第十三章 氢　稀有气体第十三章 氢　稀有气体13.1

氢13.2稀 有 气 体

作 业

本 章 要 求

13.1 氢• 13.1.1 氢的存在和物理性质一、氢的存在

1. 氢是自然界最丰富的元素，丰度占第九位（以质量计），含氢化合物种类很多，水生命物质，化石燃料等。

名称 符号 含量 熔点 沸点 用途

氕 H 99.98% 20.4K 14.0K 还原剂、燃料

氘 D 0.02% 23.5K 18.6K原子反应堆、反应机理的研究

氚 T 极少 核聚变反应、示踪原子

2. 三种同位素：

二、氢的物理性质

• 1. 无色、无味的可燃性气体，密度小，溶解度小• 2. 易被镍、钯、铂等金属吸附，被吸附的氢活性

增强，如常温下能与氧化合。• 3. 正氢和仲氢用液态的空气冷却氢气，并用活性炭吸附分离，可

得氢的两种变体，正氢和仲氢。普通氢在室温下含 75% 的正氢， 25% 的仲氢。二者的区别在于两核的自旋方向不同，物理性质不同，化学性质相同。

13.1.2 氢的化学性质和氢化物一、氢的成键特征（ 1 ）配位键： H+ 与其它的原子或分子。如酸中

的水合氢离子。（ 2 ）共价键：与电负性不大的非金属元素以共用

电子对结合，如 H2O 。（ 3 ）离子键：和第Ⅰ A 和Ⅱ A 族元素。 如 NaH （ 4 ）独特的键形 氢键： N 、 O 、 F 的氢化物，如水分子。 氢桥键：在缺电子化合物中，如乙硼烷。

二、氢的化学性质1. 单质氢

（ 1 ）氢分子在常温下不太活泼，解离能为 436kJ/mol. 与氟化合，还能还原 PdCl2 水溶液。

PdCl2(aq)+H2 →Pd(s)+2HCl(aq)

该反应可以检验 H2 的存在。

2H2 + CO → CH3OH

⑵. 在一定条件下，与许多金属、非金属及金属氧化物反应。 2H2 + O2 → 2H2O

WO3 + 3H2 → W + 3H2OCu/ZnO

又如油脂的氢化。

2. 原子氢

原子氢的还原性比氢单质要强得多，在常温下能与 Ge Sn As Sb 等单质直接化合。 与 As;S 等非金属单质的反应

As + 3H → AsH3

S + 2H → H2S 与金属氧化物或氯化物的反应

CuCl2 + 2H → Cu + 2HCl

与含氧酸盐的反应

BaSO4 + 8H → BaS + 4H2O

1 实验室制备 Zn + H2SO4 →ZnSO4 + H2↑

2. 电解法 阴极 2H2O +2e- → H2 ↑ + 2OH-

阳极 4OH- → O2 ↑ + 2H2O +4e-3. 工业生产

C( 赤热 ) + H2O （ g ） → H2(g) + CO(g)

1373K

三、氢的制备

4. 石油化学工业 C2H6(g)→ CH2=CH2(g) + H2(g)

5. 野外工作的简便制法

Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2(g)

四 . 氢化物

1 、离子型氢化物： 如 NaH, LiAlH4

2 、金属型氢化物： 如 VH0.56

3 、共价型氢化物：

4 、金属含氢配合物： [Fe(CO)4H2] NaBH4 等、五 . 氢能源1. 来源丰富2. 热值高，相当于同质量的石油的三倍。3. 无污染。4. 可储存，可高效输送。

13.2 稀有气体13.2.1 稀有气体发现简史普鲁物和拉齐姆在研究空气的成分时发现了氩。后

又发现了其它的气体。13.2.2 稀有气体的存在、性质、制备和用途一、存在稀有气体都能在大气中找到，它们约占大气成分的1%. 其中氩最多。氦是宇宙中第二最丰元素（ 23% ）。二、制备1 、空气的液化2 、稀有气体的分离

　　 13.2.3 稀有气体化合物 一、稀有气体化合物的发现：零族元素的确认在发现周期系之后，曾长期叫惰性气体（ inert gases ），直到 1962 年英国化学家巴特列在室温下第一次合成出真正的化合物 XePtF6 ：Xe(g)+PtF6(g)===XePtF6 (s,桔红色晶体 ) 　　第一个 rare gas compound 被合成 ,inert gases 的神话从此被打破。改称稀有气体 (noble gases 或 rare gases) 。

氦：不燃烧，密度小，可用来代替氢气充填气球。 氖：用于制造氖灯或仪器中的批示灯。

氩：热传导系数小，用于充填电灯泡，防氧化。

氪和氙：热传导系数小，填充灯泡；同位素用来测量脑血流量和研究肺功能、计算胰岛素分泌量。氙“人造小太阳”。

　　早在 1960 年巴特列通过实验发现了强氧化性的PtF6(g) 可以将 O2 分子氧化成 O2

+PtF6- 。他考虑到 Xe

与 O2 分子的电离能相近 (I1Xe=1170KJ/mol,I1O2=1164

KJ/mol), 还有 O2+ 与 Xe+ 的半径也大致相似。因此，如

果有 XePtF6 ，其晶格能亦与 O2PtF6 的相似，估计PtF6(g) 可以将氙氧化。

£¨¿É¼ÆË㣩

O2 PtF6 O2+PtF6

-

O2+

PtF6- U

I1(O2)E1(PtF6)

+

+

Hm

£¨¿É¼ÆË㣩

Xe PtF6 Xe+PtF6

-

Xe+

PtF6- U

I1(Xe)E1(PtF6)

+

+

Hm

Xe(g)+PtF6(g)===XePtF6(s,桔红色晶体 )

　　 1962 年 XePtF6 第一次问世，使整个化学界大为震惊，许多人转向稀有气体化合物的合成，使稀有气体化合物迅速发展。

　　 1 、氟化物 　　在一定条件下氟与 Xe 有下列反应 F2+Xe(过量 )→XeF2 673K,1.03×105pa

F2+Xe( 少量 )→XeF4 873K,6.18×105pa

F2+Xe( 少量 )→XeF6 573K,6.18×106pa

XeF2 是强氧化剂，不太稳定。 2XeF2+2H2O===2Xe+4HF+O2

XeF2+2KCl===Xe+2KF+Cl2

4XeF4+8H2O===2XeO3+2Xe+O2+16HF

XeF6+3H2O===XeO3+6HF氟化氙都是强氧化剂。

二、稀有气体化合物

　　 2 、氧化物　　 XeO3 ：是一种易潮解和易爆炸的化合物，具有强氧化性。 　　 XeO4 ：很不稳定，具有爆炸性的气态化合物。　　

氙的化合物，一般都能发生水解，都是强氧化剂，一般情况被还原为单质。 这些性质与稀有气体具有很稳定的电子构型有关。　　 3 、稀有气体化合物的结构（自学）

6XeF4 + 12H2O =2XeO3 +4Xe +24HF +3O2

XeF6 + H2O = XeOF4 + 2HF

XeF6 + 3H2O = XeO3 + 6HF