元素化學(xué)課件

第九章元素化學(xué)

§1.氫§1.1基本性質(zhì)：

1766年英國（卡文迪許）確定元素氫的存在

Fe+H2SO4→FeSO4+H2

法國化學(xué)家拉瓦錫（Lavoisier）將其命名為hydrogen（源于希臘文“hydrogenes”），意思“生成水的物質(zhì)”。氫在自然界的主要來源是水、石油和天然氣氫的三種同位素的原子性質(zhì)

氕氘氚符號HDT原子量1.0078252.0141023.016049自然豐度99.985%0.015%10-17核自旋量子數(shù)1/211/2核磁矩（μN）2.792100.857352.9788核四極矩（10-28m2）02.766×10-30放射性和穩(wěn)定性穩(wěn)定穩(wěn)定β-,

t1/2

=12.35y

D2O是通過電解水富集制備的，一般用于核反應(yīng)堆的減速劑和冷卻劑。在實驗室中作示蹤元素，用于化學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究，也用作溶劑用于NMR。普通水電解時，H2的產(chǎn)生比D2容易。電解后水中的D2O富集，進(jìn)一步純化可得到純凈的D2O。含氘的化合物一般利用D2O通過交換反應(yīng)制備NaOH+D2ONaOD+HDONH4Cl+D2ONH3DCl+HDONH3DCl繼續(xù)用D2O處理，可以轉(zhuǎn)化為ND4Cl

氫的物理性質(zhì)

氫的物理性質(zhì)__________________________________熔點(K)13.957沸點(K)20.39熔化焓(kJmol-1)0.117蒸發(fā)焓(kJmol-1)0.904臨界溫度(K)33.19臨界壓強(qiáng)(kPa)1298鍵離解焓(kJmol-1)435.88零點能(kJmol-1)25.9核間距(pm)74.14密度(gdm-3)0.08988氫氣是無毒無色、無臭、最輕的氣體＊難溶于水1atm,20oC:20.6mL/L＊液化溫度僅次于氦＊易發(fā)生爆炸，在儲存時應(yīng)當(dāng)十分小心爆炸極限：4%74%(體積分?jǐn)?shù))1、實驗室制備氫氣

§1.2氫的制備

§1.3化學(xué)性質(zhì)

氧化數(shù)+1，0，-1

既有氧化性又有還原性，主要還是還原性

H—H鍵能（B.E.）453.6KJ/mol室溫下穩(wěn)定，高溫下強(qiáng)的還原劑與非金屬反應(yīng)：可與非金屬單質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)

H2(g)+F2(g)→2HF(g)H2(g)+Cl2(g)→2HCl(g)2H2(g)+O2(g)→2H2O(g)與金屬反應(yīng)：可以與活潑金屬（堿金屬、堿土金屬）發(fā)生反應(yīng)

2Li(S)+H2(g)→2LiH(S)Ca(S)+H2(g)→CaH2(S)分子型氫化物類鹽型氫化物與氧化物反應(yīng)：作為常用的還原劑與金屬氧化物或金屬離子反應(yīng)金屬鎢的制取以及濕法煉銅

WO3(s)+3H2(g)→W(s)+3H2O(g)Cu2+(aq)+H2(g)→Cu(s)+2H+(aq)與鹵化物等無機(jī)鹽發(fā)生還原反應(yīng)

PdCl2(aq)+H2(g)→Pd(s)+2HCl使PdCl2水溶液（粉紅色）變黑（Pd黑）這是氫的檢驗反應(yīng)§1.4氫化物氫化物是指氫和另一種元素形成的二元化合物，根據(jù)成鍵特征，大體可分為類鹽型氫化物、金屬型氫化物和分子型氫化物類鹽型氫化物：氫和s區(qū)元素形成金屬型氫化物：氫和d區(qū)、f區(qū)元素形成分子型氫化物：氫和p區(qū)元素形成P253類鹽型氫化物：MH和MH2的固態(tài)化合物。具有離子固體的結(jié)構(gòu)，熔融時呈離子導(dǎo)電性，電解熔融鹽在陽極析出氫氣還原性（H具有很強(qiáng)的還原能力）：NaH(s)+H2O(l)=NaOH(aq)+H2(g)NaH+CO2=HCOONa4NaH+Na2SO4=Na2S+4NaOH在野外作業(yè)時，由CaH2和水反應(yīng)可以方便地制得氫氣；在實驗室里，常用CaH2來脫去有機(jī)溶劑中的微量水由LiH和NaH可以制取LiAlH4和NaBH4等復(fù)合氫化物，是很好的還原劑，在有機(jī)合成中廣泛應(yīng)用(P254)金屬型氫化物：金屬型導(dǎo)體。具有可變的組成，呈非化學(xué)計量比的特征，如：ZrH1.3

ZrH1.75分子型氫化物：乙硼烷B2H6分子：2個三中心鍵乙硼烷的化學(xué)性質(zhì)很活潑，在空氣中易燃：B2H6+3O2=B2O3+3H2O室溫下，乙硼烷可以和各種化合物發(fā)生反應(yīng)：B2H6

+6H2O

2B(OH)3

+

6H2B2H6+6NH32B3N3H6

+

12H2

硼氫化反應(yīng)：B2H6的BH和C=C雙鍵的加成反應(yīng)，擇向性很強(qiáng)，硼原子加在烴基較少的雙鍵碳原子上(P256)硅烷：空氣中會自燃，和鹵素反應(yīng)劇烈，遇水迅速水解SiH4+2O2=SiO2

+

2H2OSiH4+4Cl2=SiCl4

+

4HClSiH4+(n+2)H2O=SiO2nH2O

+

4H2和硼烷相似，硅烷也能和C=C雙鍵發(fā)生加成反應(yīng)：CH2=CH2+SiH4CH3CH2SiH3工業(yè)上制SiH4

：Si+3HCl=SiHCl3+H24SiHCl3=SiH4+3SiCl4P257/例23-2

氫是重要的能源

2H2+O2→2H2O△H=123kJ/g能源氫氣天然氣原油煤酒精木材△H(kJ/g)1235045333016熱值高無廢物無污染清潔燃料液態(tài)氫已經(jīng)十分廣泛地用作火箭燃料問題??：如何廉價獲取氫氣？儲存和運輸？鋼瓶儲存，易爆炸，危險性高儲存原料：金屬LaNi5+3H2?LaNi5H6

非金屬WS2,