第十章氫和稀有氣體

第十章氫和稀有氣體

（hydrogenandnoblegases）§10-1元素?zé)o機(jī)化學(xué)概論(HydrogenanditsCompounds)一、元素的發(fā)現(xiàn)、分類(lèi)和存在形態(tài)

1、元素的發(fā)現(xiàn)

共有112種，地球上天然存在:92種人工合成:202、元素的分類(lèi)

(1)金屬元素90種，非金屬元素22種準(zhǔn)金屬:性質(zhì)介于金屬和非金屬之間的單質(zhì)(2)普通元素和稀有元素普通元素和稀有元素的劃分不是絕對(duì)的。3、元素在自然界中的存在形態(tài)游離態(tài)(單質(zhì))和化合態(tài)(化合物)（1）游離態(tài)a氣態(tài)非金屬單質(zhì)

b固態(tài)非金屬單質(zhì)c金屬單質(zhì)(2)化合態(tài)a活潑金屬元素(ⅠA族和ⅡA族中Mg)與ⅦA族(鹵素)形成的離子型鹵化物bⅡA族元素還常以難溶碳酸鹽形式存在于礦物中，c準(zhǔn)金屬元素(B除外)以及IB、IIB族元素常以難溶硫化物形式存在

dⅢB～ⅦB族過(guò)渡元素主要以穩(wěn)定的氧化物形式存在二、元素的自然資源地殼中分布最廣的10種元素的原子百分?jǐn)?shù)為：OHSiAlNa52.32％16.95％16.67％5.53％1.95％FeCaMgKTil.50％1.48％1.39％1.08％0.22％豐度可用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)或原子百分?jǐn)?shù)原子百分?jǐn)?shù)又稱(chēng)克拉克(Clark)值:用每種元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)除以相對(duì)原子質(zhì)量,稱(chēng)為該元素的原子因數(shù)，把所有地殼元素的原子因數(shù)總和作為100，每種元素原子因數(shù)所占的百分?jǐn)?shù)就是該元素的原子百分?jǐn)?shù)三、單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)

1、晶體結(jié)構(gòu)

同一周期元素的單質(zhì)，從左到右，一般由典型的金屬晶體經(jīng)過(guò)原子晶體、層狀晶體或鏈狀晶體等，最后過(guò)渡到分子晶體。同一族元素單質(zhì)由上而下，常由分子晶體或原子晶體過(guò)渡到金屬晶體副族元素單質(zhì)均為金屬晶體

2、物理性質(zhì)

（1）熔點(diǎn)、沸點(diǎn)

同一周期的主族元素，從左到右，熔、沸點(diǎn)由低→高→低，即兩端元素單質(zhì)的熔、沸點(diǎn)低，中間的高副族元素單質(zhì)一般具有較高的熔、沸點(diǎn)（2）密度和硬度同周期主族元素從左到右，單質(zhì)的密度與硬度是兩頭小中間大（3）導(dǎo)電性和超導(dǎo)性

周期表從左到右，主族元素單質(zhì)呈現(xiàn)出由導(dǎo)體向半導(dǎo)體、非導(dǎo)體演變的趨勢(shì)副族元素單質(zhì)均為金屬晶體，易導(dǎo)電四、單質(zhì)的制取方法

1．物理分離法

2．熱分解法

3．電解法

4．還原法

5．氧化法

*熱還原法的熱力學(xué)分析:埃靈罕姆圖

每消耗1molO2，并生成1/nmolMmO2n的吉布斯自由能變?yōu)?埃靈罕姆圖:─T圖

(1)某直線對(duì)應(yīng)的氧化物能被位于其下任一直線對(duì)應(yīng)的金屬所還原，而且兩直線距離相差越大，反應(yīng)進(jìn)行越完全。應(yīng)用:題目:判斷MnO2能否被Al還原。

(2)由圖可看出，MgO、Al2O3、CaO的值比其它氧化物的小得多，所以Mg、Al、Ca可還原其它金屬氧化物。(3)CO的值隨溫度升高而減小，在高溫下比許多氧化物的要小。因此，高溫下許多金屬氧化物（如Fe2O3、ZnO、CaO等）均可被C還原，這就是在材料學(xué)上很重要的碳熱還原。“價(jià)廉物美”§10-2氫及其化合物(HydrogenanditsCompounds)

宇宙間所有元素中含量最豐富的元素

一、單質(zhì)氫（SimpleSubstanceofHydrogen）1．氫的同位素（Theisotopes）(氕，Protium，符號(hào)H)占總量的99.98％

(氘，Deuterium，符號(hào)D)占0.016％(氚，Tritium，符號(hào)T)占總量的0.004％單質(zhì)和化合物的化學(xué)性質(zhì)基本相同，物理性質(zhì)和生物性質(zhì)則有所不同.重水中的氫鍵比普通水中的氫鍵H2的沸點(diǎn)最低:D的發(fā)現(xiàn)2．性質(zhì)：(1)物理性質(zhì)：

H2極難溶于水和有機(jī)溶劑，但它卻能大量溶解于金屬（Pt、Pd）和合金（LaNi5）中，固態(tài)氫又稱(chēng)為金屬氫

儲(chǔ)存氫，提純氫

金屬氫具有導(dǎo)電性:晶格質(zhì)點(diǎn)上為質(zhì)子，而電子為整個(gè)晶體共享氫氣非常難液化:提純氫氣(2)化學(xué)性質(zhì)：

氫的一些重要性質(zhì)價(jià)層電子構(gòu)型1S1

電離能/(kJ·mol-1)1312氧化數(shù)-l，0，+1電子親合能/(kJ·mol-1)-72.8原于半徑/pm37電負(fù)性2.20a．成鍵特點(diǎn)：

氫與非金屬和金屬都能化合成鍵方式:(1)失去價(jià)電子(2)結(jié)合一個(gè)電子(3)形成共價(jià)化合物(4)形成氫鍵周期表中的位置是不易確定的b.氫分子在常溫下不活潑

3500℃高溫的原子氫吹管c．化合反應(yīng)：

與許多金屬或非金屬反應(yīng)，形成各類(lèi)氫化物

d．還原反應(yīng)：

e.高溫下(如2000K以上)、輻射、低壓放電等情況下，氫分子可分解為原子氫。

原子氫比分子氫性質(zhì)活潑得多催化劑存在：3．制備

(1)實(shí)驗(yàn)室

(2)工業(yè)上

a．電解（在OH-中）制備N(xiāo)aOH的副產(chǎn)品b．水煤氣法：

I:II:或III:除去CO2

c．烴裂解：D、生物制氫,催化制氫(3)野外

二、氫化物（Hydride）

氫化物，某化氫§10-3稀有氣體TheRareGasesHelium(He)太陽(yáng)Neon(Ne)新的Argon(Ar)懶惰的Krypton(Kr)穩(wěn)定的Xenon(Xe)陌生的Radon(Rn)發(fā)光的Electronicconfiguration：ns2np6except：He1s2Ramsay：1904年Nobel化學(xué)獎(jiǎng)

一、GeneralProperties:

1．單原子分子，惰性氣體2．原子間存在微弱的色散力，熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、臨界溫度、蒸發(fā)熱以及在水中的溶解度都很小。

隨著原子序數(shù)的增加而遞增氦最難液化，唯一無(wú)熔點(diǎn)的物質(zhì)，低溫下是超導(dǎo)體

3．穩(wěn)定的8電子構(gòu)型(氦為2電子)4．液態(tài)空氣是提取稀有氣體的主要原料；5．用途：

氦：人造空氣，填充氣，火箭燃料壓力系統(tǒng)，冷凍劑，惰性氣體，高效巨變反應(yīng)原料。氖和氬：霓虹燈，冷凍劑，保護(hù)氣體。氪和氙：特種光源，醫(yī)學(xué)上。氡：放射性治療二、ChemicalProperties

1962：XePtF6“惰性氣體”----“稀有氣體”。

(1)制備：

（在常壓下）或1．氙的氟化物（Fluoridesofxenon）XeF2、XeF4、XeF6，穩(wěn)定的白色結(jié)晶狀

鎳容器內(nèi)

(2)性質(zhì)：a．都與水反應(yīng)：（制備氟化物時(shí)要嚴(yán)格干燥)慢

快(i)

(ii)分解成：

氧化還原反應(yīng)

歧化反應(yīng)XeF4等摩爾參與歧化反應(yīng)以及與水的氧化還原反應(yīng)的配平結(jié)果

(iii)OH-中

分解成：

上面兩個(gè)式子相加可得總反應(yīng)式，如果是1：1，則第二個(gè)方程要乘以2。

習(xí)題：完成反應(yīng)：不完全水解完全水解b．都是強(qiáng)氧化劑

c．良好的氟化劑

不能在玻璃容器中儲(chǔ)存或反應(yīng)d.路易斯酸堿反應(yīng)：(路易斯酸堿概念)和路易斯酸反應(yīng)：

和路易斯堿反應(yīng)：2．氙的氧化物（Oxidesofxenon）

(1)preparation:

a．XeO3由XeF4岐化或XeF6水解制得b．XeO4由XeF6在Ba(OH)2中歧化制得的高氙酸鋇Ba2XeO6，高氙酸鋇再與硫酸反應(yīng)：(2)properties：a．穩(wěn)定性

XeO3溶于水，在水中穩(wěn)定，固態(tài)時(shí)XeO3會(huì)發(fā)生爆炸OH－介質(zhì)中形成離子或?qū)τ陔暮趸铮谒嵝院椭行匀芤褐蠿e(VI)穩(wěn)定；在堿性溶液中Xe(VIII)穩(wěn)定XeO4是一種氣體，不如XeO3穩(wěn)定，正四面體幾何構(gòu)型。XeO4緩慢分解成XeO3和O2，當(dāng)XeO4低溫下為固態(tài)，會(huì)發(fā)生爆炸b．氧化性

高氙酸鹽是最強(qiáng)的氧化劑之一

c．在堿性溶液中，高氙酸鹽的主要形式是，它被水緩慢還原，然而在酸性溶液中，反應(yīng)很快：三、TheStereoStructuresofXenonCompounds1．符合VSEPR理論

XeF2AB2E3sp3d直線型

XeF4AB4E2sp3d2

平面四方

XeO3AB3Esp3

三角錐型

XeO4AB4sp3

正四面體

XeOF4AB5Esp3d2

四方錐型XeO2F2