%1.在地殼中分布最廣的10種元素為：

O、Si、Al、Fe、Ca、Na、

K、Mg、H、Ti

9-1-4元素的自然資源占組成地殼的原子總數(shù)的99%。2.主要存在于礦物和自然水系中1.在地殼中分布最廣的10種元素為：

O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti

Sn、Mo、Bi、Pb、Hg、Nb、Ta、Be等礦物儲(chǔ)量均居世界前列鈦鐵礦居世界第一Al、Cu、Ni的儲(chǔ)量也很大9-1-4元素的自然資源2.主要存在于礦物和自然水系中1.在地殼中分布最廣的10種元素為：

O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti

但我國(guó)鐵礦、銅礦、磷礦多為貧礦，鉀鹽、自然堿、自然硫、金剛石等資源少金、銀、鉑等更為稀有。9-1-4元素的自然資源2.主要存在于礦物和自然水系中1.在地殼中分布最廣的10種元素為：

O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti

非金屬礦物如P、S、石墨礦和硼礦儲(chǔ)量也很高9-1-4元素的自然資源2.主要存在于礦物和自然水系中1.在地殼中分布最廣的10種元素為：

O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti

9-1-4元素的自然資源海水中含有O、H、Cl、Na、Mg等約50余種元素大多數(shù)元素以離子形式存在，也有些沉積于海底如太平洋海底的錳結(jié)核礦2.主要存在于礦物和自然水系中1.在地殼中分布最廣的10種元素為：

O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti

9-1-4元素的自然資源3.也存在大氣中大氣中主要含有N2、O2和稀有氣體大致有五種方法：物理分別法熱分解法電解法還原法氧化法9-1-5單質(zhì)的制取方法適用于分別、提取以單質(zhì)存在，與其雜質(zhì)在某些物理性質(zhì)有顯著差異的元素如O2與N2的分別：利用液氧和液氮的沸點(diǎn)不同1.物理分別法常用于制備一些高純物質(zhì)如Zr(粗)+2I2ZrI4600℃1800℃Zr(純)+2I22.熱分解法用于制備活潑金屬和非金屬如H2和Cl2的制取2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑電解電解Na的制取2NaCl(熔體)2Na+Cl2↑CaCl2,580-590℃3.電解法MnO2+2COMn+2CO2↑△如MgO+CMg+CO↑△△WO3+3H2W+3H2O用還原劑還原化合物制取金屬單質(zhì)一般常用焦炭、CO、H2、活潑金屬等作還原劑4.還原法用氧化劑氧化化合物制取單質(zhì)如用空氣氧化法從黃鐵礦中提取硫3FeS2+6C+8O2Fe3O4+6CO2↑+6S↑△5.氧化法元素周期表ⅠA011HⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne311Na12MgⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Ne42Mo43Tc44Re45Rh46Pa47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655Cs56Ba57-71La72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787Fr88Ra89-103Ac104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112Uub氫是宇宙間全部元素中含量最豐富的元素在自然界中主要以化合態(tài)存在是周期系中第一號(hào)元素9-2

氫符號(hào)含量/%

1H（氕）H99.98

2H（氘）D0.016

3H（氚）T0.004氫有三種同位素9-2-1氫原子的性質(zhì)及其成鍵特征111Hydrogen,deuterium,tritium符號(hào)含量/%

1HH99.982HD0.0163HT0.004目前世界各地建立的核聚變反應(yīng)堆用的是D和T構(gòu)成的等離子體燃料氫有三種同位素111符號(hào)含量/%1HH99.982HD0.0163HT0.004∵三種同位素養(yǎng)子數(shù)相同,中子數(shù)不同?！嗨鼈兊膯钨|(zhì)和化合物的化學(xué)性質(zhì)基本相同，物理性質(zhì)和生化性質(zhì)則不同。氫有三種同位素價(jià)層電子構(gòu)型1s1氧化數(shù)-1,0,+1原子半徑/pm37電離能(kJ·mol-1)1312電子親合能(kJ·mol-1)-72.8電負(fù)性2.11.失去價(jià)電子→H+2.結(jié)合一個(gè)電子:H-易與活潑金屬形成離子型氫化物3.易與非金屬通過(guò)共用電子對(duì)形成

共價(jià)型氫化物中間電負(fù)性，與金屬、非金屬都能化合。熔點(diǎn)/℃-259.23沸點(diǎn)/℃-252.77氣體密度(g·cm-3)8.988×10-5(為空氣的1/40倍)△fusHm(J·mol-1)117.15△vapHm(J·mol-1)903.74熱導(dǎo)率(W·m-1·K-1)0.187(為空氣的5倍)9-2-2

氫氣的性質(zhì)和用途氫氣是無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭的可燃性氣體,是全部氣體中最輕的。

氫氣球可攜帶儀器作高空探測(cè)，也可攜帶干冰、碘化銀等試劑進(jìn)行人工降雨。9-2-2氫氣的性質(zhì)和用途熔點(diǎn)/℃-259.23沸點(diǎn)/℃-252.77氣體密度(g·cm-3)8.988×10-5(為空氣的1/40倍)△fusHm(J·mol-1)117.15△vapHm(J·mol-1)903.74熱導(dǎo)率(W·m-1·K-1)0.187(為空氣的5倍)熔、沸點(diǎn)極低，難液化。液氫是超低溫制冷劑，可將除氦外的所有氣體冷凍成固體。液氫是重要的高能燃料。是美國(guó)宇宙航天飛機(jī)和我國(guó)“長(zhǎng)征”三號(hào)火箭所用燃料。熔點(diǎn)/℃-259.23沸點(diǎn)/℃-252.77氣體密度

(g·cm-3)8.988×10-5(為空氣的1/40倍)△fusHm(J·mol-1)117.15△vapHm(J·mol-1)903.74熱導(dǎo)率(W·m-1·K-1)0.187(為空氣的5倍)3.在水中的溶解度很小。可大量溶于鎳、鈀、鉑等金屬中。利用此性質(zhì)可制得極純的氫氣9-2-2氫氣的性質(zhì)和用途4.氫分子在常溫下不活潑，鍵堅(jiān)實(shí)，不易解離。但當(dāng)已解離的氫原子結(jié)合為分子時(shí)，可放出大量熱：2H→H2rHm=-436kJ·mol-1利用此性質(zhì)可設(shè)計(jì)制作原子氫吹管（3500oC），用于熔化難熔的金屬(如W、Ta等)9-2-2氫氣的性質(zhì)和用途5.氫氣在氧氣或空氣中燃燒，可得到溫度近3000℃的氫氧焰可用于金屬的切割或焊接

H2+O2

→H2O

△rHm=-285.83kJ·mol-1

129-2-2氫氣的性質(zhì)和用途5.氫氣在氧氣或空氣中燃燒，可得到溫度近3000℃的氫氧焰。注意1.點(diǎn)燃或加熱氫氣時(shí)，必須確保氫氣的純凈，以免爆炸；2.使用氫氣的地方要嚴(yán)禁煙火,加強(qiáng)通風(fēng)。9-2-2氫氣的性質(zhì)和用途

詳見(jiàn)“氫化物”

6.氫氣在加熱時(shí)，可與很多金屬或非金屬反應(yīng)，生成氫化物。9-2-2氫氣的性質(zhì)和用途7.氫氣在高溫下，可與氧化物、氯化物反應(yīng)，得到金屬或非金屬如工業(yè)上高純鎢和硅的制取

WO3+3H2W+3H2O高溫SiHCl3+H2Si+3HCl↑高溫9-2-2氫氣的性質(zhì)和用途8.高溫下，氫分子可分解為原子氫，原子氫比分子氫活潑。2H+S→H2S與S作用生成H2S2H+CuCl2

→

Cu+2HCl在常溫下可將Cu、Fe、Bi、Hg、Ag等的氧化物或氯化物還原為金屬9-2-2氫氣的性質(zhì)和用途9-2-3氫氣的制備用鋅和鹽酸或稀硫酸作用

Zn+2H+

→

Zn2++H2↑試驗(yàn)室9-2-3氫氣的制備(1)自然氣或焦炭與水蒸氣作用,得到水煤氣CH4+H2OCO+3H2700-870℃Ni、Co催化劑C+H2OCO+H21000℃(2)水煤氣與水蒸氣反應(yīng),得到CO2和H2的混合氣CO+H2OCO2+H2Fe、Cr催化劑(3)除去CO2可得較純的氫氣工業(yè)上：1.水煤氣法

9-2-3氫氣的制備

電解15%-20%氫氧化鈉溶液

陰極：2H++2e-

→H2↑陽(yáng)極：4OH--4e-

→2H2O+O2↑如此制得的氫氣較純凈，但耗電量大。目前，絕大部分H2來(lái)自化石燃料的轉(zhuǎn)化。工業(yè)上：2.電解法元素發(fā)現(xiàn)年代發(fā)現(xiàn)者氦1868J.N.Lockyer,S.E.Frankland(英)1895W.Ramsay（英）氬1894J.W.Rsyleigh氖1898W.Ramsay（英）氪1898W.Ramsay（英）氙1898W.Ramsay（英）氡1900F.E.Dorn（德）9-3稀有氣體9-3-1稀有氣體的發(fā)覺(jué)與存在存在主要存在于空氣氦也存在于某些天然氣中、月球氡為某些放射性元素的蛻變產(chǎn)物9-3-1稀有氣體的發(fā)覺(jué)與存在氦為2電子構(gòu)型其它為穩(wěn)定的8電子構(gòu)型結(jié)構(gòu)9-3-2稀有氣體的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途性質(zhì)在一般條件下不具備化學(xué)活性在自然界以原子形式存在熔、沸點(diǎn)低，并隨原子序數(shù)的增加而遞增氦用途是除氫以外最輕的氣體，可用它取代氫氣填充氣球和汽艇；氦在血液中溶解度比氮小，可利用氦和氧混合物制成“人造空氣”供潛水員呼吸，以防得潛水?。豢勺鞒蜏匮芯恐械闹评鋭?4.2K)還可作低溫溫度計(jì)的填充氣體；可用做電弧焊中的惰性保護(hù)氣體。