化工四大化学(专业)氢元素(课堂讲义)

1、第九章 元素概论 9.2 氢 元素周期表 A0 1 1 H AAAAAA2 He 2 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne 3 11 Na 12 Mg B B B B BB B 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar 4 19 K 20 Ca 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 28 Ni 29 Cu 30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr 5 37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr 41 Ne 42 Mo 43 Tc 44 Re 45

2、Rh 46 Pa 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 I 54 Xe 6 55 Cs 56 Ba 57- 71 Lu 72 Hf 73 Ta 74 W 75 Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn 7 87 Fr 88 Ra 89- 103 Lr 104 Rf 105 Db 106 Sg 107 Bh 108 Hs 109 Mt 110 Uu n 111 Uu u 112 Uu b 氢是宇宙间所有元素中含量最丰富的元素 在自然界中主要以化合态存在 是周期系

3、中第一号元素 符号 含量/% 1H （氕） H 99.98 2H （氘） D 0.016 3H （氚） T 0.004 氢有三种同位素 1 1 1 9.2.1 氢原子的性质及其成键特征 目前世界各地建造的实验性聚变反应堆目前世界各地建造的实验性聚变反应堆 用的是一种用的是一种D和和T构成的等离子体燃料构成的等离子体燃料 符号 含量/% 1H H 99.98 2H D 0.016 3H T 0.004 氢有三种同位素 1 1 1 9.2.1 氢原子的性质及其成键特征 iiiiiiiiiiii 三种同位素质子数相同, 中子数不同 它们的单质和化合物的化学性质基本 相同，物理性质和生化性质则不同 符

4、号 含量/% 1H H 99.98 2H D 0.016 3H T 0.004 氢有三种同位素 1 1 1 9.2.1 氢原子的性质及其成键特征 价层电子价层电子 构型构型 1s1 氧化数氧化数 -1,0,+1 原子半径原子半径 pm 37 电离能电离能 （kJmol-1） 1312 电子亲合能电子亲合能 （kJmol-1） -72.8 电负性电负性2.1 1.失去价电子H+(*) 2.结合一个电子:H- 易与活泼金属形 成离子型氢化物 3.易与非金属通过 共用电子对形成 共价型氢化物 熔点熔点/-259.23 沸点沸点/-252.77 气体密度气体密度 （gcm-3） 8.98810-5 (

5、为空气的为空气的1/14倍倍) 氢气是无色、氢气是无色、 无味、无臭无味、无臭 的可燃性气的可燃性气 体，是所有体，是所有 气体中最轻气体中最轻 的的 氢气球可携带仪器作高空探测 也可携带干冰、碘化银等试剂进 行人工降雨 9.2.2 氢气的性质和用途 熔点熔点/-259.23 沸点沸点/-252.77 气体密度气体密度 gcm-3 8.98810-5 (为空气的为空气的1/14倍倍) fusHm Jmol-1 117.15 vapHm Jmol-1 903.74 热导率热导率 Wm-1K-1 0.187 (为空气的为空气的5倍倍) 熔、沸点极低，熔、沸点极低， 难液化难液化 液氢是重要的高能燃

6、料,是美国宇宙航 天飞机和我国“长征”三号火箭所用燃料。 液氢是超低温制冷剂，可将除氦外的 所有气体冷冻成固体 9.2.2 氢气的性质和用途 熔点熔点/-259.23 沸点沸点/-252.77 气体密度气体密度 gcm-3 8.98810-5 (为空气的为空气的1/14倍倍) fusHm Jmol-1 117.15 vapHm Jmol-1 903.74 热导率热导率 Wm-1K-1 0.187 (为空气的为空气的5倍倍) 3. 在水中的溶在水中的溶 解度很小。解度很小。 可大量溶于可大量溶于 镍、钯、铂镍、钯、铂 等金属中等金属中 利用此性质可制得极纯的氢气 9.2.2 氢气的性质和用途 4

7、. 氢分子在常温下不活泼，但当已氢分子在常温下不活泼，但当已 解离的氢原子结合为分子时，可解离的氢原子结合为分子时，可 放出大量热放出大量热 2H H2 rHm = -436 kJmol-1 利用此性质可作原子氢吹管，用 于熔化难熔的金属(如W、Ta等) 9.2.2 氢气的性质和用途 5. 氢气在氧气或空气中燃烧， 可得到温度近3000的氢氧焰 可用于金属的切割或焊接 H2 + O2 H2O (l) rHm = -285.830 kJmol-1 1 2 9.2.2 氢气的性质和用途 5. 氢气在氧气或空气中燃烧， 可得到温度近3000的氢氧焰 注 意 1.点燃或加热氢气时，必须确 保氢气的纯净

8、 2.使用氢气的厂房要严禁烟火, 加强通风 9.2.2 氢气的性质和用途 6. 氢气在加热时，可与许多金 属或非金属反应，生成氢化物 9.2.2 氢气的性质和用途 7. 氢气在高温下，可与氧化物、 氯化物反应，得到金属或非金属 如 工业上高纯钨和硅的制取 WO3 + 3H2 W + 3H2O 高温 SiCl4 + 2H2 Si + 4HCl 高温 9.2.2 氢气的性质和用途 8. 高温下，氢分子可分解为原子氢。 原子氢比分子氢活泼 2H + S H2S 与与S作用生成作用生成H2S 2H + CuCl2 Cu + 2HCl 在常温下可将Cu、Fe、Bi、Hg、Ag 等的氧化物或氯化物还原为金

9、属 如 9.2.2 氢气的性质和用途 用锌和盐酸或稀硫酸作用 Zn + 2H+ Zn2+ + H2 实验室 9.2.3 氢气的制备方法 由于CaH2便于携带，而水又易 得，所以此法适用于作为军事和 气象氢气气球的气源。 野外作业制氢 9.2.3 氢气的制备方法 CaH2 + 2H2O Ca(OH)2 + 2H2 (1) 天然气或焦炭与水蒸气作用天然气或焦炭与水蒸气作用, 得到水煤气得到水煤气 CH4 + H2O CO + 3H2 700-870 Ni、Co催化剂 C + H2O CO + H2 1000 (2) 水煤气与水蒸气反应,得到CO2和H2的混合气 CO + H2O CO2 + H2 Fe、Cr催化剂 (3) 除去CO2可得较纯的氢气 工业上：1. 矿物燃料转化法 9.2.3 氢气的制备方法 电解15%20%氢氧化钠溶液 阴极：阴