氫和稀有氣體課件

第五章氫和稀有氣體Chapter5Thehydrogenandraregas

(2010級使用)10本章教學要求1.了解氫的存在形式;2.掌握氫的結構特征和性質;3.認識氫能源的發(fā)展現狀和趨勢;4.了解稀有氣體的存在和從空氣中分離方法;5.掌握稀有氣體的物理性質和化學性質及其變化規(guī)律;6.掌握稀有氣體化合物的性質和結構.20本章所設置的問題:1.如何根據氫的結構判斷氫的性質?2.稀有氣體的性質有何變化規(guī)律?3.如何根據雜化軌道理論或VSEPR理論判斷稀有氣體化合物的空間結構?30氫有三種同位素：

1H，:原子量為1.007277，相對豐度99.9844%；

2H(D):原子量為2.01472，相對豐度0.015%；

3H(T):原子量為3.0171，

1H：3H=1017-18：1

氫分子有：H2（正氫：兩核自旋方向相同，75%；仲氫，25%）D2，HD，TD，T2，HT

H2是無色、無味、無嗅的氣體，熔點14.0K，沸點20.4K5二、氫的化學性質和氫化物

（一）氫的化學性質

1.失去價電子，H+，氣態(tài)離子束中有H+，

一般與原子或分子結合存在；

2.獲得電子,H-,只存在于電正性大的鹽型

氫化物中；

3.形成電子對鍵，存在于大量的無機物和

有機物中；

4.獨特的鍵合狀態(tài)，氫鍵（H3O+）、氫橋鍵

（B2H6）、非化學計量型氫化物(LaH2.76)60（二）氫化物

1.共價型氫化物（分子型、揮發(fā)型）

除稀有氣體外的其它非金屬都可以形成

2.離子型氫化物（類鹽型）

堿金屬、堿土金屬(鈹除外)都可形成，MH、MH2;3.金屬型氫化物（間充型）

過渡金屬較易形成這類氫化物，TiH1.73、TaH0.787090

氫在周期表中的位置，不管放在哪里，都有道理，但也不充分，所以是值得研究的問題。

的確，氫在所有元素中是特殊的，無論從原子結構看，還是由性質看，都是如此。

10四、氫能源

氫作為新能源其特點有：

1.質量輕(所有元素最輕的)；

2.熱值高(汽油的3倍);

3.“爆發(fā)力”強(燃燒速度快)；

4.來源廣(海水含氫量大)；

5.品質純(燃燒前后無污染)；

6.能量形式多；

7.儲運便捷。

112.太陽能電解水制氫：將太陽能轉換為電能，用直流電電解池電解水制氫。3.太陽能光化學分解水制氫：在水中加入光敏劑(如I2)等，此體系吸收太陽能后就可產生氫。4.太陽能光電化學電池分解水制氫：在強堿性水溶液中連接陽極(如n型TiO2、SrTiO3、WO3)和陰極(如Pt),在太陽照射下,產生恒定電流,由此可制出氫。

135.太陽光配合催化分解水制氫：利用某些催化

劑(如三聯(lián)吡啶釕配合物)催化電荷轉移反應的

過程，進行太陽光分解水制氫。

6.模擬植物光合作用分解水制氫：利用諸如半

導體隔片光電化學電池的光電效應，可使太

陽光直接電解水制氫。

除了以上太陽能制氫外，還有微生物發(fā)酵制氫，光合微生物制氫等。以上制氫都處在研制和開發(fā)中，再過20~40年，氫能必將成為世界能源舞臺上一個新秀而大展風采。140（二）氫氣的儲備

1.儲備在真空絕緣高壓低溫罐中

現在制備的儲罐可裝3400m3以上的液氫，當然還有其它形式的液氫儲備。

2.儲氫金屬氫化物

1969年由荷蘭Philips實驗室首先研制開發(fā)出一種合金LaNi5合金在常溫和2.5×102kPa壓力下，每摩爾該合金可吸收7摩爾氫原子，所含氫的密度為液氫單質本身的2倍。

15d.分解壓適中：

在室溫附近，具有適當的分解壓(0.1~1MPa)。e.容易活化：

儲氫合金第一次與氫反應稱為活化處理。

f.化學穩(wěn)定性好：

經反復吸、放氫，材料性能不衰變，對氫氣中所含雜質敏感性小，抗中毒能力強。

g.在儲存與運輸中安全、無害。

h.原料來源廣，成本低廉。

170

目前開發(fā)的有實用價值的儲氫合金有以下幾類：

（1）稀土系儲氫合金

a.LaNi5三元系

LaNi5-xMx(M=Al,Mn,Cr,Fe,Co,Cu,Ag,Pd,Pt)

R0.2La0.8Ni5(R=Zr,Y,Gd,Nd,Th)

b.MmNi5系(Mm為Ce大于40%的混合稀土）

如MmNi5-xBx

(B=Al,Cu,Fe,Mn,Ga,In,Sn,Cr,Co,Pt,Pd,Ag,Zr)

c.MlNi5系(Ml為La+Nd大于40%的混合稀土）

180（2）鈦系儲氫合金

鈦鐵系(TiFe,TiFe2)、鈦錳系(TiMn1.5,Ti0.9Zr0.1Mn1.7等)

（3）鎂系儲氫合金

如Mg2Ni,Mg2Ni0.75Fe0.25,Mg2Ni0.75Co0.25,

Mg2Ca,Mg2Ni0.9Cu0.1,Mg2Ni0.75Zr0.25,1905-2稀有氣體21一、稀有氣體的發(fā)現

1.氦He(Helium):希臘文“太陽”,1868年簡森首先

從太陽光譜中發(fā)現，洛克耶爾和富蘭克蘭德

命名；1889年赫列布萊德從鈾礦中找到(認為

是N2)，拉姆齊1895年證明是He。

2.氖Ne(Neon):

“新”，拉姆齊1898年發(fā)現，Ne

燈俗稱霓虹燈。

3.氬Ar(Argon):

“懶惰”，瑞利和拉姆齊1894年

發(fā)現。

2204.氪Kr(Krypton):

“隱藏”，拉姆齊1898年發(fā)現。

5.氙Xe(Xenon):

“陌生”，拉姆齊和特拉威爾斯

1898年發(fā)現，Xe燈俗稱“人造小太陽”。

6.氡Rn(Radon):

“射線”，道恩1900年從鐳衰變

產物中發(fā)現，1902年盧瑟福和索迪首先分離出

來，1908年拉姆齊和格雷研究后命名為鐳射

線，后取氡。

230大氣中平均成分和稀有氣體在大氣中的含量名稱體積組成(%)質量組成(%)大氣中總儲量(Tkg)N278.0975.513864800(億萬公斤)O220.9523.151184100Ar0.931.2865500CO20.030.0462330Ne1.8×10-31.25×10-363.6He5.2×10-40.72×10-43.7CH42.2×10-41.2×10-46.2

Kr1.0×10-42.9×10-4

14.6N2O1.0×10-41.5×10-4

7.7H20.5×10-40.03×10-4

0.2Xe0.08×10-40.36×10-41.8O30.01×10-40.36×10-43.1252.性質

稀有氣體都是單原子氣體分子，無色、無味、無嗅。P225表5-3給出了稀有氣體的性質

HeNeArKrXeRn

原子半徑遞增，原子量遞增

色散力遞增，熔沸點遞增

臨界溫度遞增，氣體密度遞增，

在水中溶解度遞增

第一電離能遞減，

相對化學活性遞增

26三、稀有氣體化合物

自從1962年英國青年化學家巴特列(N.Bartlett)

制備第一個稀有氣體氙化合物Xe+[PtF6]-,開辟了稀有氣體化學新紀元，到目前已合成的稀有氣體化合物有數百種。可是在稀有氣體六個成員中只有氪、氙、氡生成了化合物，由于氡具有放射性半衰期較短，研究起來較困難。氡除外后顯然就只有氙最活潑了。實際上已合成的稀有氣體化合物中大多是氙的氟化物和氧化物。

下面就以氙的氟化物和氧化物為例闡述稀有氣體的有關化學反應和有關化合物。29光照、加熱+I-

Xe+I2+2F-

2：1混合+H2Xe+HF

K=8.79×104

XeF2+H2OXe+1/2O2+2HF

+IF5

IF7+Xe

+F2

1.43×103+2H2

Xe+4HF

+4HgXe+2Hg2F2

1:5混合+Xe

2XeF2

Xe+F2

6atm,623KXeF4+2SF4

2

SF6+Xe

K=1.07×108

+H2O

XeO3+Xe+O2+HF

+F2

0.994

+H2OXeOF4+2HF

﹥750atm,﹥523K

+3H2OXeO3+6HF

K=1.01×108

XeF6+MFMXeF7M2XeF8+XeF6

+SiO2XeOF4+SiF430氙的氟化物易溶于堿,若堿充分時：

XeF2+OH-Xe+O2+F-+H2O

XeF4+OH-HXeO4-+Xe+O2+F-+H2O

OH-XeO64-+Xe+O2+H2O

XeF6+OH-XeO64-+Xe+O2+F-

+H2O

XeOF4

+XeF6

XeF4+H2O

XeO3O3,OH-

XO64-

C,H2SO4

XeO4

+OH-

OH-

H+

HXeO4-

31習題課

一、填空題

稀有氣體原子之間是靠——使之凝聚成液體或固體，——的大小與分子的變形性成——，一般來講，分子（或原子）的——越大，——被束縛得越松弛，因而這種力也就——一些，由此可見，在稀有氣體的凝聚相中原子間的——隨著——的增加而——，這是研究稀有氣體的——、——和——的重要依據。

320二、是非題

1.氫具有特殊性，從電子結構看它應在ⅠA族，

從化學性質看它應在ⅦA族（）

2.氫因為不是目前的主要能源，故為“二級能源”

（）

3.氫與堿金屬的電負性相差較大，故堿金屬氫化

物應是共價型的（）

4.氪、氙、氡等稀有氣體氯化物不穩(wěn)定，它們的

化合物基本是氟化物和氧化物（）

5.從氧化數和同一周期酸性的變化規(guī)律看H4XeO4

應該是強酸（）

336.稀有氣體原子間是靠取向力、誘導力和色散力

凝聚成液體和固體的，且隨原子序數遞增熔沸

點遞增（）

7.VSEPR理論中，計算價電子對數時，包括成鍵

電子對和孤電子對，但單電子不計算在內（）

8.VSEPR理論和雜化軌道理論在解釋多原子分子

幾何構型時常是一致的，所以它也是較好的化

學鍵理論（）

9.稀有氣體具有很穩(wěn)定的電子層結構，所以，稀

有氣體只有少數氟化物和氧化物（）

10.XeF6的價電子層中總共有14個電子（或7對電

子）有一對孤電子，所以為變形八面體（）34三、判斷題

1.氫的三種同位素的區(qū)別是由于它們：（）

a.含質子數不同b.含中子數不同

c.原子序數不同d.化學性質不同

2.氫在與金屬和非金屬作用時可生成氫化物種類為（）

a.共價型b.離子型c.金屬型d.三種情況都可能

3.氫原子的化學結合力很強是由于它的價電子結構（）

a.一個價電子b.半滿狀態(tài)

c.與飽和結構差一個價電子d.具備三種狀況

4.能與氫形成離子型氫化物者為