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第十二章 氢、稀有气体

第十二章 氢、稀有气体. 教学目标及内容. 氢在自然界的存在（ The existence in nature) --- 了解 氢的物理性质 (Physical property) --- 了解 氢的成键特征 (The type and feature of different bonds)--- 运用 氢的化学性质与用途 (The chemical property and use)--- 识记 氢的制备 (The preparation of hydrogen) ---- 识记 氢化物 (Compounds) ---- 运用

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第十二章 氢、稀有气体

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  1. 第十二章 氢、稀有气体 教学目标及内容 • 氢在自然界的存在（The existence in nature) ---了解 • 氢的物理性质 (Physical property) ---了解 • 氢的成键特征(The type and feature of different bonds)---运用 • 氢的化学性质与用途 (The chemical property and use)---识记 • 氢的制备 (The preparation of hydrogen) ----识记 • 氢化物(Compounds) ----运用 • 氢能源及其研究动态(Energy and reseach direction) ----了解 重点：氢的性质和成键特征 难点：氢的化合物及其性质 教学课时:2

  2. 1.1 概述 1.氢在自然界的存在： 分布：氢是太阳大气的主要成分，主要以态存在于地球上。 化合 2.氢有三种同位素： 1H氕（符号H）----- 稳定（99.98%） 2H氘（符号D）------稳定（0.016%） 3H氚（符号T）------不稳定，可用作示踪原子 3.氢的物理性质： 分子量小，密度小（仅为空气的1/14.5），扩散速度快 （原理：气体扩散定律： UA/UB=(MB/MA)1/2）

  3. 重点 1. 可得到一个电子——形成离子键（ion-bond） 成键类型 2. 可通过共用电子——形成共价键（share-in-bond） 3. 阳离子为赤裸质子——可以形成氢键(hydrogen-bond) 4. 钻到金属晶格中——形成独特键型(special bond) 1.2 氢的成键特征

  4. 1.与非金属反应 N2+3H2==2NH3 H2+Cl2==2HCl 2H2+O2==2H2O 得到电子，制备化肥、 盐酸等，燃烧时用作能源 充当还原剂 制备金属钨、钛以及高纯硅等 失去电子 制备还原剂 此类化合物稳定否？ 2.与活泼金属反应 H2+2Li==2LiH H2+2Na==2NaH H2+2Ca==CaH2 3.与某些化合物反应 3H2+WO3==W+3H2O 2H2+SiCl4==Si+4HCl 2H2+TiCl4==Ti+4HCl 1.3 氢 的 化 学 性 质

  5. 1.实验室制法： 2.水电解法 2H2O(g) 2H2(g)+ O2(g) 通电 3.水煤气法 4.有机物裂解 催化剂 CH4 (g)+ H2O(g) CO(g)+ H2(g) 5.两性元素与碱反应 1.4 氢气的制备 Zn + H2SO4 == ZnSO4 + H2 你能写出这些化学反应方程式吗？ C(赤热)+ H2O(g)==H2 (g) + CO(g) Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2 Si+Ca(OH)2+2NaOH==Na2SiO3+CaO+2H2 （适宜于野外制氢）

  6. 扩散快 难液化 易爆炸 资源有限 能耗太大 贮存及 运输困难 贮存 有机物裂解  电解反应 制备 研究热点 研究热点 光化学催化制备氢气 金属型氢化物贮存氢： 可充电电池 大容量储电装置 电动汽车 1.5 氢能源及其研究动态 1.原料来源于地球上贮量丰富的水，资源不受限制； 2.氢气燃烧发热量高，是同质量石油的三倍； 3.最大优点是燃烧后的生成物是水，不污染环境；  1. 氢能源的特点 低碳经济 2.存在问题及研究热点： 日本：阳光计划；美国：USABC计划； 欧共体：焦耳计划；中国清洁新能源计划

  7. + H H2 H + H Cl H Cl 共价键型氢化物的特点： 分子晶体 1.熔点、沸点较低 2.常温下大都是气体 1.6 氢的成键类型 由氢与 通过共用电子对而形成。 电负性较大的非金属元素（p区中In、Tl除外） 非极性分子 共价键的形成 此类氢化物形成的晶体 类型?具有什么特征? 极性分子 HCl CH4 B2H6 H2S

  8. - + + H- Na H Na+ 电负性很小的活泼金属元素（s区中Be、Mg除外） 氢与通过离子键结合而成。 H- 失去 其中，氢原子 一个电子形成，金属原子电子变成。 得到 阳离子 离子键的形成 属于何种晶体,化合物有什么特点？ 1.熔点、沸点较高 2.熔融导电，电解时阳极产生氢气 3.常温下大都是白色晶体 4.是强还原剂 NaH LiH CaH2 BaH2 离子晶体

  9. H O H O H H 氢 键 的 形 成 在含有强极性键的共价氢化物中，近乎赤裸的氢原子核可以定向吸引邻近电负性高的原子（如F、O、N ）上的孤对电子——形成氢键。 你能解释其中的原因吗？ 形成了氢键的化合物的特点： 1.氢键的强弱与和氢结合的元素的电负性 强弱有关 2.分子间氢键使分子的熔沸点升高 沸点从高到低：HCl< HBr<HI<HF(HF沸点最高) 比较沸点高低：HF 、HCl、 HBr、HI

  10. + H2 金属晶格（Mg） 金属型氢化物 充 电 放 电 镍氢电池充放电基本原理 MH + NiOOH M + Ni(OH)2 M代表金属元素，通常是过渡金属 金属型氢化物（独特键型）的形成 由氢钻到金属晶体的晶格空隙中形成——独特键型。 特点：仍具有金属光泽，组成多不固定，通常是非计量比的（如LaNiH4.7），温度升高氢原子可扩散出来。

  11. 储氢合金和电池 Hydrogen storage alloys： LaNiH4.7及 La(NiCoMnAl)3.8H5.2等 对氢气的压缩比达1000，而液氢的压缩比为500

  12. NaH+H2O→H2+NaOH CaH2+H2O→H2+ Ca(OH)2 TiCl4+NaH→H2+NaCl+Ti 离子型 氢化物 H2O NH3 HF B2H6 CH4 共价型 满电子型 富电子型 缺电子型 金属型 TiFeH1.95 LaNiH4.7 氢 化 物 的 种 类 及 性 质 什么是富电子型和缺电子型？你能初步作出判断吗？

  13. O C N H H H H 2s22p4 2s22p2 2s22p3 H H H H H H H H H B B H H B B H H H H H H 2s22p1 两个三中心二电子键——氢桥键 The type of adequent electron The type of rich electron The type of poor electron

  14. BaH2 CrH2 KH PH3 B2H6 SiH4 LaNiH5 温度升高、H原子扩散 金属型 分子型 离子型 熔点较高、熔融能导电 熔点、沸点较低 2.下列不属于氢的成键类型的是 A 离子键 B 共价键 C 金属键 D 氢键 1.判断下列氢化物类型及特点 答案：C 3.完成下列化学反应方程式 WO3+ H2→ Si+ NaOH+H2O→ NaH+H2O→ TiCl4+ H2→ CaH2+H2O→ WO3+3H2→W+3H2O Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2 NaH+H2O→H2+NaOH TiCl4+2H2→Ti+4HCl CaH2+H2O→Ca(OH)2+H2

  15. 第二节 稀有气体的用途 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。 He 氖的导电性是空气的75倍，用于放电管中发射红光，也用于作金属焊接的保护气。 Ne 氩氩的导热性很差，用于填充灯泡，也用作焊接的保护气。 Ar Kr 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。 Xe

  16. 价电子层结构 He Ne Ar Kr Xe Rn 1s2 2s22p6 3s23p6 4s24p6 5s25p6 2s22p6 2.1 稀有气体性质 （0族元素） 稀有气体中谁最有可能发生化学反应？ 稀有气体的价电子结构为饱和电子层结构，因此该气体不易失去电子、不易得到电子，不易形成化学键,均为单原子分子。但根据其电离能可判断稀有气体在一定条件下 仍可发生化学反应.

  17. O2+PtF6＝O2+[PtF6]- Xe + F2 ============XeF4 Xe + F2 ==========XeF2 Xe + F2 ============XeF6 1 ： 5 873K，6.18×105 Pa 1 ： 2 673K，1.03×105 Pa 1 ： 20 573K，6.18×105 Pa 2.2 稀有气体化合物 氧的第一电离能为1175.7kJ·mol-1 氙第一电离能(1171.5kJ·mol-1) ，能否代替氧发生同样反应。 Xe+PtF6＝Xe+[PtF6]- 加拿大青年化学家Bartlett于1962年获得成功! Xe的化合物主要是氟化物和氧化物 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.

  18. XeF2 XeF4 XeF6 5s25p6 5s25p45d2 5s25p35d3 5s25p55d1 sp3d2杂化 sp3d3杂化 sp3d1杂化 十面体 八面体 三角双锥 Xe的价电子结构:5s25p6 问题:Xe的氟化物中Xe到底是如何与F形成化学键的呢? 氙化物的电子空间构型

  19. 氟化氙的分子空间结构 XeF6 XeF2 XeF4 直线形 平面正方形 八面体

  20. NaBrO3+XeF2+H2O → NaBrO4+2HF+Xe XeF2 + H2→2HF + Xe XeF2 + 2Cl- →2F- + Xe + Cl2 XeF4+ Pt →2PtF4 + Xe Xe O O 2XeF2 + 2H2O = 2Xe + 4HF + O2 O 6XeF4+12H2O＝2XeO3+4Xe+3O2+24HF XeF6+3H2O＝XeO3+6HF 氟化物的化学性质 高溴酸钠就是用XeF2作氧化剂才首次制得成功 • 强氧化性: XeF4, XeF6与水反应生成氧化物 氙的氧化物是无色、易潮解、易爆炸的晶状固体.强氧化性.

  21. 稀有气体化合物的结构 分子 价电子对数 价电子对构型 可能构型 最稳定构型 XeF2 5 三角双锥 三种 直线型 XeF4 6 八面体 二种 平面四面形 XeF6 7 变形八面体 二种 变形八面体 XeOF4 6 八面体 二种 四方锥形 XeO3 4 四面体 一种 三角锥形 XeO4 4 四面体 一种 正四面体 作业: 3,4,6,8

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