無機(jī)化學(xué)-12氫與稀有氣體

第十二章氫、稀有氣體

氫在自然界的存在（Theexistenceinnature)---了解氫的物理性質(zhì)(Physicalproperty)---了解

氫的成鍵特征

(Thetypeandfeatureofdifferentbonds)---運(yùn)用氫的化學(xué)性質(zhì)與用途(Thechemicalpropertyanduse)---識(shí)記氫的制備(Thepreparationofhydrogen)----識(shí)記

氫化物

(Compounds)----運(yùn)用氫能源及其研究動(dòng)態(tài)(Energyandreseachdirection)----了解重點(diǎn)：氫的性質(zhì)和成鍵特征難點(diǎn)：氫的化合物及其性質(zhì)

1H氕（符號(hào)H）-----穩(wěn)定（99.98%）

2H氘（符號(hào)D）------穩(wěn)定（0.016%）

3H氚（符號(hào)T）------不穩(wěn)定，可用作示蹤原子1.氫在自然界的存在：分布：氫是太陽大氣的主要成分，主要以

態(tài)存在于地球上。2.氫有三種同位素：化合3.氫的物理性質(zhì)：1.1概述分子量小，密度?。▋H為空氣的1/14.5），擴(kuò)散速度快（原理：氣體擴(kuò)散定律：UA/UB=(MB/MA)1/2）1.2氫的成鍵特征

氫的一般性質(zhì)原子序數(shù)1電子親合能72.9kJ/mol價(jià)電子構(gòu)型1s1電離能1312kJ/mol原子半徑32pm正離子半徑0.001pm1.可得到一個(gè)電子——形成離子鍵（ion-bond）2.可通過共用電子——形成共價(jià)鍵（share-in-bond）3.陽離子為赤裸質(zhì)子——可以形成氫鍵(hydrogen-bond)4.鉆到金屬晶格中——形成獨(dú)特鍵型(specialbond)成鍵類型重點(diǎn)1.3氫的化學(xué)性質(zhì)1.與非金屬反應(yīng)N2+3H2==2NH3H2+Cl2==2HCl2H2+O2==2H2O得到電子，制備化肥、鹽酸等，燃燒時(shí)用作能源3.與某些化合物反應(yīng)3H2+WO3==W+3H2O2H2+SiCl4==Si+4HCl2H2+TiCl4==Ti+4HCl

充當(dāng)還原劑制備金屬鎢、鈦以及高純硅等2.與活潑金屬反應(yīng)H2+2Li==2LiHH2+2Na==2NaHH2+2Ca==CaH2

失去電子制備還原劑此類化合物穩(wěn)定否？

1.4

氫氣的制備1.實(shí)驗(yàn)室制法：3.水煤氣法2.水電解法4.有機(jī)物裂解5.兩性元素與堿反應(yīng)（適宜于野外制氫）你能寫出這些化學(xué)反應(yīng)方程式嗎？Zn+H2SO4==ZnSO4+H22H2O(g)2H2(g)+O2(g)通電C(赤熱)+H2O(g)==H2(g)+CO(g)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+H2(g)催化劑Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2Si+Ca(OH)2+2NaOH==Na2SiO3+CaO+2H21.原料來源于地球上貯量豐富的水，資源不受限制；2.氫氣燃燒發(fā)熱量高，是同質(zhì)量石油的三倍；3.最大優(yōu)點(diǎn)是燃燒后的生成物是水，不污染環(huán)境；

1.5

氫能源及其研究動(dòng)態(tài)

2.存在問題及研究熱點(diǎn)：1.氫能源的特點(diǎn)有機(jī)物裂解

電解反應(yīng)制備

資源有限能耗太大研究熱點(diǎn)光化學(xué)催化制備氫氣

擴(kuò)散快難液化易爆炸貯存

貯存及運(yùn)輸困難研究熱點(diǎn)金屬型氫化物貯存氫：可充電電池大容量?jī)?chǔ)電裝置電動(dòng)汽車日本：陽光計(jì)劃；美國(guó)：USABC計(jì)劃；歐共體：焦耳計(jì)劃；中國(guó)清潔新能源計(jì)劃低碳經(jīng)濟(jì)共價(jià)鍵的形成+HH2

H非極性分子+HClHCl極性分子由氫與

通過共用電子對(duì)而形成。電負(fù)性較大的非金屬元素（p區(qū)中In、Tl除外）HClCH4

B2H6

H2S共價(jià)鍵型氫化物的特點(diǎn)：1.熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較低2.常溫下大都是氣體分子晶體

1.6

氫的成鍵類型此類氫化物形成的晶體類型?具有什么特征?氫與

通過離子鍵結(jié)合而成。+-H-Na++NaH離子鍵的形成電負(fù)性很小的活潑金屬元素（s區(qū)中Be、Mg除外）1.熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較高2.熔融導(dǎo)電，電解時(shí)陽極產(chǎn)生氫氣3.常溫下大都是白色晶體4.是強(qiáng)還原劑其中，氫原子

一個(gè)電子形成

，金屬原子

電子變成

。得到H-失去陽離子屬于何種晶體,化合物有什么特點(diǎn)？NaHLiHCaH2

BaH2離子晶體氫鍵的形成HOHOHH

在含有強(qiáng)極性鍵的共價(jià)氫化物中，近乎赤裸的氫原子核可以定向吸引鄰近電負(fù)性高的原子（如F、O、N）上的孤對(duì)電子——形成氫鍵。1.氫鍵的強(qiáng)弱與和氫結(jié)合的元素的電負(fù)性 強(qiáng)弱有關(guān)2.分子間氫鍵使分子的熔沸點(diǎn)升高形成了氫鍵的化合物的特點(diǎn)：比較沸點(diǎn)高低：HF、HCl、HBr、HI你能解釋其中的原因嗎？沸點(diǎn)從高到低：HCl<HBr<HI<HF(HF沸點(diǎn)最高)金屬型氫化物（獨(dú)特鍵型）的形成+H2金屬晶格（Mg）

金屬型氫化物由氫鉆到金屬晶體的晶格空隙中形成——獨(dú)特鍵型。特點(diǎn)：仍具有金屬光澤，組成多不固定，通常是非計(jì)量比的（如LaNiH4.7），溫度升高氫原子可擴(kuò)散出來。

鎳氫電池充放電基本原理MH+NiOOHM+Ni(OH)2充電放電M代表金屬元素，通常是過渡金屬儲(chǔ)氫合金和電池工藝參數(shù)鎳鎘電池鎳氫電池鋰離子電池開路電壓/V1.21.23.6體積比能量/Wh.L-1150200270~360重量比能量/Wh.Kg-15065100~160循環(huán)壽命/次5005001000Hydrogenstoragealloys：LaNiH4.7

及La(NiCoMnAl)3.8H5.2

等對(duì)氫氣的壓縮比達(dá)1000，而液氫的壓縮比為500NaH+H2O→H2+NaOHCaH2+H2O→H2+Ca(OH)2TiCl4+NaH→H2+NaCl+Ti氫化物離子型共價(jià)型金屬型H2ONH3HF富電子型缺電子型滿電子型

B2H6

CH4TiFeH1.95LaNiH4.7

氫化物的種類及性質(zhì)什么是富電子型和缺電子型？你能初步作出判斷嗎？HOH2s22p4HNHH2s22p3ThetypeofrichelectronThetypeofadequentelectronThetypeofpoorelectronHHHCH2s22p2HHBHHHHB2s22p1BBHHHHHH兩個(gè)三中心二電子鍵——?dú)錁蜴I1.判斷下列氫化物類型及特點(diǎn)BaH2

B2H6

CrH2

KH

PH3

SiH4

LaNiH5

分子型離子型金屬型熔點(diǎn)較高、熔融能導(dǎo)電

溫度升高、H原子擴(kuò)散

熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較低答案：C2.下列不屬于氫的成鍵類型的是A離子鍵B共價(jià)鍵C金屬鍵D氫鍵3.完成下列化學(xué)反應(yīng)方程式WO3+H2→Si+NaOH+H2O→NaH+H2O→TiCl4+H2→CaH2+H2O→WO3+3H2→W+3H2OSi+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2NaH+H2O→H2+NaOHTiCl4+2H2→Ti+4HClCaH2+H2O→Ca(OH)2+H2

第二節(jié)稀有氣體的用途He超低溫冷卻劑；填充氣球；作惰性保護(hù)氣用于核反應(yīng)堆熱交換器；液氦在溫度小于2.2K時(shí)，是一種超流體，具有超導(dǎo)性和低粘性，對(duì)于研究和驗(yàn)證量子理論有重要的意義。Ne氖的導(dǎo)電性是空氣的75倍，用于放電管中發(fā)射紅光，也用于作金屬焊接的保護(hù)氣。Ar氬氬的導(dǎo)熱性很差，用于填充燈泡，也用作焊接的保護(hù)氣。Xe氪和氙導(dǎo)熱性均很差，用于填充燈泡，用氙制的電光源氙燈有“小太陽”之稱。Kr2.1稀有氣體性質(zhì)（0族元素）價(jià)電子層結(jié)構(gòu)HeNeArKrXeRn

1s22s22p63s23p64s24p6

5s25p62s22p6稀有氣體的價(jià)電子結(jié)構(gòu)為飽和電子層結(jié)構(gòu)，因此該氣體不易失去電子、不易得到電子，不易形成化學(xué)鍵,均為單原子分子。但根據(jù)其電離能可判斷稀有氣體在一定條件下仍可發(fā)生化學(xué)反應(yīng).稀有氣體中誰最有可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)？2.2稀有氣體化合物O2+PtF6＝O2+[PtF6]-氙第一電離能(1171.5kJ·mol-1)，能否代替氧發(fā)生同樣反應(yīng)。Xe+PtF6＝Xe+[PtF6]-氟化物Xe+F2==========XeF2

1：2673K，1.03×105PaXe+F2============XeF4

1：5873K，6.18×105PaXe+F2============XeF6

1：20573K，6.18×105Pa氙和氟在密閉的鎳反應(yīng)器中加熱就可得到氙氟化物.Xe的化合物主要是氟化物和氧化物氧的第一電離能為1175.7kJ·mol-1加拿大青年化學(xué)家Bartlett于1962年獲得成功!Xe的價(jià)電子結(jié)構(gòu):5s25p6問題:Xe的氟化物中Xe到底是如何與F形成化學(xué)鍵的呢?sp3d2雜化5s25p45d2sp3d3雜化5s25p35d3sp3d1雜化5s25p55d1三角雙錐八面體十面體XeF2XeF4XeF65s25p6氙化物的電子空間構(gòu)型氟化氙的分子空間結(jié)構(gòu)XeF2XeF4XeF6直線形平面正方形八面體

強(qiáng)氧化性:高溴酸鈉就是用XeF2作氧化劑才首次制得成功XeF4,XeF6與水反應(yīng)生成氧化物氟化物的化學(xué)性質(zhì)NaBrO3+XeF2+H2O→NaBrO4+2HF+XeXeF2+H2

→2HF+XeXeF2+2Cl-→2F-+Xe+Cl2XeF4+Pt

→2PtF4+Xe2XeF2+2H2O=2Xe+4HF+O26XeF4+12H2O＝2XeO3+4Xe+3O2+24HFXeF6+3H2O＝XeO3+6HF氙的氧化物是無色、易潮解、易爆炸的晶狀固體.強(qiáng)氧化性.XeOOO稀有氣體化合物的結(jié)構(gòu)分子