第9章-元素概论...ppt

第9章元素概论,9.1元素概述,9.2氢,9.3稀有气体,9.4氢化物,迄今为止，已经发现的与人工合成的元素112种，自然界天然存在92种，其余为人工合成元素。,元素的发现,元素概述,9.1.1元素的分类,元素概述,含量少，发现晚研究少，应用晚,元素概述,HeNeArKrXeRn,HLiNaKRbCsFr,BeMgCaSrBaRa,ScYLa系Ac系,TiZrHf,VNbTa,CrMoW,MnTcRe,FeRhOs,CoRhIr,NiPdPt,CuAgAu,ZnCdHg,BAlGaInTl,CSiGeSnPb,OSSeTePo,FClBrIAt,NPAsSbBi,金属晶体,分子晶体,原子晶体,金属晶体原子晶体层状或链状分子晶体,元素概述,主族元素单质,典型金属晶体原子晶体、层状或链状晶体分子晶体,同周期元素，自左向右,同族元素，自上而下,分子晶体或原子晶体金属晶体,熔点和沸点决定于物质的晶体类型,元素概述,均为金属晶体,副族元素单质,一般具有较高的熔点和沸点,熔点最高的是W3410,具有较大的密度和硬度(IIIB和IIB除外),硬度最大的是Cr(仅次于金刚石),密度最大的依次是Os、Ir、Pt,易导电,元素概述,9.1.2元素在自然界中的存在形态,元素概述,元素概述,9.1.3元素的分布和我国的自然资源,各种元素在地球上的含量相差极为悬殊：较轻的元素含量较多，较重的元素含量较少；原子序数为偶数的含量较多，原子序数为奇数的含量较少,各元素在地壳中平均含量的百分数丰度,丰度表示方法,质量百分数,原子百分数,质量clarke值,原子clarke值,上述10种元素在组成地壳的原子总数中约占99%,地壳中分布最广的10种元素,元素概述,Sn、Mo、Bi、Pb、Hg、Nb、Ta、Be等矿物储量均居世界前列，钛铁矿居世界第一。Al、Cu、Ni的储量也很大,我国铁矿、铜矿、磷矿多为贫矿，钾盐、天然碱、天然硫、金刚石等资源少，金、银、铂等更为稀少,非金属矿物如P、S、石墨矿和硼矿储量也很高,元素概述,9.1.4单质的制取方法,元素概述,元素概述,9.2.1氢原子的性质及其成键特征,16世纪，注意到氢的存在，但并没有重视。,氢气的发现,氢,氢,9.2.2.氢气的性质和用途,氢,氢分子在常温下不活泼。H2的解离能相当大：,氢气与非金属元素反应直接形成相应的氢化物,rHm=92.1kJmol1,rHm=571.8kJmol1,氢气可氧化物或卤化物在高温下发生氧化还原反应,化学性质,氢,氢气与活泼的金属在高温下反应生成离子化合物,氢气可以参与一些重要的有机反应,高温下（2000K上)H2分解为H，常温下H将一些金属氧化物或氯化物还原为金属,H能直接与硫作用,氢,用途,氢气作为能源的一个难题是氢的储存，可利用某些过渡金属可逆地吸收和释放氢气的特性，达到储氢的目的。目前研究较多的是Ti-Fe、Ti-Ni、La-Mg、La-Ni,氢,氨氮肥甲醇氢化油燃料电池燃料,电解法,电解15%20%NaOH(KOH)水溶液，耗能大，效率仅32%,文献报道，383423K、10133039kPa下，效率可达90%,天然气，焦碳制氢气,9.2.3氢的制备方法,氢,氢,9.3.1稀有气体的存在和发现,6种稀有气体元素是在1894-1900年间陆续被发现的。,1894年，英国物理学家瑞利（RayleighJWS）与化学家Ramsay合作，除去空气中的N2和O2，用光谱分析鉴定剩余气体，发现了氩，被命名为argon“懒惰”。,稀有气体,1898年5月30日，莱姆赛和特拉弗斯在大量液态空气蒸发后的残余物中，发现了氪，他们把它命名为Krypton，即“隐藏”之意。隐藏于空气中多年才被发现。,1898年6月，莱姆赛和特拉弗斯在蒸发液氩时，收集了最先逸出的气体，发现了氖，被命名为neon“新的”，即从空气中发现的新气体，也就是现在“霓虹”灯里的气体。,1898年7月12日，莱姆赛和特拉弗斯分馏液态空气，制得氪和氖后，又把氪反复地分次萃取，又分离出比氪更重的新气体，被命名为xenon陌生的。,1899年，英国物理学家欧文斯(OwensRB)和卢瑟福(RutherfordE)研究钍的放射性时，发现钍射气氡-220。,1900年，德国道恩(DornFE)研究镭的放射性时，发现镭射气氡-222。,1902年，德国人吉赛尔(GieselFO)在锕的化合物中发现锕射气氡-219。,稀有气体,1908年，莱姆赛确定镭射气是一种新元素，与已发现的其它稀有气体一样，是一种化学惰性的稀有气体元素。其它两种射气，是它的同位素。1923年国际化学会议上命名这种新元素为radon，中文音译成氡，化学符号为Rn。,氦、氖、氩、氪、氙、氡六种稀有气体位于元素周期表的零族。由于化学惰性，很久以来，它们被称为“惰性气体元素”。,1962年，加拿大工作的英国青年化学家巴特列特(BartlettN)首先合成出六氟合铂酸氙XePtF6，动摇了长期禁锢人们思想的“惰性气体惰性”的形而上学的观念。“惰性气体”也随之改名为“稀有气体”。,稀有气体,9.3.2稀有气体的原子结构、性质和用途,稀有气体都是单原子分子，其熔点、沸点、溶解度、密度、临界温度等随原子序数增大而递增。,He,临界温度最低所有气体中最难液化的气体唯一没有g-s-l三固平衡点的物质温度降低到2.178K时，He()He()，这个温度称点，点跟压力有关。点以下，He()具有许多反常的性质。,稀有气体,稀有气体,稀有气体,1.Xe氟化物,三种氟化物都具有挥发性，在室温下易升华。它们可保存在镍容器中，但XeF4和XeF6对水特别敏感。,(1)XeF2,XeF2在稀酸溶液中水解较慢，但在碱性溶液中迅速水解。,9.3.3稀有气体化合物,三种氟化物均为强氧化剂：,稀有气体,(2)XeF4,是最易制得的氟化物，当Xe和F2按1：5混合在镍容器中于400和6atm下加热几小时便可生成XeF4，XeF4能迅速跟氢反应生成Xe和HF。,在一定的压力下XeF4与F2反应生成XeF4。,(3)XeF6,XeF6固体是无色的，加热时先变黄，然后变成黄色的液体和蒸气，迅速与石英反应。,稀有气体,2.氟化氙的配合物,Xe的二、四、六氟化物均能作为氟化物给予体，而XeF6还能作为接受体，因此这些氟化物与AsF5、SbF5、RuF5反应生成加合物。,除为分子晶体外，其它加合物公认是离子型的。含有XeF+和离子。,X射线研究指出具有平面结构。,稀有气体,高氙酸与浓硫酸作用可生成XeO4,XeO3是白色潮解性固体，并易爆炸。XeO3能被碘定量还原。,3.氙-氧化合物,在碱性溶液中缓慢水解歧化为高氙酸和Xe。,pH10