無機化學第18章氫和稀有氣體

1、無機化學第18章氫和稀有氣體精品課程精品課程第十八章第十八章 氫和稀有氣體氫和稀有氣體無機化學第18章氫和稀有氣體 18-1 氫氫 1-1 氫在自然界的分布氫在自然界的分布: 1. 氫是宇宙中最豐富的元素氫是宇宙中最豐富的元素 地殼三界（大氣、水、巖石）地殼三界（大氣、水、巖石）: 以化合物形式存在，原子百分比以化合物形式存在，原子百分比: 17%，僅次于氧，僅次于氧, 排第二位。排第二位。 整個宇宙充滿了氫整個宇宙充滿了氫: 是太陽大氣的主要成份是太陽大氣的主要成份:原子百分比原子百分比: 81.75% 是木星大氣的主要成份是木星大氣的主要成份: 原子百分比原子百分比: 82% 無機化學第1

2、8章氫和稀有氣體2. 氫的同位素氫的同位素 (Isotopes of hydrogen )中文名中文名 英文名稱英文名稱 表示方法表示方法 符號符號 說明說明氕氕*(音撇音撇) protium 1H H 穩(wěn)定同位素穩(wěn)定同位素氘氘 (音刀音刀) deuterium 2H D 穩(wěn)定同位素穩(wěn)定同位素氚氚(音川音川) tritium 3H T 放射性同位素放射性同位素 氕這個名稱只在個別情況下使用，通常直接叫氫；氘有時氕這個名稱只在個別情況下使用，通常直接叫氫；氘有時 又叫又叫“重氫重氫”. . 氕氕 H: 豐度最大豐度最大,原子百分比原子百分比: 99.98% 氘氘 D: 豐度可變。平均原子百分比豐

3、度可變。平均原子百分比: 0.016% 氚氚 T: 放射性同位素。在大氣層放射性同位素。在大氣層,宇宙射線裂變宇宙射線裂變 產(chǎn)物中產(chǎn)物中1021個氫原子中只含有一個個氫原子中只含有一個H31無機化學第18章氫和稀有氣體3. 制備制備 利用重水與水的差別，富集重水，再以任一種從利用重水與水的差別，富集重水，再以任一種從水中制水中制 H2 的方法從的方法從 D2O 中獲得中獲得 D。慢中子轟擊鋰產(chǎn)生慢中子轟擊鋰產(chǎn)生H31HeHnLi42311063 氕氕(11H)是豐度最大的氫同位素是豐度最大的氫同位素, 占占99.9844%；同位；同位素素21H叫氘叫氘, 占占0.0156%。氚。氚(31H)存

4、在于高層大氣中，存在于高層大氣中，它是來自外層空間的中子轟擊它是來自外層空間的中子轟擊N原子產(chǎn)生的：原子產(chǎn)生的： HCnN3112610147 我國首座重水堆核電站我國首座重水堆核電站秦山核電站用上國產(chǎn)核燃料秦山核電站用上國產(chǎn)核燃料無機化學第18章氫和稀有氣體: 三種同位素，核外均有三種同位素，核外均有1個電子，所以化學性質(zhì)相個電子，所以化學性質(zhì)相似，但質(zhì)量似，但質(zhì)量1， 2，3相差較大，所以導致了它們的單相差較大，所以導致了它們的單質(zhì)，化合物物理性質(zhì)上的差異。質(zhì)，化合物物理性質(zhì)上的差異。 H2 b.p : 20.2 D2 b.p : 23.3 1-2 氫的成鍵特征氫的成鍵特征 由于氫的電子結(jié)

5、構(gòu)為由于氫的電子結(jié)構(gòu)為 1s1 電負性為電負性為x=2.2，所以，所以它與其他元素的原子化合時，有以下幾種成鍵情況它與其他元素的原子化合時，有以下幾種成鍵情況: （1）形成離子鍵）形成離子鍵: 如如 KH，NaH，CaH2 等。在離子型等。在離子型 氫化物中氫的氧化態(tài)為負氫化物中氫的氧化態(tài)為負1。無機化學第18章氫和稀有氣體（2）形成共價鍵形成共價鍵: : a.形成非極性共價鍵形成非極性共價鍵: 如如 H2 單質(zhì)，表現(xiàn)單質(zhì)，表現(xiàn) 0 氧化態(tài)。氧化態(tài)。b.形成極性共價鍵形成極性共價鍵: 與非金屬的元素的原子化合與非金屬的元素的原子化合: HCl，HBr，H2O等，表現(xiàn)為等，表現(xiàn)為 +1 氧化態(tài)。

6、氧化態(tài)。 （3）獨特的鍵型獨特的鍵型 氫原子可以填充到許多過渡金屬晶格的空隙中，氫原子可以填充到許多過渡金屬晶格的空隙中， 形成一類非整比化合物形成一類非整比化合物,一般稱之為金屬氫化物。一般稱之為金屬氫化物。 例例: ZrH1.75 和和 LaH2.78 b. 在硼氫化合物在硼氫化合物（如（如B2H6） 和和某些過渡金屬配合某些過渡金屬配合 物中均以氫橋鍵存在。物中均以氫橋鍵存在。無機化學第18章氫和稀有氣體氫鍵：氫鍵：在含有強極性鍵的共價氫化物中（例在含有強極性鍵的共價氫化物中（例H2O， HF，HCl，NH3中）由于氫原子與一個電負性中）由于氫原子與一個電負性 很強的原子相結(jié)合，共用電子

7、對強烈偏向電負很強的原子相結(jié)合，共用電子對強烈偏向電負 性強的原子使氫變成近乎裸露的性強的原子使氫變成近乎裸露的H+，可以與另，可以與另 一個電負性高，有孤對電子的原子形成氫鍵。一個電負性高，有孤對電子的原子形成氫鍵。 1-3 氫的性質(zhì)和用途氫的性質(zhì)和用途 (1)單質(zhì)氫單質(zhì)氫 a.物理性質(zhì)物理性質(zhì) HH：共價鍵長為：共價鍵長為 74pm，無色無臭氣體。，無色無臭氣體。 273K時，時，1dm3 水溶解水溶解 0.02 dm3 的的 H2。分子量最。分子量最小。分子間作用力弱，所以難液化，小。分子間作用力弱，所以難液化，20K時才液時才液化。密度最小，化。密度最小， 故常用來填充氣球。故常用來填

8、充氣球。無機化學第18章氫和稀有氣體b.化學性質(zhì)化學性質(zhì): HH D=436KJ/mol 比一般單鍵高，接近雙鍵離比一般單鍵高，接近雙鍵離解能。常溫下惰性，但特殊條件下反應能迅速進行。解能。常溫下惰性，但特殊條件下反應能迅速進行。（1）與鹵素反應：）與鹵素反應：H2 + F2 2HF （低溫，暗處，爆炸，激烈）（低溫，暗處，爆炸，激烈）H2 + Cl2 2HCl （光照，點燃，才能反應）（光照，點燃，才能反應）H2 + Br2 2HB （光照，點燃，才能反應）（光照，點燃，才能反應）H2 + I2 2HI (高溫反應，且可逆）高溫反應，且可逆） （2）與氧反應：）與氧反應： 2H2 + O2

9、2H2O H2 在在 O2 中安全燃燒生成中安全燃燒生成 H2O，溫度可，溫度可3273K，可切、焊金屬?？汕小⒑附饘?。 無機化學第18章氫和稀有氣體易形成爆炸混合物：易形成爆炸混合物： H2 ：O2 = 2 ：1（體積比）（體積比） 或或 H2 含量：含量：667% （氫氣（氫氣空氣混合物）空氣混合物） （3）與金屬氧化物、鹵化物反應（制備高純金屬）與金屬氧化物、鹵化物反應（制備高純金屬） CuO + H2 H2O + Cu （加熱）（加熱） Fe3O4 + 4H2 4H2O + 3Fe （加熱）（加熱） WO3 + 3H2 3H2O + W （加熱）（加熱） TiCl4 + 2H2 4HC

10、l + Ti （加熱）（加熱）無機化學第18章氫和稀有氣體（4）與）與CO、不飽和烴反應：、不飽和烴反應： CO + 2H2 CH3OH CH2=CH2 + H2 CH3CH3 （5）與活潑金屬反應：（制離子型氫化物方法）與活潑金屬反應：（制離子型氫化物方法） 高溫下高溫下 ： 2Na + H2 2NaH Ca + H2 Ca H2 結(jié)論：結(jié)論：H2 的化學性質(zhì)以還原性為主要特征。的化學性質(zhì)以還原性為主要特征。 ZnOCuPTcat, K653K573423無機化學第18章氫和稀有氣體 1-4 氫的制備：氫的制備： 1. 實驗室制法：實驗室制法： （1） Zn + 2HCl ZnCl2 + H

11、2（2）電解法：）電解法：25% 的的 KOH 或或 NaOH 電解液：電解液： 陰極：陰極：2H2O + 2e H2 + 2OH- 陽極：陽極：4OH - 4e O2 + 2H2O 2. 工業(yè)制備法：工業(yè)制備法： (1)氯堿工業(yè)制氯堿工業(yè)制H2：電解飽和食鹽水：電解飽和食鹽水： 陰極：陰極： 2H2O + 2e H2+ 2OH- 陽極：陽極： 2Cl- - 2e Cl2 (2) C 還原水蒸氣：還原水蒸氣： C（赤熱）（赤熱） + H2O（g） H2 + CO （水煤氣）直接做工業(yè)燃料，民用管道煤氣（水煤氣）直接做工業(yè)燃料，民用管道煤氣。 無機化學第18章氫和稀有氣體 為了制氫，必須分離出為

12、了制氫，必須分離出CO。可將水煤氣連同水。可將水煤氣連同水蒸氣一起通過紅熱的氧化鐵催化劑，蒸氣一起通過紅熱的氧化鐵催化劑，CO 變成變成 CO2 ，然后在然后在 2106Pa（20atm）下，用水洗滌）下，用水洗滌 CO2 和和 H2 的混合氣體，使的混合氣體，使 CO2 溶于水而分離出溶于水而分離出 H2 。（3）甲烷催化分解或水蒸氣轉(zhuǎn)化：）甲烷催化分解或水蒸氣轉(zhuǎn)化： CH4 C + 2H2 CH4 + H2O CO + 3H2 （4）烷烴脫）烷烴脫H2： C2H6（g） CH2=CH2 + H2（直接合成氨（直接合成氨)Kcat1273,KcaT11731073.,加熱無機化學第18章氫和

13、稀有氣體 3. 野外生氫野外生氫 H2： Si + 2NaOH（aq）+ H2O 2H2 + Na2SiO3 Si（s） +2NaOH（s）+ Ca（OH）2（s） 2H2 + Na2SiO3 + Ca加熱 4. 配合催化太陽能分解水配合催化太陽能分解水 三三(2,2聯(lián)吡啶聯(lián)吡啶) 合釕合釕()(2a) 光能光能 2a*(已活化已活化) 2a 既是電子給予體，又是電子接受體，在光能的激發(fā)下，可以向水分既是電子給予體，又是電子接受體，在光能的激發(fā)下，可以向水分子轉(zhuǎn)移電子，使子轉(zhuǎn)移電子，使 H+ 變?yōu)樽優(yōu)?H2 放出。放出。 最近，日本有人把太陽能電池板與水電解槽連接在一起，電解部分的材最近，日本

14、有人把太陽能電池板與水電解槽連接在一起，電解部分的材料在產(chǎn)生氫氣一側(cè)使用鉬氧化鈷，產(chǎn)生氧氣一側(cè)則使用鎳氧化鈷。使用料在產(chǎn)生氫氣一側(cè)使用鉬氧化鈷，產(chǎn)生氧氣一側(cè)則使用鎳氧化鈷。使用1平平方米太陽能電池板和方米太陽能電池板和100毫升電解溶液，每小時可制作氫氣毫升電解溶液，每小時可制作氫氣 20 升，純度為升，純度為 99.9%。2(2a)O21HOH2(2a*)222無機化學第18章氫和稀有氣體無機化學第18章氫和稀有氣體 1-5 氫化物：氫化物： 氫與其它元素形成的二元化合物叫氫化物。氫與其它元素形成的二元化合物叫氫化物。 周期表中除稀有氣體外，其它大多數(shù)元素均可與周期表中除稀有氣體外，其它大多

15、數(shù)元素均可與氫直接或間接形成氫化物。根據(jù)元素電負性不同，氫直接或間接形成氫化物。根據(jù)元素電負性不同，氫化物分三種類型：氫化物分三種類型： （1）離子型氫化物（）離子型氫化物（Saline hydrides） H2 與與A、A（除（除Be）生成的氫化物，氫的氧化）生成的氫化物，氫的氧化態(tài)為負態(tài)為負1。2M + H2 2MH（M：A） NaCl晶型晶型 M + H2 MH2（ M：A）金紅石（）金紅石（TiO2）高溫高溫無機化學第18章氫和稀有氣體a.a.物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：具有離子型晶體的共性，熔沸點高，常溫下白具有離子型晶體的共性，熔沸點高，常溫下白色鹽狀晶體，熔化能導電，不溶于非水溶劑，色鹽

16、狀晶體，熔化能導電，不溶于非水溶劑，可溶于熔化的可溶于熔化的NaClNaCl晶體中。晶體中。H-的半徑在的半徑在 126 pm (LiH) 與與154 pm (CsH) 之間，之間，如此大的變化幅度說明原子核對核外電子的控如此大的變化幅度說明原子核對核外電子的控制較松弛。制較松弛。 H- 與與 X- 所帶電荷相同，半徑介于所帶電荷相同，半徑介于 F-與與 Cl-間，間， 因此才顯示出因此才顯示出 NaCl 型。型。 H-存在的重要化學證據(jù)：電解其與堿金屬的熔存在的重要化學證據(jù)：電解其與堿金屬的熔融物，陽極放融物，陽極放 H2： 2 H- H2 + 2e-與水反應的實質(zhì)是與水反應的實質(zhì)是: H-

17、 + H2O OH- + H2 此時此時 H- 表現(xiàn)出強還原性、不穩(wěn)定性和強堿性。表現(xiàn)出強還原性、不穩(wěn)定性和強堿性。無機化學第18章氫和稀有氣體還原性強還原性強2.23V)/H(HE2LiOH 2TiTiOLiH 2224H 2NaCl 4TiTiClNaH 4b. 化學性質(zhì)化學性質(zhì)劇烈水解劇烈水解(g)HMOHOHMH22(g)2HCa(OH)O2HCaH2222氫化鈣劇烈水解氫化鈣劇烈水解形成配位氫化物形成配位氫化物3LiClLiAlHAlCl4LiH43無水乙醚受潮時強烈水解受潮時強烈水解234H Al(OH)LiOH + 4H + 4H2 2OO無機化學第18章氫和稀有氣體 在非水溶劑

18、中，與缺電子化合物反應生成復合氫化物在非水溶劑中，與缺電子化合物反應生成復合氫化物 B2H6 + 2LiH 2LiBH4 AlCl3 + 4LiH LiAlH4 +3LiCl LiAlH4 + H2O= LiOH + Al(OH)3 + 4H2（野外生氫劑（野外生氫劑) (2)金屬型（過渡型）氫化物金屬型（過渡型）氫化物 (Metallic hydrides) Cu、Zn、BB、B：Cr、族：族：Pd、Ni 可與可與 H2 生成穩(wěn)定的松散氫化物。生成穩(wěn)定的松散氫化物。 a.組組 成成: 整比：整比：PdH、CrH2、ZnH2 非整比：非整比：LaH2.87、VH0.56等等 b.物理性質(zhì)物理性

19、質(zhì): 具有金屬外觀特征，有光澤，能導電。具有金屬外觀特征，有光澤，能導電。 加熱加熱 H 原子逸出可得高純原子逸出可得高純 H2。 乙醚乙醚無機化學第18章氫和稀有氣體 (1) 大部分是用單質(zhì)直接化合的方法制備大部分是用單質(zhì)直接化合的方法制備(2) 都有金屬的電傳導性和顯有其他金屬性質(zhì)如磁性都有金屬的電傳導性和顯有其他金屬性質(zhì)如磁性 (3) 過渡金屬吸氫后往往發(fā)生晶格膨脹，產(chǎn)物的密度過渡金屬吸氫后往往發(fā)生晶格膨脹，產(chǎn)物的密度 比母體金屬的大比母體金屬的大 (4) 成鍵理論成鍵理論氫以原子狀態(tài)存在于金屬晶格中氫以原子狀態(tài)存在于金屬晶格中以以H+存在于氫化物中存在于氫化物中,氫將電子供入化合物的導

20、帶中。氫將電子供入化合物的導帶中。氫以氫以H- -形式存在，每個氫原子從導帶取得形式存在，每個氫原子從導帶取得1個電子。個電子。 (5) 金屬金屬 Pt 具有催化作用具有催化作用 可以被解釋為表面可以被解釋為表面 Pt 原子形成原子形成 PtH 鍵的鍵焓大鍵的鍵焓大得足以使鍵斷開，卻不足以補償?shù)米阋允规I斷開，卻不足以補償 PtPt 金屬鍵斷裂所金屬鍵斷裂所需的能量。需的能量。無機化學第18章氫和稀有氣體(7) 可逆儲氫材料可逆儲氫材料 1 體積金屬體積金屬 Pd 可吸收可吸收 700 體積體積 H2，減壓或加熱，減壓或加熱可使其分解可使其分解2 Pd + H2 2 PdH U + 3/2 H2

21、 UH3減壓減壓,327 K常況常況523 K573 KLaNi5 + 3 H2 LaNi5H6, 含含H2量大于同體積液氫量大于同體積液氫 微熱微熱 (23) 105Pa無機化學第18章氫和稀有氣體（3）分子型氫化物（）分子型氫化物（Molecular hydrides） P區(qū)元素（除稀有氣體、區(qū)元素（除稀有氣體、In、Tl）,在一定條件下均在一定條件下均與與H2生成分子型氫化物。根據(jù)生成分子型氫化物。根據(jù)Lewis結(jié)構(gòu)中的電子數(shù)結(jié)構(gòu)中的電子數(shù)或鍵數(shù)的差異，有三種形式?；蜴I數(shù)的差異，有三種形式。 a. 形式：形式： 缺電子氫化物，如缺電子氫化物，如 B2H6 中心原子未滿電子構(gòu)型中心原子未滿

22、電子構(gòu)型 滿電子氫化物，如滿電子氫化物，如 CH4 中心原子價電子全部參與成鍵中心原子價電子全部參與成鍵 富電子氫化物，如富電子氫化物，如 NH3，中心原子成鍵后有剩余未成鍵的，中心原子成鍵后有剩余未成鍵的 孤電子對。孤電子對。 b. 物理性質(zhì)物理性質(zhì): 熔沸點低，通常條件下為氣體熔沸點低，通常條件下為氣體 c. 化學性質(zhì)化學性質(zhì): 因共價鍵極性差別較大而化學行為復雜因共價鍵極性差別較大而化學行為復雜B2H6CH4NH3無機化學第18章氫和稀有氣體僅就與僅就與H2O反應為例說明反應為例說明 C、Ge、Sn、P、Sb、As等氫化物等氫化物: 不與不與H2O反應反應 與與H2O反應的氫化物情況各不

23、相同：反應的氫化物情況各不相同：硅氫化物與硅氫化物與 H2O反應生成反應生成H2 SiH4 + 4H2O = 4H2 + H4SiO4NH3與與H2O加合并電離：加合并電離： NH3 + H2ONH3.H2O NH4+ + OH- -H2S、H2Se、H2Te、HF在水中溶解并弱酸式電離在水中溶解并弱酸式電離: H2S = H+ +HS- - HS- = H+ +S2-HCl、HBr、HI在水中溶解并強酸式電離在水中溶解并強酸式電離 HX=H+ + X- （X- = Cl-、Br-、I-）這些氫化物具有還原性，同族從上到下還原性增這些氫化物具有還原性，同族從上到下還原性增強，酸性增強。強，酸性

24、增強。無機化學第18章氫和稀有氣體 氫的大多數(shù)二元化合物可歸入下述三大類中的某一氫的大多數(shù)二元化合物可歸入下述三大類中的某一類。但是這種分類的界限也不十分明確，結(jié)構(gòu)類型并類。但是這種分類的界限也不十分明確，結(jié)構(gòu)類型并非非此即彼，而是表現(xiàn)出某種連續(xù)性。非非此即彼，而是表現(xiàn)出某種連續(xù)性。無機化學第18章氫和稀有氣體1-6 氫能源：氫能源： 1Kg H2完全燃燒放熱完全燃燒放熱120918KJ，屬于高能、，屬于高能、無污染、環(huán)保型燃料。目前有關(guān)氫能源研究，存無污染、環(huán)保型燃料。目前有關(guān)氫能源研究，存在著三大課題：發(fā)生、儲存、利用。在著三大課題：發(fā)生、儲存、利用。（1）發(fā)生：）發(fā)生： 從能量的觀點看，

25、利用太陽能光解海水最適從能量的觀點看，利用太陽能光解海水最適宜。目前的研究均以過渡金屬配合物為催化劑，宜。目前的研究均以過渡金屬配合物為催化劑，光解海水遠未達到生產(chǎn)規(guī)模。光解海水遠未達到生產(chǎn)規(guī)模。（2)2) 儲存：儲存： 因密度小，不安全，裝運難度大因密度小，不安全，裝運難度大.目前使用高目前使用高壓容器儲存。使用不便，有危險。很多人正在從壓容器儲存。使用不便，有危險。很多人正在從事金屬氫化物的可逆儲氫研究。事金屬氫化物的可逆儲氫研究。 無機化學第18章氫和稀有氣體 但但Pd、U均為貴金屬，不經(jīng)濟，也有人正在均為貴金屬，不經(jīng)濟，也有人正在從事多組分金屬合金氫化物的研究從事多組分金屬合金氫化物的

26、研究 LaNi5 + 3 H2 LaNi5H6(2-3)X105Pa微熱微熱 LaNi5合成方便，價格低，空氣中穩(wěn)定，儲氫量合成方便，價格低，空氣中穩(wěn)定，儲氫量大，很有發(fā)展前途。大，很有發(fā)展前途。180-200ml H2/g. （3）利用：）利用： 目前，已實驗成功用氫作動力的汽車，有望不久目前，已實驗成功用氫作動力的汽車，有望不久 能投入實用能投入實用 氫作為航天飛機的燃料已經(jīng)成為現(xiàn)實，有的航天氫作為航天飛機的燃料已經(jīng)成為現(xiàn)實，有的航天 飛機的液態(tài)氫儲罐存有近飛機的液態(tài)氫儲罐存有近 1800 m3的液態(tài)氫的液態(tài)氫 無機化學第18章氫和稀有氣體15Km50KmO3大氣層大氣層UV射線射線無機化

27、學第18章氫和稀有氣體182 稀有氣體稀有氣體 （Noble gases） 歷史的回顧：歷史的回顧：18941900年間被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)年間被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)119621962年前，確信它們的性質(zhì)不活潑，叫它們?yōu)槟昵埃_信它們的性質(zhì)不活潑，叫它們?yōu)?“惰性氣體惰性氣體”（inert gases) )；2曾因它們與各種化學試劑都不發(fā)生反應，于是認曾因它們與各種化學試劑都不發(fā)生反應，于是認 為它們的化合價為零，又將其稱為為它們的化合價為零，又將其稱為“零族元素零族元素”；3根據(jù)這六個元素在地殼中的含量稀少，又廣泛地根據(jù)這六個元素在地殼中的含量稀少，又廣泛地 稱它們?yōu)榉Q它們?yōu)?“稀有氣體稀有氣體” ( (nobl

28、e gases) )；4自上而下，以氦為首，故也叫做自上而下，以氦為首，故也叫做“氦族元素氦族元素”；5也有人稱它們?yōu)橐灿腥朔Q它們?yōu)椤皢卧託鈶B(tài)元素單原子氣態(tài)元素” ( (monoatomic gas elements）無機化學第18章氫和稀有氣體 17世紀世紀70年代只知道空氣的固定成分是氮和氧。年代只知道空氣的固定成分是氮和氧。1785年，年，Cavendish 用電火花使氮和氧化合為橙紅色的氧化氮用電火花使氮和氧化合為橙紅色的氧化氮氣體，用氫氧化鈉溶液吸收氧化氮，氣體，用氫氧化鈉溶液吸收氧化氮，3個星期后才使氮化個星期后才使氮化合完畢，余下的氧用合完畢，余下的氧用“硫酐硫酐”吸收后，殘留

29、有吸收后，殘留有1/120的微小的微小氣泡。他對這個現(xiàn)象很重視氣泡。他對這個現(xiàn)象很重視 “這個氣泡是特殊的，不像一這個氣泡是特殊的，不像一般的氮，因為不管什么樣的火花都不能使它同氧結(jié)合般的氮，因為不管什么樣的火花都不能使它同氧結(jié)合” 。又說又說 “這是由于某種原因沒有跟氧化合而剩下來的氮這是由于某種原因沒有跟氧化合而剩下來的氮” 。直到。直到 1893 年，年， Rayleigh 和和 Ramsay 分析了由氨分解出分析了由氨分解出來的氮每升來的氮每升1.2507 g，而一升由空氣中獲得的氮重，而一升由空氣中獲得的氮重1.2565 g，相差的，相差的 5.8 mg 并非是氮，命名并非是氮，命名

30、 “氬氬”（argon）。這被）。這被稱為稱為 “小數(shù)點后第三位的勝利小數(shù)點后第三位的勝利 ” 。無機化學第18章氫和稀有氣體He 大型反應堆的冷卻劑，大型反應堆的冷卻劑，He-Ne-O2 呼吸氣可防呼吸氣可防 “氣塞病氣塞病”，飛船的飛升氣體，保護氣體。，飛船的飛升氣體，保護氣體。Ne 霓紅燈，電子工業(yè)中的充氣介質(zhì)，低溫冷凍劑。霓紅燈，電子工業(yè)中的充氣介質(zhì)，低溫冷凍劑。Ar 燈泡填充氣，保護氣體。燈泡填充氣，保護氣體。Kr 燈泡填充氣，同位素測量。燈泡填充氣，同位素測量。Xe Xe-O2深度麻醉劑，制造高壓深度麻醉劑，制造高壓“人造小太陽人造小太陽”Rn “氡管氡管”用于治療癌癥和中子源。用

31、于治療癌癥和中子源。無機化學第18章氫和稀有氣體 2-1 通性和物理性質(zhì)通性和物理性質(zhì) 單原子分子價層電子結(jié)構(gòu)單原子分子價層電子結(jié)構(gòu) 1s2，ns2np6 穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定結(jié)構(gòu)； 電子親合能接近零，電離能很高，一般情況下穩(wěn)定。電子親合能接近零，電離能很高，一般情況下穩(wěn)定。 稀有氣體的物理性質(zhì)稀有氣體的物理性質(zhì)由于稀有氣體以單原子分子狀態(tài)存在，故原子間僅存由于稀有氣體以單原子分子狀態(tài)存在，故原子間僅存在微弱的范德華力，故蒸發(fā)熱小，在水中溶解度小。在微弱的范德華力，故蒸發(fā)熱小，在水中溶解度小。 He Ne Ar Kr Xe Rn 第一電離能第一電離能大大 小小 mp. bp. 小小 大大 水中溶解度

32、水中溶解度小小 大大 氣體密度氣體密度 小小 大大 He是所有氣體中最難液化的，是所有氣體中最難液化的，Tc = 5.5K He在在2.2K以下具有超導性，以下具有超導性，He不能在常壓下固化。不能在常壓下固化。無機化學第18章氫和稀有氣體 2-2 稀有氣體化合物稀有氣體化合物 1962年年3月月2日下午日下午6時時45分加拿大化學家分加拿大化學家Bartlett 合成合成了第一個真正的了第一個真正的“惰性氣體惰性氣體”元素的化合物：元素的化合物：XePtF6 思路：剛剛制備出新化合物：思路：剛剛制備出新化合物： O2（g）+ PtF6(s) = O2PtF6 (s) XePtFPtFXe 6

33、6預測：210 pmr 201pmrmol1170kJI eXeXe/mol1180kJI eOOXeO11222/無機化學第18章氫和稀有氣體 自從自從1962年年Battlett合成了合成了XePtF6一年以后一年以后,人們又發(fā)現(xiàn)人們又發(fā)現(xiàn)了幾種新的氙的化合物（了幾種新的氙的化合物（XeF2、XeF4、XeF6）和許多氙的）和許多氙的配合氟化物、氙的氫氧化合物、氧化物（配合氟化物、氙的氫氧化合物、氧化物（XeO3、XeO4），），還有含氧酸鹽：還有含氧酸鹽：Na2XeO48H2O。 迄今為止，在稀有氣體中主要研究以迄今為止，在稀有氣體中主要研究以Xe為主的含氟含為主的含氟含氧化合物。氧化合

34、物。 1.1.氙的氟化物的合成和性質(zhì)氙的氟化物的合成和性質(zhì) a.a.氙的氟化物可氙的氟化物可在鎳制容器中直接合成，如在鎳制容器中直接合成，如 Xe + F2 XeF2（g） 673K，1.03X10-5pa, K1 =8.79104 Xe + 2F2 XeF4（g)（Xe ：F2=1：5） 873K，6.19X10-5pa, K2 =1.07108 Xe +3F2 XeF6（g）（Xe ：F2=1：20） 573K，6.19X10-5pa K3 =1.01108無機化學第18章氫和稀有氣體Windowill合成：合成：Xe 和和F2放入絕對干燥的玻璃管中放入絕對干燥的玻璃管中 日光照射日光照射

35、 F2 2F， Xe + 2F XeF2 緩慢生成美麗的緩慢生成美麗的 XeF2 晶體。晶體。 b. 氟化物的性質(zhì)氟化物的性質(zhì) 都是強氧化劑都是強氧化劑 XeF2 + 2I- Xe + I2 + 2F- XeF2 + H2 Xe + 2HF XeF4 + 2H2 Xe + 4HF XeF4 + 4Hg Xe + 2Hg2F2 XeF4(s) + Pt(s) Xe(g) + PtF4(s)無機化學第18章氫和稀有氣體 都與水反應都與水反應: XeF2 + H2O Xe + 2HF + 1/2 O2 (在稀酸中緩慢在稀酸中緩慢,在稀堿中快速放出在稀堿中快速放出Xe) XeF4 與水歧化與水歧化:

36、6XeF4 + 12H2O 4Xe + 24HF + 3O2 + 2XeO3 XeF6 與水猛烈反應與水猛烈反應: 不完全水解不完全水解: XeF6 + H2O XeOF4 + 2HF 完全水解完全水解: XeF6 + 3H2O XeO3 + 6HF無機化學第18章氫和稀有氣體 均為氧化劑或氟化劑均為氧化劑或氟化劑 1968 年第一次制得年第一次制得 BrO4 NaBrO3 + XeF2 + H2O = NaBrO4 + 2HF + Xe XeF6 + 3C6H6 3C6H5F + 3HF + Xe XeF2 + IF5 Xe + IF7 XeF4 + 2SF4 Xe + 2SF6 2XeF6

37、 + SiO2 2XeOF4 + SiF4 (盛氙化物的容器不能是石英器皿盛氙化物的容器不能是石英器皿)無機化學第18章氫和稀有氣體 2. Xe的含氧化合物的含氧化合物: XeO3、XeO4 及氙酸鹽與高氙酸鹽及氙酸鹽與高氙酸鹽 a.制備制備： XeOF4 XeOF6 XeF4（XeF6） XeO3 XeO64- XeO4HXeO4- -H+OH-OH-H2O O3 C C、H H2 2SOSO4 4無機化學第18章氫和稀有氣體 b. 性質(zhì)：性質(zhì)： XeO3：白色，易潮解，易爆炸固體，易溶于水，：白色，易潮解，易爆炸固體，易溶于水，濃度高達濃度高達4mol/dm3，水溶液不導電，表明，水溶液不導電，表明XeO3以以分子狀態(tài)存在。分子狀態(tài)存在。 強氧化性：強氧化性：6HCl + XeO3 Cl2 + Xe + 3H2O 5XeO3 + 6Mn2+ + 9H2O 5Xe + 6MnO4- - + 18H+2XeO3+2Ba(OH)2 Ba2Xe