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1、1,无机化学元素篇 非金属,主讲教师：,第13章 氢和稀有气体,本章介绍氢和稀有气体单质和重要化合物的性质和用途。,13-1 氢,H,氢是周期表中唯一尚未找到确切位置的元素. ,氢的发现,Cavendish(1731-1810),Laviusiser(1743-1794),早在16世纪就有人发现了氢气,它是硫酸与铁反应生成的一种气体，1766年英国物理学家卡尔文迪西确认它是一种易燃气体，并称为“易燃空气”。 而到1787年，拉瓦锡才将其命名为“Hydrogen”，“Hydro”是希拉文“水”的意思，指出，水是氢和氧的化合物。,一、 氢的存在和发现,存在,氢的同位素,1 H又称氕，符号为H，占9
2、9.98% 2H又称为氘，符号为D，占0.02% 3H又称为氚，符号为T，是H的1017分之一，主要是核衰变的产物。,氢是宇宙中丰度最高的元素，在地球上的丰度排在第15位。主要以化合态存在于水、石油、天然气以及生物的组织中 ，大气中 H2 的含量很低是因为它太轻而容易脱离地球引力场., 木星结构,根据先锋飞船探测得知，木星大气含氢82%，氦17%，其它元素1%., 氢的其它存在状态,二、氢的物理性质,氢是密度最小的无色无味的可燃性气体 扩散速度快，因而具有很高的导热性 微溶于水（一体积水在273K时溶解0.02体积氢） 沸点低，是20.4K，液态氢可以把除氦以外的所有气体冷却为固体。 易被钯、
3、铂、镍等金属吸收，其中钯的吸氢能力最强，室温下一体积的粉末状钯可吸收900体积的氢。被吸附的氢气有很强的化学活性，因此这些金属是有关于氢反应的优良催化剂。,三、氢的化学性质,（一）氢的成键特点,1. 离子键,H- 半径较大，有很强的还原性，仅存在于离子化合物中，水溶液中很快与水反应放出氢气 H- + H2O = H2+OH-,2.共价键,HCl,共价键是氢最普遍的成键方式。,3.氢键和氢桥键,这是氢特殊的成键方式,氢桥键和氢键,（二）氢气的化学性质,氢气的键能很大(436kJmol-1) 主要反应是高温反应,1、少数常温反应例子：,2、高温还原反应,作为能源：,还原金属氧化物,加氢还原,3、生
4、成金属氢化物,四、氢化物的分类,氢的大多数二元化合物可归入下述三大类中的某一类：似盐氢化物（离子型），金属型氢化物（间充型）和分子型氢化物（共价型）. 各类氢化物在周期表中的分布如下表所示.但是这种分类的界限也不十分明确.结构类型并非非此即彼，而是表现出某种连续性. 例如，很难严格地铍和铝的氢化物归入“似盐型”或“分子型”的任一类.,五、氢的用途,13-2 稀有气体（0族元素）,*一、 稀有气体的发现简史（自学）,二、稀有气体的物理性质和用途,稀有气体均为单原子分子，He是所有单质中沸点最低的气体。,稀有气体的用途,He,超低温冷却剂；填充气球；作惰性保护气用于核反应堆热交换器；液氦在温度小于
5、2.2K时，是一种超流体，具有超导性和低粘性，对于研究和验证量子理论有重要的意义。,Ne,氖的导电性是空气的75倍，用于放电管中发射红光制霓虹灯，也用于作金属焊接的保护气。,Ar,氩 氩的导热性很差，用于填充灯泡，也用作焊接的保护气。,Xe,氪和氙 导热性均很差，用于填充灯泡，用氙制的电光源氙灯有“小太阳”之称。,Kr,三、 稀有气体的化学性质,价电子层结构,He Ne Ar Kr Xe Rn,1s2 2s22p6 3s23p6 4s24p6 5s25p6 6s26p6,稀有气体的价电子结构称为饱和电子层结构，因此希有气体不易失去电子、不易得到电子，不易形成化学键。,四、稀有气体化合物,稀有气
6、体化合物主要是氙的氟化物和氧化物,稀有气体化合物是1962年才开始制得成功，是巴特列在发现O2和六氟化铂能发生反应的实验事实后受到启发。,O2+PtF6O2+PtF6-,由于O2的第一电离能(1175.7kJmol-1)和氙的第一电离能(1171.5kJmol-1)非常接近，于是想到用氙代替氧可能会发生同样的反应。结果它成功了。,Xe+PtF6Xe+PtF6-,深红色,橙黄色,1.氟化物,氙和氟在密闭的镍反应器中加热就可得到氙氟化物,673K,Xe过量,573K,873K,1 ：5,1 ：20,氟化氙的结构,XeF2,XeF4,XeF6,直线形,平面四方形,变形八面体形,.氟化物的性质,强氧化
7、性: 氧化能力按XeF2XeF4XeF6顺序递增,高溴酸钠就是用XeF2作氧化剂才首次制得成功的,NaBrO3+XeF2+H2O NaBrO4+2HF+Xe,XeF2 + H2 2HF + Xe,XeF2 + 2Cl- 2F- + Xe + Cl2,XeF4+ Pt 2PtF4 + Xe,与水反应 氙氟化物与水反应活性不同,2XeF2 + 2H2O = 2Xe + 4HF + O2 (在碱中迅速反应),XeF4, XeF6在水中反应生成氙的氧化物,6XeF4+12H2O2XeO3+4Xe+3O2+24HF XeF6+3H2OXeO3+6HF,2XeF6+3SiO22XeO3+3SiF4 (因此不能用玻璃或石英器皿来盛装该化合物）,3.氧化物,氙的氧化物XeO3是无色、易潮解、易爆炸的晶状固体。由氟化物水解制备。,氧化物XeO3，在酸性溶液中具有强氧化性：,并缓慢歧化： 2HXeO4- + 2OH-XeO64- + Xe + O2 + 2H2O,本章作业,p452的5，9，10共三大题。,