氢和稀有气体课件

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,Chapter 11 Hydrogen and Noble Gases,氢和稀有气体,2024/11/24,SCU CS,1,不饱和脂肪烃,Chapter 11 Hydrogen and Noble,H,氢是周期表中唯一尚未找到确切位置的元素.,H氢是周期表中唯一尚未找到确切位置的元素.,11.1,氢的同位素,主要同位素有3种，此外还有瞬间即逝的,4,H,和,5,H。,重氢以重水（,D,2,O）,的形式存在于天然水中，平均约占氢原子总数的 0.016%。,中文名 英文名称 表示方法 符号 说明,氕,*,(音撇),protium,1,H H,稳定同位素,氘(音刀),deuterium,2,H D,稳定同位素,氚(音川),tritium,3,H T,放射性同位素,*氕这个名称只在个别情况下使用，通常直接叫氢；氘有时又叫“重氢”.,11.1 氢的同位素 主要同位素有3种，此,氢的存在与制备,氢是宇宙中丰度最高的元素，在地球上的丰度排在第15位。某些矿物(例如石油、天然气)和水是氢的主要资源，大气中,H,2,的含量很低是因为它太轻而容易脱离地球引力场。,存在,氢的存在与制备 氢是宇宙中丰度最高的元素，在地,氢的制备,（每年估计达500,10,9,m,3,）,H,2,H,2,H,2,H,2,H,2,H,2,H,2,NaH,N,2,C,1273 K,CH,4,1143 K,热解,光解,电 解,H,2,O,氢的制备（每年估计达500109m3）H2H2H2H2H,实验室制备方法,Zn+H,3,O,+,Zn,2+,+2H,2,O+H,2,H,2,S+Pb,2+,+2H,2,O PbS+2H,3,O,+,AsH,3,锌和硫酸中含微,量,As,AsH,3,+3Ag,2,SO,4,+3H,2,O,6Ag+H,3,AsO,3,+3H,2,SO,4,H,2,S,锌中含微量,ZnS,SO,2,锌还原,H,2,SO,4,产生,SO,2,+2KOH K,2,SO,3,+H,2,O,实验室制备方法Zn+H3O+Zn2+2H2O,工业制备方法,水蒸气转化法,CH,4,(g)+H,2,O(g)3 H,2,(g)+CO(g),1273,K,水煤气反应,C(s)+H,2,O(g)H,2,(g)+CO(g),1273,K,为了制氢，必须分离出,CO,。可将水煤气连同水蒸气一起通过红热的氧化铁催化剂，,CO,变成,CO,2，,然后在 2,10,6,下用水洗涤,CO,2,和,H,2,的混合气体，使,CO,2,溶于水而分离出,H,2,。,CO+H,2,+H,2,O(g)CO,2,+2 H,2,Fe,2,O,3,723,K,工业制备方法水蒸气转化法CH4(g)+H2O(g),工业制备方法,有文献报道，加热(383423,K),加压(10133039,kPa)，,效率可提高到 90%以上。,电解 20%,NaOH,或 15%,KOH,水溶液，耗能大，效率也只有,32%,4,OH,-,O,2,+2H,2,O+4e,-,(,阳极),2H,2,O,+2,e,-,2OH,-,+H,2,(,阴极),工业制备方法有文献报道，加热(383423K)加压(101,氢和稀有气体课件,氢燃烧速率快，反应完全。氢能源是清洁能源，没有环境污染，能保持生态平衡。,目前，已实验成功用氢作动力的汽车，有望不久能投入实用氢作为航天飞机的燃料已经成为现实，有的航天飞机的液态氢储罐存有近1800,m,3,的液态氢。,氢能源研究面临的三大问题：,氢气的发生（降低生产成本）,氢气的储存,氢气的输送（利用）,氢能源21世纪的清洁能源,氢燃烧速率快，反应完全。氢能源是清洁能源，没有环境污染，,氢的用途,燃 料 燃烧值/,(kJkg,-1,),氢 气,120918,（,H,2,）,戊硼烷,64183,（,B,5,H,9,）,戊 烷,43367,（,C,5,H,12,）,氢的用途燃 料 燃烧值/(kJkg-1),氢化物,离子型氢化物,分子型氢化物,金属型氢化物,氢化物 离子型氢化物,二元氢化物在周期表中的分布,氢的大多数二元化合物可归入下述三大类中的某一类。但是这种分类的界限也不十分明确，结构类型并非非此即彼，而是表现出某种连续性。,离子型,二元氢化物在周期表中的分布 氢的大多数二元化合物,离子型氢化物,(1),与,s,区金属形成。非挥发性，不导电并具明确结构的晶形固体。,(2)H,-,的半径在 126,pm(LiH),与154,pm(CsH),之间，说明原子核对核外电子的控制较松弛。,(3)H,-,存在的重要化学证据：电解其与碱金属的熔融物，阳极放,H,2,：2 H,-,H,2,+2e,-,与水反应的实质是,:H,-,+H,2,O OH,-,+H,2,此时,H,-,表现出强还原性、不稳定性和强碱性,.,离子型氢化物(1)与s 区金属形成。非挥发性，不导电并具明,还原性强,钛的冶炼,离子型氢化物的化学,性质,剧烈水解,氢化钙,剧烈水解,形成配位氢化物,受潮时强烈水解,+4H,2,O,还原性强 钛的冶炼离子型氢化物的化学性质 剧烈水解氢化钙剧,分子型氢化物,除铝、铋和钋外，第,13,至第,17,族元素都形成这类氢化合物。它们以其分子能够独立存在为特征。,分子型氢化物 除铝、铋和钋外，第13至第17族,存在形式,缺电子氢化物，中心原子未满电子构型。,B,2,H,6,满电子氢化物，中心原子价电子全部参与成键。,CH,4,富电子氢化物，中心原子成键后有剩余未成键的孤电子对.,NH,3,存在形式 缺电子氢化物，中心原子未满电子构型。B2H6,金属型氢化物,CuH,，,ZnH,2,金属型氢化物CuH，ZnH2,(1)大部分是用单质直接化合的方法制备。,(2)都有金属的电传导性和显有其他金属性质如磁性。,金属型氢化物,(3),金属,Pt,不能形成氢化物，但对加氢反应具有催化作用。,(1)大部分是用单质直接化合的方法制备。(2)都有金,可逆储氢材料,1体积金属,Pd,可吸收700 体积,H,2,，,减压或加热可使其分解：,2,Pd+H,2,2 PdH U+3/2 H,2,UH,3,减压,327,K,常况,523,K,573,K,LaNi,5,+3 H,2,LaNi,5,H,6,含,H,2,量大于同体积液氢,微热,(23),10,5,Pa,可逆储氢材料1体积金属Pd 可吸收700 体积 H2，减压或,稀有气体,Noble Gases,存在和用途,化合物,稀有气体 Noble Gases,空气分离中可得,He、Rn,外的所有其他稀有气体。,He,最难被液化(,b.p.4.2K),。,Rn,是放射性元素。,存在和用途,除氦之外,大气是其他稀有气体元素的唯一资源。有些地区的天然气中含有高浓度的,He(,高达,8%),。,空气分离中可得 He、Rn外的所有其他稀有气体。He,Xe,Xe-O,2,深度麻醉剂，制造高压“人造小太阳”,Rn,“,氡管”用于治疗癌症和中子源,He,大型反应堆的冷却剂，,He-Ne-O,2,呼吸气可防“气,塞病”，飞船的飞升气体，保护气,Ne,霓红灯，电子工业中的充气介质，低温冷冻剂,Kr,灯泡填充气，同位素测量,Ar,灯泡填充气，保护气,Xe Xe-O2深度麻醉剂，制造高压“人造小太阳”He,稀有气体化合物,1962年3月32日下午6时45分,Bartlett N,第一个观察到 “惰性气体”元 素的化学行为：,XePtF,6,红色液体生成！,O,2,（g）+PtF,6,(s)=O,2,+,PtF,6,-,(s),稀有气体化合物 1962年3月32日下午6时45分Ba,Xe(g)+F,2,(g)XeF,2,(s)(Xe,过量,),K,(250)=8.7910,4,Xe(g)+2 F,2,(g)XeF,4,(s),n,(Xe):,n,(F,2,)=1:5,K,(250)=1.0710,4,Xe(g)+3 F,2,(g)XeF,6,(s),n,(Xe):,n,(F,2,)=1:20,K,(250)=1.0110,8,氙的氟化物可由直接化合反应合成,XeF,6,与氧化物之间的复分解反应可使本身转化为氧化物：,XeF,6,(s)+3 H,2,O(l)XeO,3,(aq)+6 HF(g),2,XeF,6,(s)+3 SiO,2,(s)2 XeO,3,(s)+3 SiF,4,(g),吸能化合物,XeO,3,易爆炸，碱性水溶液中,Xe（）,的氧阴离子,在歧化并使,H,2,O,氧化的过程中缓慢分解生成高氙酸根离子 和,Xe,:,XeO,3,+OH,-,+Xe+O,2,+H,2,O,pH10,+,OH,-,Xe(g)+F2(g)XeF,氙化合物的结构,价层电子对互斥理论对氙的,化合物的空间结构的描述,XeF,2,(,直线型,)XeF,4,(,平面四方形,)XeF,6,(,变型八面体,),XeO,6,4-,氙化合物的结构价层电子对互斥理论对氙的 XeF2(直线型),