化工四大化學(專業(yè))氫元素(課堂講義)

1、第九章 元素概論9.2 氫元素周期表A01 1HAAAAAA2He2 3Li4Be5B6C7N8O9F10Ne3 11Na12MgB B B B BB B13Al14Si15P16S17Cl18Ar4 19K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr5 37Rb38Sr39Y40Zr41Ne42Mo43Tc44Re45Rh46Pa47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe6 55Cs56Ba57-71Lu72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl8

2、2Pb83Bi84Po85At86Rn7 87Fr88Ra89-103Lr104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112Uub氫是宇宙間所有元素中含量最豐富的元素在自然界中主要以化合態(tài)存在是周期系中第一號元素符號 含量/% 1H （氕） H 99.98 2H （氘） D 0.016 3H （氚） T 0.004氫有三種同位素1119.2.1 氫原子的性質(zhì)及其成鍵特征目前世界各地建造的實驗性聚變反應堆目前世界各地建造的實驗性聚變反應堆用的是一種用的是一種D和和T構(gòu)成的等離子體燃料構(gòu)成的等離子體燃料符號 含量/% 1H H 99.982H D 0.016

3、3H T 0.004氫有三種同位素1119.2.1 氫原子的性質(zhì)及其成鍵特征iiiiiiiiiiii三種同位素質(zhì)子數(shù)相同, 中子數(shù)不同它們的單質(zhì)和化合物的化學性質(zhì)基本相同，物理性質(zhì)和生化性質(zhì)則不同符號 含量/% 1H H 99.982H D 0.0163H T 0.004氫有三種同位素1119.2.1 氫原子的性質(zhì)及其成鍵特征價層電子價層電子構(gòu)型構(gòu)型1s1氧化數(shù)氧化數(shù)-1,0,+1原子半徑原子半徑pm37電離能電離能（kJmol-1）1312電子親合能電子親合能 （kJmol-1）-72.8電負性電負性2.11.失去價電子H+(*)2.結(jié)合一個電子:H- 易與活潑金屬形 成離子型氫化物3.易與

4、非金屬通過 共用電子對形成 共價型氫化物熔點熔點/-259.23沸點沸點/-252.77氣體密度氣體密度（gcm-3）8.98810-5(為空氣的為空氣的1/14倍倍) 氫氣是無色、氫氣是無色、無味、無臭無味、無臭的可燃性氣的可燃性氣體，是所有體，是所有氣體中最輕氣體中最輕的的 氫氣球可攜帶儀器作高空探測 也可攜帶干冰、碘化銀等試劑進 行人工降雨9.2.2 氫氣的性質(zhì)和用途熔點熔點/-259.23沸點沸點/-252.77氣體密度氣體密度gcm-38.98810-5(為空氣的為空氣的1/14倍倍)fusHmJmol-1117.15vapHmJmol-1903.74熱導率熱導率Wm-1K-10.1

5、87(為空氣的為空氣的5倍倍) 熔、沸點極低，熔、沸點極低，難液化難液化 液氫是重要的高能燃料,是美國宇宙航天飛機和我國“長征”三號火箭所用燃料。 液氫是超低溫制冷劑，可將除氦外的所有氣體冷凍成固體9.2.2 氫氣的性質(zhì)和用途熔點熔點/-259.23沸點沸點/-252.77氣體密度氣體密度gcm-38.98810-5(為空氣的為空氣的1/14倍倍)fusHmJmol-1117.15vapHmJmol-1903.74熱導率熱導率Wm-1K-10.187(為空氣的為空氣的5倍倍)3. 在水中的溶在水中的溶解度很小。解度很小?？纱罅咳苡诳纱罅咳苡阪?、鈀、鉑鎳、鈀、鉑等金屬中等金屬中利用此性質(zhì)可制得極

6、純的氫氣9.2.2 氫氣的性質(zhì)和用途4. 氫分子在常溫下不活潑，但當已氫分子在常溫下不活潑，但當已解離的氫原子結(jié)合為分子時，可解離的氫原子結(jié)合為分子時，可放出大量熱放出大量熱 2H H2 rHm = -436 kJmol-1 利用此性質(zhì)可作原子氫吹管，用于熔化難熔的金屬(如W、Ta等)9.2.2 氫氣的性質(zhì)和用途5. 氫氣在氧氣或空氣中燃燒， 可得到溫度近3000的氫氧焰可用于金屬的切割或焊接 H2 + O2 H2O (l) rHm = -285.830 kJmol-1 129.2.2 氫氣的性質(zhì)和用途5. 氫氣在氧氣或空氣中燃燒， 可得到溫度近3000的氫氧焰注 意1.點燃或加熱氫氣時，必須

7、確 保氫氣的純凈2.使用氫氣的廠房要嚴禁煙火, 加強通風9.2.2 氫氣的性質(zhì)和用途6. 氫氣在加熱時，可與許多金屬或非金屬反應，生成氫化物9.2.2 氫氣的性質(zhì)和用途7. 氫氣在高溫下，可與氧化物、氯化物反應，得到金屬或非金屬如 工業(yè)上高純鎢和硅的制取 WO3 + 3H2 W + 3H2O高溫 SiCl4 + 2H2 Si + 4HCl高溫9.2.2 氫氣的性質(zhì)和用途8. 高溫下，氫分子可分解為原子氫。 原子氫比分子氫活潑2H + S H2S與與S作用生成作用生成H2S2H + CuCl2 Cu + 2HCl在常溫下可將Cu、Fe、Bi、Hg、Ag等的氧化物或氯化物還原為金屬如9.2.2 氫

8、氣的性質(zhì)和用途用鋅和鹽酸或稀硫酸作用 Zn + 2H+ Zn2+ + H2實驗室9.2.3 氫氣的制備方法由于CaH2便于攜帶，而水又易得，所以此法適用于作為軍事和氣象氫氣氣球的氣源。 野外作業(yè)制氫9.2.3 氫氣的制備方法CaH2 + 2H2O Ca(OH)2 + 2H2(1) 天然氣或焦炭與水蒸氣作用天然氣或焦炭與水蒸氣作用, 得到水煤氣得到水煤氣CH4 + H2O CO + 3H2700-870Ni、Co催化劑C + H2O CO + H21000(2) 水煤氣與水蒸氣反應,得到CO2和H2的混合氣CO + H2O CO2 + H2Fe、Cr催化劑(3) 除去CO2可得較純的氫氣工業(yè)上：1. 礦物燃料轉(zhuǎn)化法 9.2.3 氫氣的制備方法 電解15%20%氫氧化鈉溶液 陰極：陰極： 2H+ +