氢稀有气体课件

)元素化学（一元素化学（一 第四篇第四篇非金属非金属第十三章 氢和稀有气体制作人 何晓燕第四篇 元素化学（一)非金属第十三章 氢和稀有气体1 教学要求教学要求 1 1了解氢及氢化物的物理和化学性质。了解氢及氢化物的物理和化学性质。2 2了解稀有气体的发现简史，单质、化合了解稀有气体的发现简史，单质、化合 物的性质、结构及用途。物的性质、结构及用途。教学重点教学重点 1 1氢化物的化学性质。氢化物的化学性质。2 2稀有气体化合物的结构及性质。稀有气体化合物的结构及性质。教学难点教学难点 VSEPR VSEPR理论判断稀有气体化合物的结构。理论判断稀有气体化合物的结构。教学要求 2 主要内容主要内容 1 1氢的存在，氢气的性质，氢氢的存在，氢气的性质，氢化物。化物。2 2稀有气体的存在、性质、制稀有气体的存在、性质、制备和应用，稀有气体的化合物。备和应用，稀有气体的化合物。主要内容 3氢和稀有气体氢和稀有气体一一.元素的基本概论元素的基本概论 1.1.地壳的组成地壳的组成 2.2.元素的存在形式元素的存在形式 3.3.周期表区域的划分周期表区域的划分二二.氢氢 1.1.氢的同位素与氢的成键特征氢的同位素与氢的成键特征 2.2.氢的制备及其化合物氢的制备及其化合物 3.3.氢的应用氢的应用三三.稀有气体稀有气体 1.1.稀有气体历史回顾、存在分离与成键特征稀有气体历史回顾、存在分离与成键特征 2.2.稀有气体化合物稀有气体化合物氙化学氙化学 3.3.稀有气态化合物结构（杂化轨道、价层电子对互斥理稀有气态化合物结构（杂化轨道、价层电子对互斥理论）论）4.4.稀有气体的应用稀有气体的应用氢和稀有气体一.元素的基本概论41.1.地壳的组成地壳的组成地壳的组成：地壳的组成：AtmosphereAtmosphereHydrosphereHydrospherelithospherelithosphere原子原子ClarkClark值值和质量和质量ClarkClark值值一一.元素的基本概论元素的基本概论1.地壳的组成一.元素的基本概论5一一.元素的基本概论元素的基本概论2.2.元素的存在形式元素的存在形式一.元素的基本概论2.元素的存在形式6一一.元素的基本概论元素的基本概论3.3.周期表中的区域划分周期表中的区域划分一.元素的基本概论3.周期表中的区域划分7氢稀有气体课件8二二.氢氢 1.1.氢的同位素与氢的成键特征氢的同位素与氢的成键特征1 1）氢的同位素）氢的同位素 氢是宇宙中最丰富的元素，主要以化合物形式存在氢是宇宙中最丰富的元素，主要以化合物形式存在 1H,2H and 3H （其中所含中子数分别为（其中所含中子数分别为0 0，1 1，2 2）氕氕(H),(H),氘氘(D),(D),氚氚(T)(T)2 2H H 和和 3 3H H是核聚变反应的原料是核聚变反应的原料 3 3H H 是不稳定的放射性元素是不稳定的放射性元素 protium deuterium tritium二.氢1）氢的同位素protium deuterium9 2)2)氢的成键特征氢的成键特征 氢原子属于氢原子属于s s区元素，其价电子层构型区元素，其价电子层构型1s1s1 1 a.a.离子键离子键电负性小的活泼金属电负性小的活泼金属Na,K,CaNa,K,Ca等氢等氢化物化物 b.b.共价键共价键非极性共价键非极性共价键H H2 2和极性共价键和极性共价键H H2 2O,NHO,NH3 3 c.c.其它键型其它键型 某些金属氢化物的晶格空隙中（非某些金属氢化物的晶格空隙中（非整比化物）整比化物）氢桥键（硼氢化合物和某些金属配合物）；氢桥键（硼氢化合物和某些金属配合物）；氢键（大多数含有氢键（大多数含有F,N,O,HF,N,O,H体系化合物）体系化合物）2)氢的成键特征112.2.氢的制备氢的制备 1)1)电解法和实验室法：锌等活泼金属与稀盐电解法和实验室法：锌等活泼金属与稀盐酸反应制备氢气（装置）酸反应制备氢气（装置）阴极：阴极：2H2H2 2O+2e HO+2e H2 2+2OH+2OH-；阳极：阳极：4OH4OH-O O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e 2)2)水煤气水煤气:2.氢的制备123.3.氢的化合物氢的化合物 1)1)离子型氢化物：与电负性小的第离子型氢化物：与电负性小的第IAIA和和IIAIIA族元素形成族元素形成的化合物的化合物遇水水解遇水水解 NaH+HNaH+H2 2O=HO=H2 2+NaOH +NaOH （CaHCaH2 2干燥剂）干燥剂）还原剂还原剂 TiClTiCl4 4+4NaH=Ti+4NaCl+2H+4NaH=Ti+4NaCl+2H2 2缺电子加合氢化物缺电子加合氢化物 4LiH+AlCl4LiH+AlCl3 3=LiAlH=LiAlH4 4+3LiCl+3LiCl 3.氢的化合物132)2)共价型氢化物：与第共价型氢化物：与第IVAIVA至至VIIAVIIA族元素形族元素形成的化合物成的化合物 缺电子化合物缺电子化合物B B2 2H H6 6；满电子化合物满电子化合物CHCH4 4；富电子化合物富电子化合物H H2 2O,NHO,NH3 3 3)3)金属型氢化物：与过渡金属形成的化合金属型氢化物：与过渡金属形成的化合物，非整比化合物，用于贮氢物，非整比化合物，用于贮氢2)共价型氢化物：与第IVA至VIIA族元素形成的化合物144.4.氢的应用氢的应用 1)1)还原剂、干燥剂用于无机和还原剂、干燥剂用于无机和有机合成有机合成 2)2)动力燃料氢能源动力燃料氢能源LaNi5LaNi5 3)3)氢氧燃料用于焊接和切割氢氧燃料用于焊接和切割4.氢的应用15三三.稀有气体稀有气体 1.1.稀有气体历史回顾、存在分离与成键特征稀有气体历史回顾、存在分离与成键特征 a.a.历史回顾：历史回顾：三.稀有气体 1.稀有气体历史回顾、存在分离与成键特16稀有气体的发现稀有气体的发现&1.He的发现的发现 1868年年,Janssen(法法)和和Lockyer（英）用分光镜分别（英）用分光镜分别从太阳表面上观测到一条新的从太阳表面上观测到一条新的 黄色谱线黄色谱线D3,认为它仅属认为它仅属于太阳上的某一未知元素于太阳上的某一未知元素,命名为命名为氦氦(Helium).1895年年Ramsay（英）用光谱实验证实了（英）用光谱实验证实了Hillebrand用酸处理用酸处理沥青时获得的不活泼气体为氦沥青时获得的不活泼气体为氦,结束了以为只有太阳上结束了以为只有太阳上有氦的误解有氦的误解.以后在地球其他物质中也陆续发现了氦以后在地球其他物质中也陆续发现了氦.&2.Ar的发现的发现 早在早在1785年年,英国著名科学家英国著名科学家Cavendish H.在研究空气在研究空气组成时，就发现在电火花作用下，用缄液吸收了氮和组成时，就发现在电火花作用下，用缄液吸收了氮和氧化合生成的氧化氮后，仍然有近氧化合生成的氧化氮后，仍然有近1%的残存气体，但的残存气体，但这并未引起重视，谁也没有想到，就在这少量气体里这并未引起重视，谁也没有想到，就在这少量气体里竟藏着整整一个族的化学元素。竟藏着整整一个族的化学元素。稀有气体的发现&1.He的发现17 100多年后，英国物理学家瑞利（多年后，英国物理学家瑞利（Rayleigh J.W.S.）在研究氮气时发现，从氮的化合物中）在研究氮气时发现，从氮的化合物中分离出来的氮气每升重分离出来的氮气每升重1.2508g，而从空气中，而从空气中分离出来的氮气在相同情况下每升重分离出来的氮气在相同情况下每升重1.2572g，瑞利无法解释，于是写信给自然，遍请，瑞利无法解释，于是写信给自然，遍请读者回答，但无复信。读者回答，但无复信。1894年年,他与他与Ramsay合作，把空气中的氮合作，把空气中的氮气和氧气除去，用光谱分析鉴别剩余气体时发气和氧气除去，用光谱分析鉴别剩余气体时发现了现了氩氩。由于氩和许多试剂都不发生反应，极。由于氩和许多试剂都不发生反应，极不活泼，故命名为不活泼，故命名为 Argon(在希腊文中是在希腊文中是“懒懒惰惰”的意思，中译为氩，元素符号是的意思，中译为氩，元素符号是 Ar)18&3Kr、Ne、Xe的发现的发现 由于氦和氩的性质非常相近，而且它们与周期由于氦和氩的性质非常相近，而且它们与周期系中已被发现的其他元素在性质上有很大差异，系中已被发现的其他元素在性质上有很大差异，因此因此Ramsay根据周期系的规律性，推测氦和氩可根据周期系的规律性，推测氦和氩可能是另一族元素，并且他们之间一定有一个与其能是另一族元素，并且他们之间一定有一个与其性质相似的家族。果然，性质相似的家族。果然，1898年年5月月30日，日，Ramsay和和Travers M.W.在大量液态空气蒸发后的在大量液态空气蒸发后的残余物中，用光谱分析首先发现了比氩重的残余物中，用光谱分析首先发现了比氩重的氪氪，他们把它命名为他们把它命名为 Krypton（即（即“隐藏隐藏”之意。它之意。它隐藏于空气中多年才被发现）。隐藏于空气中多年才被发现）。&3Kr、Ne、Xe的发现19 1898年年6月，月，Ramsay和和Travers M.W.在在蒸发液态氩时收集了最先逸出的气体，用蒸发液态氩时收集了最先逸出的气体，用光谱分析发现了比氩轻的氖。他们把它命光谱分析发现了比氩轻的氖。他们把它命名为名为 Neon（Neon 源自希腊词源自希腊词 neos，意为，意为“新的新的”，即从空气中发现的新气体。中，即从空气中发现的新气体。中译名为译名为氖氖，也就是现在霓虹灯里的气体）。，也就是现在霓虹灯里的气体）。1898年年7月月12日，日，Ramsay和和Travers M.W.在分在分馏液态空气，制得了氪和氖后，又把氪反复地分馏液态空气，制得了氪和氖后，又把氪反复地分次萃取，从其中又分出一种质量比氪更重的新气次萃取，从其中又分出一种质量比氪更重的新气体，他们把它命名为体，他们把它命名为 Xenon（源自希腊文（源自希腊文 Xenos，意为，意为“陌生的陌生的”，即人们所生疏的气体。中译，即人们所生疏的气体。中译名为名为氙氙。它在空气中的含量极少，仅占总体积的。它在空气中的含量极少，仅占总体积的一亿分之八）。一亿分之八）。20&4.Rn的发现的发现 氡是一种具有天然放射性的稀有气体，氡是一种具有天然放射性的稀有气体，1899 1899年，年，英国物理学家英国物理学家Owens R.B.Owens R.B.和和Rutherford E.Rutherford E.在研在研究钍的放射性时发现钍射气，即氡究钍的放射性时发现钍射气，即氡220220。19001900年，年，德国人道恩（德国人道恩（Dorn F.EDorn F.E，）在研究镭的放射性时发，）在研究镭的放射性时发现镭射气，即氡现镭射气，即氡219219。直到。直到19081908年年RamsayRamsay确定镭确定镭射气是一种新元素，和已发现的其它稀有气体一样，射气是一种新元素，和已发现的其它稀有气体一样，是一种化学惰性的稀有气体元素。其他两种气体，是一种化学惰性的稀有气体元素。其他两种气体，是它的同位素。在是它的同位素。在19231923年国际化学会议上命名这种年国际化学会议上命名这种新元素为新元素为 Radon Radon，中文音译成，中文音译成氡氡。氢稀有气体课件21 至此，氦、氖、氩、氪、氙、氡六种稀有气体至此，氦、氖、氩、氪、氙、氡六种稀有气体作为一定族全被发现了。它们占元素周期表零族作为一定族全被发现了。它们占元素周期表零族的位置的位置,这个这个位置相当特殊位置相当特殊，在它前面的是电负性，在它前面的是电负性最强最强的非金属元素的非金属元素;在它后面是电负性在它后面是电负性最弱最弱的金属的金属元素元素;而其本身则是电离能而其本身则是电离能最大最大的一族元素。由于的一族元素。由于这六种气体元素的化学惰性，因此很久以来它们这六种气体元素的化学惰性，因此很久以来它们被称为被称为“惰性气体元素惰性气体元素”，直到，直到 Xe 被被 PtF6 氧化氧化及其他稀有气体化合物出现后，及其他稀有气体化合物出现后，“惰性气体惰性气体”才才因其在自然界储量极少而改名为因其在自然界储量极少而改名为“稀有气体稀有气体”。至此，氦、氖、氩、氪、氙、氡六种稀有气体作为一2219621962年，加拿大化学家巴特列脱年，加拿大化学家巴特列脱(Bartlett)-(Bartlett)-制备制备了第一个有化学键的化合物了第一个有化学键的化合物XePtFXePtF6 6，使，使“惰性气惰性气体体”更名为更名为“稀有气体稀有气体”氧分子的第一电离能为：氧分子的第一电离能为：1175.7 kJmol-1,Xe第一电离能为：第一电离能为：1171.5 kJmol-1 O2+PtF6 =O2+PtF6-Xe+PtF6 =Xe+PtF6-XePtF6 在室温下稳定，不溶于四氯化碳，遇水分解：在室温下稳定，不溶于四氯化碳，遇水分解：XePtF6+6H2O=2Xe+2PtO2+12HF+O2 1962年，加拿大化学家巴特列脱(Bartlett)-23稀有气体的物理性质稀有气体的物理性质 稀有气体元素分别位于第一至六周期的稀有气体元素分别位于第一至六周期的0族族,单质均由单质均由单原子分子组成单原子分子组成,均为无色、无臭、无味均为无色、无臭、无味 的气体的气体.部分部分其余的物理性质列举如下其余的物理性质列举如下:氦氦氖氖氩氩氪氪氙氙氡氡元素符号元素符号HeNeArKrXeRn原子序数原子序数21018365486原子量原子量4.002620.18339.94883.80131.30222.02外层电子外层电子排布排布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 稀有气体的物理性质 稀有气体元素分别位于第一至六周24氦氦氖氖氩氩氪氪氙氙氡氡熔点熔点/oc-272.2-248.67-189.2-156.6-111.9-71 沸点沸点/oc-268.9-245.9-185.7-153.3-107.1-61.8 溶解度溶解度(mlL水水)13.814.737.923110.9使水分使水分解解原子半径原子半径(pm)122 160 191 198 209 214 第一电离第一电离能能(kj/mol)23722038 1523 1351 1172 1038 氦氖氩氪氙氡熔点/oc-272.2-248.67-18925 b.b.存在及分离存在及分离 空气液化精空气液化精馏，用活性铜馏，用活性铜除去少量氧，除去少量氧，用灼热的用灼热的Mg Mg Ca AlCa Al除去氮，除去氮，得到稀有气体。得到稀有气体。再通过它们在再通过它们在沸点和吸附能沸点和吸附能力上的差别分力上的差别分离出每种稀有离出每种稀有气体气体 He He是最是最难液化的气体。难液化的气体。b.存在及分离26c.c.成键特征成键特征 外电子层为外电子层为2e2e或或8e8e个电子；电子亲和能个电子；电子亲和能0 0，电离能大；，电离能大；稳定，不易发生化学反应；稳定，不易发生化学反应；单原子状态存在单原子状态存在(色散力色散力););稀有气体化稀有气体化合物主要是共价键。合物主要是共价键。c.成键特征27三三.稀有气体稀有气体2.2.用途：用途：He 超低温冷却剂；填充气球；作惰性保护气用于核超低温冷却剂；填充气球；作惰性保护气用于核反应堆热交换器；液氦在温度小于反应堆热交换器；液氦在温度小于2.2K2.2K时，是一时，是一种超流体，具有超导性和低粘性，对于研究和验种超流体，具有超导性和低粘性，对于研究和验证量子理论有重要的意义。证量子理论有重要的意义。Ne氖的导电性是空气的氖的导电性是空气的7575倍，用于放电管中发射红光，倍，用于放电管中发射红光，也用于作金属焊接的保护气也用于作金属焊接的保护气。Ar氩氩 氩的导热性很差，用于填充灯泡，也氩的导热性很差，用于填充灯泡，也用作焊接的保护气。用作焊接的保护气。Xe氪和氙氪和氙 导热性均很差，用于填充灯泡，用氙制导热性均很差，用于填充灯泡，用氙制的电光源氙灯有的电光源氙灯有“小太阳小太阳”之称。之称。Kr 三.稀有气体2.用途：He 超低温冷却剂；填充气球；作惰性28（一）氦的应用（一）氦的应用 氦气氦气用于充填探空气球、气艇、电子管；在焊接用于充填探空气球、气艇、电子管；在焊接或冶炼金属时用做保护气。用液氦取得低温，广泛应用或冶炼金属时用做保护气。用液氦取得低温，广泛应用于超导设备、粒子加速器等尖端技术中。用氦、氧混和于超导设备、粒子加速器等尖端技术中。用氦、氧混和气气(人造空气人造空气)供深水潜水员呼吸可防潜水病。液氦可制供深水潜水员呼吸可防潜水病。液氦可制低温温度计。还用于制激光器及霓虹灯。低温温度计。还用于制激光器及霓虹灯。（二）氖的应用（二）氖的应用 氖气氖气在低压放电时被激发出亮桔红色光。因此用于在低压放电时被激发出亮桔红色光。因此用于制霓虹灯、激光器、指示灯，还用于高能物理研究。液制霓虹灯、激光器、指示灯，还用于高能物理研究。液态氖可用作冷冻剂态氖可用作冷冻剂。（一）氦的应用29（三）氩的应用（三）氩的应用 氩气氩气用于充填电灯泡和日光灯管，切割或焊接用于充填电灯泡和日光灯管，切割或焊接金属时用作保护气体。用少量氖与其混合可制成蓝金属时用作保护气体。用少量氖与其混合可制成蓝色或绿色放电管。色或绿色放电管。（四）氪的应用（四）氪的应用 氪气用于充填电灯泡和电子器件。能吸收氪气用于充填电灯泡和电子器件。能吸收X X射射线，用作线，用作X X射线工作时的遮光材料。它跟氩混合可充射线工作时的遮光材料。它跟氩混合可充填霓虹灯管。还用于充填电离室以测量宇宙射线。填霓虹灯管。还用于充填电离室以测量宇宙射线。（三）氩的应用30（五）氙及其化合物的应用（五）氙及其化合物的应用 氙在电场作用下能发出强烈的白光。用于制高压氙在电场作用下能发出强烈的白光。用于制高压长弧氙灯长弧氙灯(俗称人造小太阳俗称人造小太阳)，产生紫外线的高压电弧，产生紫外线的高压电弧灯、闪光灯、中子计数器，灯、闪光灯、中子计数器，X X射线计数器，还用作麻醉射线计数器，还用作麻醉剂、原子反应堆中的中子吸收剂、充填闸流管和探测剂、原子反应堆中的中子吸收剂、充填闸流管和探测宇宙线用的电离室。宇宙线用的电离室。在精炼合金时，加入固体的二氟化氙、四氟化氙，在精炼合金时，加入固体的二氟化氙、四氟化氙，有助于除去金属或合金中所含的气体和非金属夹物。有助于除去金属或合金中所含的气体和非金属夹物。稀有气体的氟化物可作为猝灭消融剂的组分，使宇稀有气体的氟化物可作为猝灭消融剂的组分，使宇航飞行器从外层空间返回地球时免受外壳与大气摩擦航飞行器从外层空间返回地球时免受外壳与大气摩擦产生高温作用产生高温作用 。（五）氙及其化合物的应用31 稀有气体卤化物还可以作为大功率激光器的工作物质。例稀有气体卤化物还可以作为大功率激光器的工作物质。例如，一氟化氙激光器可发射出波长为如，一氟化氙激光器可发射出波长为351.1351.1纳米和纳米和353.1353.1纳米纳米的激光束。的激光束。人们还试图探讨将三氧化氙和四氧化氙用作火箭推进剂的人们还试图探讨将三氧化氙和四氧化氙用作火箭推进剂的可能性。可能性。（六）氡的应用（六）氡的应用 用于放射治疗或作中子源。在铀用于放射治疗或作中子源。在铀235235作核燃料的原子作核燃料的原子反应堆中，过去对如何处理具有放射性的氪和氙裂变产物感反应堆中，过去对如何处理具有放射性的氪和氙裂变产物感到困难，现在可以利用氟化的办法，使它们转为固态的氟化到困难，现在可以利用氟化的办法，使它们转为固态的氟化氪和氟化氙，并利用它们氟化能力的不同，将它们作进一步氪和氟化氙，并利用它们氟化能力的不同，将它们作进一步的分离。在铀矿的开采中，氡是一种有害的强放射性气体，的分离。在铀矿的开采中，氡是一种有害的强放射性气体，也可以通过氟化处理而消除。也可以通过氟化处理而消除。稀有气体卤化物还可以作为大功率激光器的工作物质。例32三三.稀有气体稀有气体2.稀有气体化合物稀有气体化合物主要是氙化学主要是氙化学 1)氙的氟化物氙的氟化物-不能用玻璃、石英不能用玻璃、石英制品，而用制品，而用镍容器镍容器XeF2(随随F2量的增多，可以生成量的增多，可以生成XeF4，XeF6）F2+Xe(过量过量)XeF2F2+Xe(少量少量)XeF4F2+Xe(少量少量)XeF6三.稀有气体2.稀有气体化合物主要是氙化学 F233性质性质 （1）强氧化性氧化性:氧化能力按XeF2XeF4XeF6顺序递增。一般一般情况被情况被还原原为单质。NaBrONaBrO3 3+XeF+XeF2 2+H+H2 2O NaBrOO NaBrO4 4+2HF+Xe+2HF+XeXeF2+H2 2HF+Xe2HF+XeXeF2+2Cl-2F2F-+Xe+Cl+Xe+Cl2 2XeF4+Pt 2PtF2PtF4 4+Xe+Xe 性质 （1）强氧化性:NaBrO3+XeF2+H234（2 2）与水反应）与水反应 ：氙氟化物与水反应活性不同2XeF2+2H2O =2Xe+4HF+O2 (在碱中迅速反应)6XeF4+12H2O2XeO3+4Xe+3O2+24HFXeF6+3H2OXeO3+6HF XeF6+H2OXeOF4+2HF (不完全水解（2）与水反应 ：2XeF2+2H2O =2Xe 35三种氙的氟化物的部分性质比较三种氙的氟化物的部分性质比较:密度密度,熔点熔点,键能键能,化学位移等均随化学位移等均随XeFn的的n值增值增大而减小大而减小;在无水在无水HF中中,惟惟 XeF4难溶难溶,XeF2 和和XeF6大量溶解大量溶解,而且溶液中而且溶液中XeF2和和XeF4未电离未电离,而而XeF6却显示电离却显示电离,这种现象尚无圆满解释这种现象尚无圆满解释.氙的氯化物和溴化物氙的氯化物和溴化物 自从合成氟化氙以后自从合成氟化氙以后,人们力图使氙和氯人们力图使氙和氯,溴化溴化合合.现已制得现已制得XeCl2并且用蜕变法得到了并且用蜕变法得到了XeCl4和和XeBr2等等.但是这些物质远较但是这些物质远较XeF2和和XeF4难制备难制备.氢稀有气体课件36#.#.氙的氧化物和氟氧化物氙的氧化物和氟氧化物 迄今为止迄今为止,氙的氧化物尚不能由单质氙和氧直接氙的氧化物尚不能由单质氙和氧直接化合生成化合生成,只能由氟化氙转化而来只能由氟化氙转化而来;氙的氟氧化物氙的氟氧化物也是靠氟化氙转化获得也是靠氟化氙转化获得.如如 XeOF4.Xe O2 F2系由系由XeF6转化而来转化而来;而而XeO3,Xe O 4与与 Xe O3 F2则由则由或或XeF4 或或XeF6 水解生成高氙酸再转化生成水解生成高氙酸再转化生成.因此因此,从某种意义上来说从某种意义上来说,氙的氧化物和氟氧化氙的氧化物和氟氧化物可以看作是氟化氙的衍生物物可以看作是氟化氙的衍生物#.氙的氧化物和氟氧化物 迄今为止,氙的氧化物尚37 2、氧化物、氧化物 氙的氧化物是无色、易潮解、易爆炸的晶状固体。由氟化物水解制备。XeO3：是一种易潮解和易爆炸的化合物，具有：是一种易潮解和易爆炸的化合物，具有强氧化性。氧化性。XeO3 盐酸酸 Cl2 Fe2+Fe3+Br-BrO3-+2、氧化物 XeO3 盐酸 Cl2 +38XeO3XeO3的制备反应的机理是的制备反应的机理是XeF4水解发生歧化反应水解发生歧化反应:3 XeF4+6 H2O-XeO3+2 Xe+1,5 O2+12 HF XeF6水解也可以制备水解也可以制备:XeF6+3 H2O-XeO3+6 HF XeO3是无色透明晶体是无色透明晶体,吸湿性很强吸湿性很强,极易发生强烈爆极易发生强烈爆炸炸,反应式为反应式为:XeO3 -Xe +1.5O2XeO3有很强的氧化性有很强的氧化性,可以把甲酸可以把甲酸,脂肪族和芳香族脂肪族和芳香族的伯醇或者仲醇氧化为二氧化碳和水的伯醇或者仲醇氧化为二氧化碳和水:如:XeO3+HCOOH-XeO2+CO2+H2 OXeO339下图为HXe O的三维模型图象：XeO3还可以还可以OH反应：反应：XeO3+OH-HXe O XeO3的水溶液在高能辐下，的水溶液在高能辐下，发生各种分解反应，生成氙、发生各种分解反应，生成氙、氧和过氧化氢等。氧和过氧化氢等。XeO3对某些生物生长有显对某些生物生长有显著影响，如抑制红菜豆芽胚著影响，如抑制红菜豆芽胚生长率，使甜菜根组织的色生长率，使甜菜根组织的色素消失等素消失等下图为HXe O的三维模型图象：XeO3还可以OH40XeO 将高氙酸盐与酸反应制备将高氙酸盐与酸反应制备XeO：Ba2 Xe O+2H2SO4-XeO4+2BaSO4+2 H2 O固体固体XeO极不稳定，甚至在极不稳定，甚至在都会爆炸：都会爆炸：XeO -Xe +O2 也因为也因为XeO极不稳定所以对它的化学性质研究极不稳定所以对它的化学性质研究很少很少 这是制取这是制取XeO的原料高氙的原料高氙 酸盐中酸盐中XeO62-的三维模型的三维模型 XeO 41Xe O FXe O F是一种无色透明，可流动的液体是一种无色透明，可流动的液体 制备：制备：Xe O+H2 O -Xe O F+2 HFXe O F是氙的氟氧化物中较稳定的，可储藏于是氙的氟氧化物中较稳定的，可储藏于镍容器内，但不能用玻璃仪器装：镍容器内，但不能用玻璃仪器装：2 Xe O F+SiO2-2Xe O2 F2+Si F4 Xe O F能与水反应，生成Xe O2 F2并且能进一水解，生成XeO3：Xe O F+H2 O-Xe O2 F2+HF Xe O2 F2+H2 O-XeO3+HFXe O F还能与氢气及部分金属氟化物反应Xe O F42氙的其它氧化物和氟氧化物氙的其它氧化物和氟氧化物氙的氟氧化物氙的氟氧化物包括：Xe O2 F2，Xe O F2，Xe O2 F，Xe O F2等一系列物质而氙的氧化物氙的氧化物至今至今只只合成了合成了XeO与与XeO XeO仅在放电瞬间存在，可以观察到仅在放电瞬间存在，可以观察到XeO时的吸收与发射光谱，难以制取时的吸收与发射光谱，难以制取氧化氙极易强烈爆炸，氟氧化氙和氟化氙吸潮后水氧化氙极易强烈爆炸，氟氧化氙和氟化氙吸潮后水解为氧化氙，且它们的爆炸原因和规律尚不完全明解为氧化氙，且它们的爆炸原因和规律尚不完全明了，因此在研究，使用和运输氧化氙、氟氧化氙和氟了，因此在研究，使用和运输氧化氙、氟氧化氙和氟化氙时化氙时一定一定注意采取防爆措施注意采取防爆措施氙的其它氧化物和氟氧化物43#.#.氙的复合物氙的复合物现在已经制成了种类繁多的现在已经制成了种类繁多的氙的复合物其中绝大氙的复合物其中绝大多数是加合物，多数是加合物，由氙化合物与其它某些简单化合物按由氙化合物与其它某些简单化合物按一定化学计量比结合而成。一定化学计量比结合而成。事实上，前面我们所讨论事实上，前面我们所讨论的的XeMF6型化合物也是属于加合物，鉴于型化合物也是属于加合物，鉴于XeMF6型化型化合物在化学领域具有开创意义，故先引述；下面我们合物在化学领域具有开创意义，故先引述；下面我们将对氙的各种复合物全面的予以论述。将对氙的各种复合物全面的予以论述。氙的加合物包括氟氙的加合物包括氟化氙化氙的加合物、的加合物、氟氧化氙氟氧化氙的加合的加合物、物、氧化氙氧化氙的加合物及其它氙的复杂加合物。的加合物及其它氙的复杂加合物。#.氙的复合物现在已经制成了种类繁多的氙的复合物其中44氟氟化氙化氙的加合物的加合物 氟氟化氙可以和化氙可以和Lewis酸及某些碱金属的氟化物形酸及某些碱金属的氟化物形成加合物。至今已经合成了数以百计的成加合物。至今已经合成了数以百计的氟氟化氙化氙的加的加合物，并且测定了它们的结构，确证氟合物，并且测定了它们的结构，确证氟化氙是氟离化氙是氟离子的供给者；子的供给者；Lewis酸等为氟离子的接受者，生成酸等为氟离子的接受者，生成离子型晶体离子型晶体:Xem Fn+Ma Fb _ 氟氟化氙的生成可能性和稳定性取决于化氙的生成可能性和稳定性取决于氟氟化氙与加化氙与加合体之间给、受氟离子的情况。实验证明合体之间给、受氟离子的情况。实验证明氟氟化氙释化氙释放氟离子的能力顺序为：放氟离子的能力顺序为：XeF6 XeF2 XeF4；XeF4几乎不生成加合物，几乎不生成加合物，XeF6生成加合物的能生成加合物的能力最强。力最强。利用生成加合物能力强弱差异可以提纯某利用生成加合物能力强弱差异可以提纯某些氟些氟化氙化氙氟化氙的加合物 氟化氙可以和Lewis酸及某些碱金属的氟化45氟氟化氙化氙的加合物的部分性质及对比的加合物的部分性质及对比氟氟化氙的熔点化氙的熔点XeF2 XeF4 XeF6；而氟；而氟化化氙氙的加合物的的加合物的熔点基本颠倒：熔点基本颠倒：XeF6 XeF2 XeF4 ，其原因尚不知。其原因尚不知。三种氟三种氟化氙给出氟离子能力次序与它们在无化氙给出氟离子能力次序与它们在无水氟化氢中的溶解度一致；水氟化氢中的溶解度一致；XeF4几乎不溶，几乎不溶，XeF2、XeF6易溶易溶,XeF6并发生离解。这两种并发生离解。这两种性质的内在联系有待进一步探讨。性质的内在联系有待进一步探讨。氟化氙的加合物的部分性质及对比氟化氙的熔点XeF2 XeF46 氟氟化氙化氙的加合物共性的加合物共性 各种氟各种氟化氙化氙的加合物不论稳定性如何，只的加合物不论稳定性如何，只要一与水接触，立即发生氟要一与水接触，立即发生氟化氙自身水解化氙自身水解反应，生成氙化合物的水溶液，甚至空气反应，生成氙化合物的水溶液，甚至空气中的水蒸气也会引起某些中的水蒸气也会引起某些氟氟化氙化氙的加合物的加合物的水解，如的水解，如CsCsF.XeF6在潮湿空气中水解为：在潮湿空气中水解为：CsCsF.XeOF4或或CsCsF.XeO3 。为防止水解，储。为防止水解，储放氟放氟化氙化氙的加合物时的加合物时应该考虑防潮应该考虑防潮。47氟氧化氙氟氧化氙的加合物的加合物 氟氧化氙氟氧化氙的加合物以的加合物以XeOF4最稳定，它与最稳定，它与XeF4相仿，能生相仿，能生成多种加合物，但比成多种加合物，但比XeF4给出氟离子的能力给出氟离子的能力小小。XeOF4与与Lewis酸酸作用时，给出氟离子，生成作用时，给出氟离子，生成离子型化合物离子型化合物XeO Fn+M Fn+1 _；如：；如：XeOF4与与Lewis酸酸SbF5作用时无作用时无色离子型晶体色离子型晶体XeOF4.SbF5及及XeOF4.2SbF5。XeOF4与与碱金属氟化物、碱金属氟化物、NOFNOF反应时则是后者反应时则是后者给出氟离子，给出氟离子，XeOF4表现为接受氟离子，仍然生成表现为接受氟离子，仍然生成离子型加合物离子型加合物。如：。如：XeOF4与与AsF5在在-78生成不稳定生成不稳定 XeOF3+AsF6 _;与与NOFNOF反应生成反应生成XeOF4与碱金属氟化物、与碱金属氟化物、NOFNOF反应时则是后者反应时则是后者给给出氟离子，出氟离子，XeOF4.NOFNOF均为均为离子型加合物。离子型加合物。XeOF4与与过度金属氟化物过度金属氟化物（如（如V VF5 ）反应则生成）反应则生成分子型加分子型加合物。合物。氟氧化氙的加合物 氟氧化氙的加合物以XeOF4最稳定，它48氧化氙氧化氙的加合物的加合物 迄今主要发现迄今主要发现XeO与碱金属卤化物生成加合物，它们实际与碱金属卤化物生成加合物，它们实际上也是前述卤氙酸盐。这类加合物突出特点是爆炸稳定性和热上也是前述卤氙酸盐。这类加合物突出特点是爆炸稳定性和热稳定性良好，水溶液也较稳定。如稳定性良好，水溶液也较稳定。如CsF与与XeO均吸水、吸氟均吸水、吸氟化氢性强，而加合物化氢性强，而加合物CsF.XeO不吸水也不吸氟化氢，甚至在不吸水也不吸氟化氢，甚至在水中保持着加合物的结构，没有完全离解。水中保持着加合物的结构，没有完全离解。其它氙的复杂加合物其它氙的复杂加合物 （1）有机化合物有机化合物 至今仍未获得，但是色谱分析和电泳实验可以测到极不稳至今仍未获得，但是色谱分析和电泳实验可以测到极不稳定的氙苯阳离子定的氙苯阳离子RXe+的瞬间存在。这证明只要掌握适宜的反的瞬间存在。这证明只要掌握适宜的反应条件应条件(如加入稳定剂如加入稳定剂)，氙的有机化合物完全可能合成。，氙的有机化合物完全可能合成。氧化氙的加合物 迄今主要发现XeO与碱金属卤化物生49（2）氟化氙的衍生物氟化氙的衍生物 即氟化氙中的氟为电负性强的基团取代，生成氙化合即氟化氙中的氟为电负性强的基团取代，生成氙化合物。反应通式为：物。反应通式为：XeFn+HA-Fn-1 XeA+HF(A为电负性较强基团，也可用为电负性较强基团，也可用OR表示表示)（3）氙的氟硼化合物）氙的氟硼化合物 理论计算结果表明了氙的氟硼化合物的可能性。已经理论计算结果表明了氙的氟硼化合物的可能性。已经获得的有：获得的有：F3xeB.其结构式为：其结构式为：Fxe_BF2 氙与氙与BF3 并加入并加入1-2的氟在高能辐射源激发下生成大量的氟在高能辐射源激发下生成大量F3xeB和少量和少量xeF2 xeF2仅和仅和BF3反应生成前述的加合物反应生成前述的加合物xeF2 .BF3氢稀有气体课件503)氟化氙的加合物和配合物：氟化氙的加合物和配合物：氟化氙作为氟离子的给予体和接受体氟化氙作为氟离子的给予体和接受体 a.2XeF2+AsF5=Xe2F3+AsF6-；XeF6+PtF5=XeF5+PtF6-b.CsF+XeF6=CsXeF7 ；2CsF+XeF6=Cs2XeF83)氟化氙的加合物和配合物：51三三.稀有气体稀有气体3.气态化合物结构（杂化轨道、价层电子对互斥理论）气态化合物结构（杂化轨道、价层电子对互斥理论）为什么氙的氟为什么氙的氟化合物现只有：化合物现只有：XeF2 XeF4XeF6 三.稀有气体3.气态化合物结构（杂化轨道、价层电子对互斥52氢稀有气体课件533、稀有气体化合物的、稀有气体化合物的构型构型分子分子 价价电子子对数数 价价电子子对构型构型 可能构型可能构型 最最稳定构型定构型 XeFXeF2 2 5 5 三角双三角双锥 三种三种 直直线型型 XeFXeF4 4 6 6 八面体八面体 二种二种 平面四面形平面四面形 XeFXeF6 6 7 7 变形八面体形八面体 二种二种 变形八面体形八面体 XeOFXeOF4 4 6 6 八面体八面体 二种二种 四方四方锥形形 XeOXeO3 3 4 4 四面体四面体 一种一种 三角三角锥形形 XeOXeO4 4 4 4 四面体四面体 一种一种 正四面体正四面体3、稀有气体化合物的构型分子 价电子对数 价电子对构型 可能54XeF2 XeF4 XeF6 XeOOOXeF2 XeF4 XeF6 XeOOO55