稀有氣體的一些物理性質(zhì)課件

2023/7/29劉曉瑭112ⅠA,ⅡA族和稀有氣體教學(xué)要求：1.掌握ⅠA、ⅡA族元素單質(zhì)、氧化物、氫氧化物的性質(zhì)、制備和用途。熟悉性質(zhì)變化的規(guī)律性。2.掌握ⅠA、ⅡA族金屬鹽類的一些重要性質(zhì)。3.通過對比鋰、鎂的相似性進一步了解對角線規(guī)則。4.掌握氫的物理和化學(xué)性質(zhì)。5.了解稀有氣體的發(fā)展簡史，單質(zhì)的性質(zhì)、用途及其化合物的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點。重點：堿金屬和堿土金屬化合物，氫的性質(zhì)和用途難點：對角線規(guī)則，希有氣體化合物的結(jié)構(gòu)學(xué)時：22023/7/29劉曉瑭2目錄12.1堿金屬和堿土金屬單質(zhì)12.2堿金屬和堿土金屬的化合物12.3氫單質(zhì)12.4氫化物12.5稀有氣體2023/7/29劉曉瑭3氫（Hydrogen）

氫在周期表中排ⅠA，又能排ⅦA，這是由于第一周期的稀有氣體電了構(gòu)型為1s2

。1.氫的同位素（isotope）

(2)存在：H:D=6800:1(原子個數(shù))H:T=1e10:1

(1)PP+nP+2nProtiumDeuteriumTritium

氕氘氚

2023/7/29劉曉瑭4(3)氫同位素形成的單質(zhì)H2、D2、T2,在化學(xué)性質(zhì)上完全相同，但物理性質(zhì)（熔沸點）上有差別。2023/7/29劉曉瑭5極難溶于水和有機溶劑，可貯存在金屬(Pt、Pd)和合金(LaNi5)中。固態(tài)氫（黑色）又稱為金屬氫：在晶格質(zhì)點上為質(zhì)子，而電子為整個晶體共享，所以這樣的晶體具有導(dǎo)電性，固態(tài)氫是六方分子晶格。2.氫的性質(zhì)

a.成鍵特點：電子構(gòu)型為

1s，可以放在ⅠA類，但第一電離勢高于堿金屬的第一電離勢；也可放在ⅦA類。b.化合反應(yīng)：與金屬:2Na+H2=2NaH；

Ca+H2=CaH2

與非金屬:H2+F2=2HFc.還原反應(yīng)：CuO+H2=Cu+H2OWO3+3H2=W+3H2O2023/7/29劉曉瑭6(1)實驗室：

(2)工業(yè)上：3.氫的制備

2023/7/29劉曉瑭7目錄12.1堿金屬和堿土金屬單質(zhì)12.2堿金屬和堿土金屬的化合物12.3氫單質(zhì)12.4氫化物12.5稀有氣體2023/7/29劉曉瑭8氫化物離子型氫化物（LiH，CaH2）性質(zhì)：易水解、具有還原性、與缺電子化合物反應(yīng)分子型氫化物（H2S，NH3，CH4

）性質(zhì)：差異大。與水的作用各不相同共價型氫化物（B2H6，SiH4）過渡金屬型氫化物（NiH，ZrH1.75）性質(zhì)：保持金屬晶體的形貌；非正比化合物2023/7/29劉曉瑭9目錄12.1堿金屬和堿土金屬單質(zhì)12.2堿金屬和堿土金屬的化合物12.3氫單質(zhì)12.4氫化物12.5稀有氣體2023/7/29劉曉瑭10稀有氣體TheRareGasesHelium(He)Neon(Ne)Argon(Ar)

太陽新的懶惰的Krypton(Kr)Xenon(Xe)Radon(Rn)

穩(wěn)定的陌生的發(fā)光的2023/7/29劉曉瑭1112.5稀有氣體12.5.1稀有氣體的發(fā)現(xiàn)12.5.2稀有氣體的單質(zhì)12.5.3稀有氣體化合物XeOOO2023/7/29劉曉瑭12元素發(fā)現(xiàn)年代發(fā)現(xiàn)者氦1868J.N.Lockyer,S.E.Frankland(英)1895W.Ramsay（英）氬1894J.W.Rayleigh氖1898W.Ramsay（英）氪1898W.Ramsay（英）氙1898W.Ramsay（英）氡1900F.E.Dorn2023/7/29劉曉瑭1312.5稀有氣體12.5.1稀有氣體的發(fā)現(xiàn)12.5.2稀有氣體的單質(zhì)12.5.3稀有氣體化合物XeOOO2023/7/29劉曉瑭141.存在主要存在于空氣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2.結(jié)構(gòu)氦原子為2電子構(gòu)型其它稀有氣體原子為穩(wěn)定的8電子構(gòu)型HeNeArKrXe

Rn

1s22s22p63s23p64s24p6

5s25p62s22p62023/7/29劉曉瑭15價電子結(jié)構(gòu)稱為飽和電子層結(jié)構(gòu)，其電子親合勢都接近于零，而且都有很高的電離勢。因此不易失去電子、不易得到電子，不易形成化學(xué)鍵。均為單原子分子，He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，并且隨著原子序數(shù)的增加而逐漸升高。在一般條件下不具備化學(xué)活性3.性質(zhì)2023/7/29劉曉瑭16稀有氣體的一些物理性質(zhì)2023/7/29劉曉瑭17氦

是除氫以外最輕的氣體,可用它取代氫氣填充氣球和汽艇可利用氦和氧的混合物制成“人造空氣”供潛水員呼吸，以防得潛水病可作超低溫研究中的制冷劑，還可作低溫溫度計的填充氣體可用做電弧焊的惰性保護氣體4.用途氖

能產(chǎn)生鮮艷的紅光，可用于霓紅燈、燈塔等照明工程氖也可作冷凍劑，致冷溫度為25~40K2023/7/29劉曉瑭18

當電流通過充氬燈管時，能產(chǎn)生藍光，可用于霓紅燈、燈塔等照明工程氬

氬和氦的混合氣體可用于充填燈泡常用作保護氣體氪制造特種光源、高效燈泡其同位素在醫(yī)學(xué)上用于測量腦血流量和研究肺功能、計算胰島素分泌量等2023/7/29劉曉瑭19用于惡性腫瘤的放射性治療氡制造特種光源氙用于充填光電管和閃光燈，有“小太陽”之稱其同位素在醫(yī)學(xué)上用于測量腦血流量和研究肺功能、計算胰島素分泌量等2023/7/29劉曉瑭2012.5稀有氣體12.5.1稀有氣體的發(fā)現(xiàn)12.5.2稀有氣體的單質(zhì)12.5.3稀有氣體化合物XeOOO2023/7/29劉曉瑭21O2+PtF6＝O2+[PtF6]-由于O2的第一電離能(1175.7kJ·mol-1)和氙的第一電離能(1171.5kJ·mol-1)非常接近，于是想到用氙代替氧可能會發(fā)生同樣的反應(yīng)。Xe+PtF6＝Xe+[PtF6]-1962年，由英國化學(xué)家N.Bartlett合成了第一個稀有氣體化合物Xe+[PtF6]-

鹵化物XeF2、XeF4、XeCl2、KrF2

氧化物XeO3、XeO4

氟氧化物XeOF2、XeOF4

含氧酸鹽M(I)HXeO4、M(I)4XeO6

至今已制成稀有氣體化合物數(shù)百種

稀有氣體化合物中簡單化合物甚少2023/7/29劉曉瑭22Xe+F2XeF2(s)

（由Xe在缺F2情況下加壓反應(yīng)）Xe+2F2XeF4(s)較易制得，在如上條件下加入Xe和F2(1:5)混合物，幾十小時后便制得。

Xe+3F2XeF6Xe:F2=1:20或XeF4+F2XeF6(UV,常溫)1.氙的氟化物的生成2023/7/29劉曉瑭23Irradiatingaxenon-fluorinemixturewithultra-violetlightatordinarytemperatureproducesXeF2(togetherwithsomeXeF4(“windowsill”synthesis)

為什么Xe與F2混合如此容易化合但六十多年間卻沒有能合成出Xe的化合物？

Xe的量太少；絕對干燥的玻璃儀器不能獲得,

實驗技術(shù)落后。2023/7/29劉曉瑭24大多數(shù)化合物的制備與氟化物有關(guān)，有的化合物可看作是氟化物的衍生物XeF2、XeF4、XeF6的性質(zhì)(1)為穩(wěn)定的白色結(jié)晶狀共價化合物2XeF2+2H2O→2Xe+4HF+O2↑(2)能與水反應(yīng)(3)是優(yōu)良的氟化劑2XeF6+SiO2

→2XeOF4+SiF42023/7/29劉曉瑭25（1）與水的反應(yīng)：

(i)XeF2在水中的溶解放出刺激性臭味。在酸性溶液中水解很慢,但在堿性溶液中水解很快：

2XeF2+2H2O=2Xe+4HF+O2

XeF2+2OH-=Xe+1/2O2+2F-+H2O2.氙化合物的反應(yīng)(ii)XeF4在水中既有歧化反應(yīng)又有氧化還原反應(yīng):6XeF4+12H2O=2XeO3+4Xe+3O2+24HF

分解成：3XeF4+6H2O=3Xe+3O2+12HF3XeF4+6H2O=2XeO3+Xe+12HF所以上述反應(yīng)方程式只是XeF4等摩爾參與自身Ox-Red以及與水的氧化還原的配平結(jié)果.實際上這是一個多重配平的方程式。

(iii)XeF6+H2O=XeOF4+2HF，XeOF4+2H2O=XeO3+4HF2023/7/29劉曉瑭26

（2）做強氧化劑

XeF6+8NH3=Xe+N2+6NH4F(可氧化Cl-，Ce(III),Co(II))

XeF6化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，甚至與石英反應(yīng)：

2XeF6(g)+SiO2(s)=2XeOF4(l)+SiF4

(g)

XeF6也能發(fā)生歧化反應(yīng)：

4XeF6+18Ba(OH)2=3Ba2XeO6+Xe+12BaF2+18H2O（3）良好的氟化劑

RbF+XeF6=RbXeF7XeF2+SbF5=[XeF][SbF6]+8不能盛放在玻璃瓶中2023/7/29劉曉瑭27以XeF4為例：價電子對數(shù)＝(8+4)÷2=6價電子對構(gòu)型為八面體XeF4可能的構(gòu)型有兩種：XeXeFFFFFFFF(a)(b)所以XeF4的分子構(gòu)型是平面四面形90°孤—孤：0190°孤—成：8