無機化學(4).pdf

無機化學無機化學無機化學無機化學 Inorganic ChemistrInorganic Chemistry 材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第四章第四章稀有氣體稀有氣體第四章第四章稀有氣體稀有氣體 Chapter 4 The Rare Gases Helium He Neon Ne Argon Ar 太陽太陽新的新的懶惰的懶惰的太陽太陽新的新的懶惰的懶惰的 Krypton Kr Xenon Xe Radon Rn 穩(wěn)定的穩(wěn)定的陌生的陌生的發(fā)光的發(fā)光的穩(wěn)定的穩(wěn)定的陌生的陌生的發(fā)光的發(fā)光的 4 1 稀有氣體的發(fā)現(xiàn)稀有氣體的發(fā)現(xiàn) 4 2 稀有氣體的單質(zhì)稀有氣體的單質(zhì) 4 3 稀有氣體化合物稀有氣體化合物4 3 稀有氣體化合物稀有氣體化合物 1868 J N Lockyer 英英 He 1868 y S E Frankland 英英 1895W Ramsay 英 英 y Ar1894J W Rayleigh N1898 英英 Ne1898W Ramsay 英英 Kr1898W Ramsay 英英 Kr1898W Ramsay 英英 Xe1898W Ramsay 英 英 Rn1900F E Dorn 4 1 稀有氣體的發(fā)現(xiàn)稀有氣體的發(fā)現(xiàn) 4 2 稀有氣體的單質(zhì)稀有氣體的單質(zhì) 4 3 稀有氣體化合物稀有氣體化合物4 3 稀有氣體化合物稀有氣體化合物 1 存在存在 主要存在于空氣主要存在于空氣氦也存在于某些天然氣中氦也存在于某些天然氣中主要存在于空氣主要存在于空氣氦也存在于某些天然氣中氦也存在于某些天然氣中 氡為某些放射性元素的蛻變產(chǎn)物氡為某些放射性元素的蛻變產(chǎn)物 2 結構結構 H eN eA rK rX eR n 1s22s22p63s23p64s24p65s25p66s26p6 氦原子為氦原子為2電子構型電子構型 ppppp 氦原子為氦原子為2電子構型電子構型 其它稀有氣體原子為穩(wěn)定的其它稀有氣體原子為穩(wěn)定的8電子構型電子構型 3 性質(zhì)性質(zhì) 價電子結構稱為飽和電子層結構 其電子親合勢都價電子結構稱為飽和電子層結構 其電子親合勢都 接近于零接近于零而且都有很高的電離勢而且都有很高的電離勢因此不易失去因此不易失去接近于零接近于零 而且都有很高的電離勢而且都有很高的電離勢 因此不易失去因此不易失去 電子 不易得到電子 不易形成化學鍵 電子 不易得到電子 不易形成化學鍵 均為單原子分子 均為單原子分子 He是所有單質(zhì)中沸點最低的氣體 是所有單質(zhì)中沸點最低的氣體 蒸發(fā)熱 在水中的溶解度以及熔 沸點都很低 并 且 蒸發(fā)熱 在水中的溶解度以及熔 沸點都很低 并 且隨著原子序數(shù)的增加而隨著原子序數(shù)的增加而逐逐漸升高漸升高 隨著原子序數(shù)的增加而漸升高隨著原子序數(shù)的增加而漸升高 在一般條件下不具備化學活性 在一般條件下不具備化學活性 稀有氣體的一些物理性質(zhì)稀有氣體的一些物理性質(zhì) 元素符號元素符號HeNeArKrXeRn元素符號元素符號HeNeArKrXeRn 沸點沸點 K 4 2 27 87 120 166 211 第一電離能第一電離能 mol kJ 1 2372 2033 1523 1351 1171 1038 mol kJ 是除氫以外最輕的氣體是除氫以外最輕的氣體 可用它取代氫氣填充氣可用它取代氫氣填充氣 4 用途用途 氦氦 是除氫以外最輕的氣體是除氫以外最輕的氣體 可用它取代氫氣填充氣可用它取代氫氣填充氣 球和汽艇球和汽艇 可利用氦和氧的混合物制成可利用氦和氧的混合物制成 人造空氣人造空氣 供供可利用氦和氧的混合物制成可利用氦和氧的混合物制成 人造空氣人造空氣 供供 潛水員呼吸 以防得潛水病潛水員呼吸 以防得潛水病 可作超低溫研究中的制冷劑可作超低溫研究中的制冷劑還可作低溫溫度還可作低溫溫度可作超低溫研究中的制冷劑可作超低溫研究中的制冷劑 還可作低溫溫度還可作低溫溫度 計的填充氣體計的填充氣體 可用做電弧焊的惰性保護氣體可用做電弧焊的惰性保護氣體可用做電弧焊的惰性保護氣體可用做電弧焊的惰性保護氣體 能產(chǎn)鮮艷的光能產(chǎn)鮮艷的光燈燈燈塔等燈塔等 氖氖 能產(chǎn)能產(chǎn)生生鮮艷的鮮艷的紅紅光光 可可用于用于霓霓紅紅燈燈 燈塔等燈塔等 照明工程 照明工程 氖也可作冷凍劑 致冷溫度為氖也可作冷凍劑 致冷溫度為25 40 K 當電流通過充氬燈管時 能產(chǎn)生藍光 可當電流通過充氬燈管時 能產(chǎn)生藍光 可 用于霓紅燈用于霓紅燈燈塔等照明工程燈塔等照明工程 氬氬 用于霓紅燈用于霓紅燈 燈塔等照明工程燈塔等照明工程 氬氬 氬和氦的混合氣體可用于充填燈泡氬和氦的混合氣體可用于充填燈泡氬和氦的混合氣體可用于充填燈泡氬和氦的混合氣體可用于充填燈泡 常用作保護氣體 常用作保護氣體 氪氪 制造特種光源 高效燈泡 制造特種光源 高效燈泡 氪氪 其同位素在醫(yī)學上用于測量腦血流量和研究其同位素在醫(yī)學上用于測量腦血流量和研究 肺功能 計算胰島素分泌量等 肺功能 計算胰島素分泌量等 制造特種光源 制造特種光源 氙氙 用于充填光電管和閃光燈 有 小太陽 之稱 用于充填光電管和閃光燈 有 小太陽 之稱 氙氙 其同位素在醫(yī)學上用于測量腦血流量和其同位素在醫(yī)學上用于測量腦血流量和 研究肺功能研究肺功能計算胰島素分泌量等計算胰島素分泌量等研究肺功能研究肺功能 計算胰島素分泌量等計算胰島素分泌量等 用于惡性腫瘤的放射性治療 用于惡性腫瘤的放射性治療 氡氡 4 1 稀有氣體的發(fā)現(xiàn)稀有氣體的發(fā)現(xiàn) 4 2 稀有氣體的單質(zhì)稀有氣體的單質(zhì) 4 3 稀有氣體化合物稀有氣體化合物4 3 稀有氣體化合物稀有氣體化合物 1962年 由英國化學家年 由英國化學家N Bartlett 合成了第個稀有氣體化合物合成了第個稀有氣體化合物 Xe PtFXe PtF 橙黃色固體橙黃色固體 合成了第合成了第一一個稀有氣體化合物個稀有氣體化合物Xe PtF6 Xe PtF6 Xe PtF6 橙黃色固體橙黃色固體 O2 PtF6 O2 PtF6 深紅色固體 深紅色固體 由于由于O2的第一電離能的第一電離能 1175 7kJ mol 1 和氙的第一和氙的第一 電離能電離能 1171 5kJ mol 1 非常接近非常接近 于是想到用氙于是想到用氙電離能電離能 1171 5kJ mol 非常接近非常接近 于是想到用氙于是想到用氙 代替氧可能會發(fā)生同樣的反應 代替氧可能會發(fā)生同樣的反應 至今至今已制成稀有氣體化合物數(shù)百種已制成稀有氣體化合物數(shù)百種至今至今 已制成稀有氣體化合物數(shù)百種已制成稀有氣體化合物數(shù)百種 鹵化物 鹵化物 XeF2 XeF4 XeCl2 氧化物氧化物 XeO3 XeO4氧化物氧化物 3 4 氟氧化物 氟氧化物 XeOF2 XeOF4 含氧酸鹽含氧酸鹽 M I HXeO4 M I 4XeO6含氧酸鹽含氧酸鹽 4 4 6 有氣體化合物中簡單化合物甚少有氣體化合物中簡單化合物甚少稀有氣體化合物中簡單化合物甚少稀有氣體化合物中簡單化合物甚少 1 氙的氟化物1 氙的氟化物 Xe F2XeF2 s 由由Xe在缺在缺F 情況下加壓反應情況下加壓反應 Xe F 2 1 1atm C400o 由由Xe在缺在缺F2情況下加壓反應情況下加壓反應 Xe F2 2 1 Xe 2F2XeF4 s 6atm C600o 較易制得 幾十小時后便制得較易制得 幾十小時后便制得 Xe F2 1 5 Xe 3F2XeF6Xe F2 1 20 60atm C300o 或或XeF4 F2XeF6 UV 常溫常溫 為什么 為什么Xe與與F2混合如此容易化合但六十多混合如此容易化合但六十多 年年 間卻沒有能合成出間卻沒有能合成出X 的化合物的化合物 年年 間卻沒有能合成出間卻沒有能合成出Xe的化合物的化合物 1 Xe的量太少 的量太少 2 對干燥的玻璃儀器不能獲得對干燥的玻璃儀器不能獲得實驗技術落后實驗技術落后 2 對干燥的玻璃儀器不能獲得對干燥的玻璃儀器不能獲得 實驗技術落后實驗技術落后 3 Inert 大多數(shù)化合物的制備與氟化物有關 大多數(shù)化合物的制備與氟化物有關 有的化合物作氟化物的衍生物有的化合物作氟化物的衍生物有的化合物可有的化合物可看看作作是是氟化物的衍生物氟化物的衍生物 XeF2 XeF4 XeF6的性質(zhì)的性質(zhì) 1 為穩(wěn)定的為穩(wěn)定的白色結晶狀白色結晶狀共價化合物共價化合物 1 為穩(wěn)定的為穩(wěn)定的白色結晶狀白色結晶狀共價化合物共價化合物 2XeF2 2H2O 2Xe 4HF O2 2 能與水反應能與水反應 2XeF2 2H2O 2Xe 4HF O2 2 能與水反應能與水反應 3 是優(yōu)良的氟化劑是優(yōu)良的氟化劑 2XeF6 SiO2 2XeOF4 SiF4 2 氙化合物的反應氙化合物的反應 1 與水的反應與水的反應 2 氙化合物的反應氙化合物的反應 1 與水的反應與水的反應 i XeF2在水中的溶解放出刺激性臭味 在酸性溶液中在水中的溶解放出刺激性臭味 在酸性溶液中 水解很慢水解很慢但在堿性溶液中水解很快但在堿性溶液中水解很快水解很慢水解很慢 但在堿性溶液中水解很快但在堿性溶液中水解很快 2XeF2 2H2O 2Xe 4HF O2 XeF2 2OH Xe 1 2O2 2F H2O ii XeF4在水中既有歧化反應又有氧化還原反應在水中既有歧化反應又有氧化還原反應 6X F12H O2X O4X3O24HF6XeF4 12H2O 2XeO3 4Xe 3O2 24HF 分解成 分解成 3XeF4 6H2O 3Xe 3O2 12HF 3XeF4 6H2O 2XeO3 Xe 12HF 上述反應方程式只是上述反應方程式只是XeF4等摩爾參與自身等摩爾參與自身Ox Red以及與水 的氧化還原的配平結果 實際上這是一個多重配平的方程式 以及與水 的氧化還原的配平結果 實際上這是一個多重配平的方程式 iii XeF6 H2O XeOF4 2HF XeOF4 2H2O XeO3 4HF 2 強氧化劑 強氧化劑 XeF6 8NH3 Xe N2 6NH4FXeF6 8NH3 Xe N2 6NH4F 可氧化可氧化H2 Cl Ce III Co II 不能盛放在 玻璃瓶中 不能盛放在 玻璃瓶中 XeF6化學性質(zhì)非?；顫?甚至與石英反應 化學性質(zhì)非常活潑 甚至與石英反應 2XeF6 g SiO2 s 2XeOF4 l SiF4 g XeF6也能發(fā)生歧化反應 也能發(fā)生歧化反應 4XeF6 18Ba OH 2 3Ba XeO6 Xe 8 4XeF6 18Ba OH 2 3Ba2XeO6 Xe 12BaF2 18H2O 3 良好的氟化劑良好的氟化劑 3 良好的氟化劑良好的氟化劑 RbF XeF6 RbXeF7 XeF2 SbF5 XeF SbF6 氙化合物的結構氙化合物的結構 以以XeF4為例 為例 構型 a b 3 氙化合物的結構氙化合物的結構 ABAB4 4E E2 2 價電子對構型為八面體價電子對構型為八面體 90 孤 孤 0 1 構型 a b 價電子對構型為八面體價電子對構型為八面體 XeF4可能的構型有兩種 可能的構型有兩種 90 孤 成 8 6 90 成 成 45 4 90成 成 4 5 Xe Xe FF F F FF F 平面四邊形平面四邊形 FF 平面四邊形平面四邊形 F a b dsp 3 23d sp XeF2AB2E3直線型直線型 XeF4AB4E2平面四方平面四方 3 sp dsp XeF4AB4E2平面四方平面四方 XeO3AB3E三角錐型三角錐型 23d sp 3 sp XeO4AB4正四面體正四面體 XeOF4AB5四角錐型四角錐型dsp dsp 3 XeOF4AB5四角錐型四角錐型 XeO2F2AB4E歪四面體歪四面體 23d spXeO64 AB6正八面體正八面體 符合符合VSEPR理論理論 分子 價電子對構型 可能構型 最穩(wěn)定構型分子 價電子對構型 可能構型 最穩(wěn)定構型 XeFXeF三角雙錐三角雙錐三種三種直線型直線型XeFXeF2 2三角雙錐三角雙錐三種三種直線型直線型 XeFXeF4 4八面體二種平面四面形八面體二種平面四面形 XeFXeF6 6變形八面體二種變形八面體變形八面體