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1、无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案元素概论元素概论第九章第九章 元素的自然资源元素的自然资源 单质的性质和制备方法单质的性质和制备方法 稀有气体的性质和用途稀有气体的性质和用途 氢气的性质氢气的性质 氢化物的类型氢化物的类型 离子型氢化物的性质离子型氢化物的性质 元素的发现、分类和存在形态元素的发现、分类和存在形态主要内容主要内容 元素的分类和存在形态元素的分类和存在形态 单质物理性质递变规律单质物理性质递变规律 氢气的性质氢气的性质 氢化物的类型氢化物的类型 离子型氢化物的性质离子型氢化物的性质基本要求基本要求目录目录9-1 元素的发现、分类和存在元素的发现、分类和存在9-2 元素

2、的自然资源元素的自然资源9-4 单质的制取方法单质的制取方法9-3 单质的晶体结构和物理性质单质的晶体结构和物理性质9-6 氢氢9-7 稀有气体稀有气体目目 录录第一节元素的发现、分类和第一节元素的发现、分类和存在形态存在形态第九章第九章 元素概论元素概论第一节第一节元素的发现、元素的发现、 分类和存在形态分类和存在形态 无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案9-1-1 元素的发现元素的发现迄今为止，已发现的元素和迄今为止，已发现的元素和人工合成的元素已有人工合成的元素已有112112种种, ,其中天然存在的为其中天然存在的为9292种，其种，其余为人工合成元素。余为人工合成元素。元素周

3、期表A011HAAAAAA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne311Na12MgB B B B BB B13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Nb42Mo43Tc44Ru45Rh46Pd47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655Cs56Ba57-71Ln72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787

4、Fr88Ra89-103An104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112Uub9-1-1 元素的发现元素的发现 111号元素于1994年12月在德国达斯塔特重离子研究中心(GSI)，由德国化学家 P.Armbruster领导的多国科学家研究组人工合成。2019年2月9日又合成了112号元素。 9-1-2 元素的分类元素的分类A011HAAAAAA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne311Na12MgB B B B BB B13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co2

5、8Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Nb42Mo43Tc44Ru45Rh46Pd47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655Cs56Ba57-71Ln72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787Fr88Ra89-103An104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu*112Uub* 按元素性质按元素性质: 分为金属和非金属分为金属和非金属 通过通过B-Si-As-Te-At和和Al-

6、Ge-Sb-Po之间的之间的对角线来划分对角线来划分, 左下方为金属左下方为金属(90种种), 右上右上方为非金属方为非金属(22种种), 对角线附近的对角线附近的Ge、As、Sb、Te为准金属。为准金属。元素周期表轻稀有元素轻稀有元素铂系元素铂系元素稀土元素稀土元素分散稀有元素分散稀有元素稀有气体稀有气体高熔点稀有元素高熔点稀有元素红色字红色字 放射性稀有元素放射性稀有元素IA011HAAAAAA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne311Na12MgB B B B BB B13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe2

7、7Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Nb42Mo43Tc44Ru45Rh46Pd47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655Cs56Ba57-71Ln72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787Fr88Ra89-103An104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112Uub在化学上元素分为在化学上元素分为 普通元素和稀有元素两类普通元素和稀有元素两类9-1-3 元素在自然

8、界中的存在形态元素在自然界中的存在形态单质单质( (游离态游离态) )化合物化合物( (化合态化合态) )气态非金属单质气态非金属单质: :如如N2N2、O2O2等等固态非金属单质：如固态非金属单质：如C C、S S等等金属单质金属单质: : 如如HgHg、AuAu及及AgAg等等氧化物、硫化物、卤化物、氧化物、硫化物、卤化物、碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐、硅酸盐、硼酸盐硅酸盐、硼酸盐终了终了 无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案第九章第九章 元素概论元素概论第一节第一节终了终了第二节元素的自然资源第二节元素的自然资源第九章第九章 元素概论元素概论第二节第二节元素的自

9、然资源元素的自然资源 无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案1. 在地壳中分布最广的在地壳中分布最广的10种元素为种元素为O H Si Al NaFe Ca Mg K Ti 在组成地壳的原子总数中约占在组成地壳的原子总数中约占99%99%9-2 9-2 元素的自然资源元素的自然资源2.主要存在于矿物和天然水系中主要存在于矿物和天然水系中我国的矿物资源非常丰富我国的矿物资源非常丰富,已探明的达已探明的达148种种W、Li、Sb、Zn及稀土居世界之首及稀土居世界之首稀土矿总储量占世界的稀土矿总储量占世界的80%1. 在地壳中分布最广的在地壳中分布最广的10种元素为：种元素为： O、H、Si、

10、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti 9-2 9-2 元素的自然资源元素的自然资源2. 主要存在于矿物和天然水系中主要存在于矿物和天然水系中1. 在地壳中分布最广的在地壳中分布最广的10种元素为：种元素为： O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti 9-2 9-2 元素的自然资源元素的自然资源Sn、Mo、Bi、Pb、Hg、Nb、Ta、Be等矿物储量均居世界前列等矿物储量均居世界前列钛铁矿居世界第一钛铁矿居世界第一Al、Cu、Ni的储量也很大的储量也很大2. 主要存在于矿物和天然水系中主要存在于矿物和天然水系中1. 在地壳中分布最广的在地壳中分布最广的10种元素为：种元素为： O、

11、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti 9-2 9-2 元素的自然资源元素的自然资源但我国铁矿、铜矿、磷矿多为贫矿但我国铁矿、铜矿、磷矿多为贫矿钾盐、天然碱、天然硫、金刚石等资源少钾盐、天然碱、天然硫、金刚石等资源少金、银、铂等更为稀少金、银、铂等更为稀少2. 主要存在于矿物和天然水系中主要存在于矿物和天然水系中1. 在地壳中分布最广的在地壳中分布最广的10种元素为：种元素为： O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti 9-2 9-2 元素的自然资源元素的自然资源非金属矿物非金属矿物如如P、S、石墨矿和硼矿储量也很高、石墨矿和硼矿储量也很高2. 主要存在于矿物和天然水系中

12、主要存在于矿物和天然水系中1. 在地壳中分布最广的在地壳中分布最广的10种元素为：种元素为： O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti 9-2 9-2 元素的自然资源元素的自然资源海水中含有海水中含有O、H、Cl、Na、Mg等等约约50余种元素余种元素大多数元素以离子形式存在，大多数元素以离子形式存在，也有些沉积于海底也有些沉积于海底如太平洋海底的锰结核矿如太平洋海底的锰结核矿2. 主要存在于矿物和天然水系中主要存在于矿物和天然水系中1. 在地壳中分布最广的在地壳中分布最广的10种元素为：种元素为： O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti 9-2 9-2 元素的自然资

13、源元素的自然资源3. 也存在大气中也存在大气中大气中主要含有大气中主要含有N2、O2和稀有气体和稀有气体终了终了 无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案第九章第九章 元素概论元素概论第二节第二节终了终了第三节单质的晶体结构和物第三节单质的晶体结构和物理性质理性质第九章第九章 元素概论元素概论第三节第三节单质的晶体结构单质的晶体结构 和物理性质和物理性质 无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案AAAAAAA 0一一H2分子分子晶体晶体He分子分子晶体晶体二二Li金属金属晶体晶体Be金属金属晶体晶体B原子原子晶体晶体C金刚石金刚石 原子晶体原子晶体石墨石墨 片状结构晶体片状结构晶体富勒

14、烯碳原子簇富勒烯碳原子簇分子晶体分子晶体N2分子晶体分子晶体O2分子晶体分子晶体F2分子分子晶体晶体Ne分子分子晶体晶体三三Na金属金属晶体晶体Mg金属金属晶体晶体Al金属金属晶体晶体Si原子晶体原子晶体P白磷白磷 分子晶体分子晶体黑磷黑磷 层状结构晶体层状结构晶体S斜方硫、单斜硫斜方硫、单斜硫 分子晶体分子晶体弹性硫弹性硫 链状结构晶体链状结构晶体Cl2分子分子晶体晶体Ar分子分子晶体晶体四四K金属金属晶体晶体Ca金属金属晶体晶体Ga金属金属晶体晶体Ge原子晶体原子晶体As黑砷黑砷 分子晶体分子晶体灰砷灰砷 层状结构晶体层状结构晶体Se红硒红硒 分子晶体分子晶体灰硒灰硒 链状结构晶体链状结构

15、晶体BrBr2 2分子分子晶体晶体Kr分子分子晶体晶体五五Rb金属金属晶体晶体Sr金属金属晶体晶体In金属金属晶体晶体Sn灰锡原子晶体灰锡原子晶体白锡白锡 金属结构晶体金属结构晶体Sb黑锑砷黑锑砷 分子晶体分子晶体灰锑灰锑 层状结构晶体层状结构晶体Te灰锑链状结构晶体灰锑链状结构晶体I I2 2分子分子晶体晶体Xe分子分子晶体晶体六六Cs金属金属晶体晶体Ba金属金属晶体晶体Ti金属金属晶体晶体Pb金属晶体金属晶体BiC C层状结构晶体层状结构晶体( (近于金属晶体近于金属晶体) )Po金属晶体金属晶体At金属金属晶体晶体Rn分子分子晶体晶体典型金属晶体典型金属晶体原子晶体、层状或链状晶体原子晶

16、体、层状或链状晶体分子晶体分子晶体分子晶体或原子晶体分子晶体或原子晶体金属晶体金属晶体熔点、沸点：熔点、沸点： 低低高高低低密度、硬度：密度、硬度： 小小大大小小导电性：导体导电性：导体半导体、非导体半导体、非导体副族元素单质均为金属晶体副族元素单质均为金属晶体1.一般具有较高的熔点和沸点一般具有较高的熔点和沸点熔点最高的是熔点最高的是 W 3410其次是其次是 Cr Re副族元素单质均为金属晶体副族元素单质均为金属晶体2.具有较大的密度和硬度具有较大的密度和硬度 (B和和B除外除外)密度最大的是密度最大的是 Os Ir Pt硬度最大的是硬度最大的是 Cr (仅次于金刚石仅次于金刚石) 1.一

17、般具有较高的熔点和沸点一般具有较高的熔点和沸点副族元素单质均为金属晶体副族元素单质均为金属晶体2.具有较大的密度和硬度具有较大的密度和硬度 (B和和B除外除外)3.易导电易导电1.一般具有较高的熔点和沸点一般具有较高的熔点和沸点Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Tc、Re、Ru、Os、Rh、Ir、Zn、Cd、Hg、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Li、Be、La、Eu、Th、Pa、Am 等等具有超导性的有：具有超导性的有：终了终了 无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案第九章第九章 元素概论元素概论第三节第三节终了终了第四节单质的制取方法第四节单质的制取方法第九章第

18、九章 元素概论元素概论第四节第四节单质的制取方法单质的制取方法 无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案大致有五种方法：大致有五种方法：物理分离法物理分离法热分解法热分解法电解法电解法还原法还原法氧化法氧化法9-4 9-4 单质的制取方法单质的制取方法适用于分离、提取以单质存适用于分离、提取以单质存在，与其杂质在某些物理性在，与其杂质在某些物理性质有显著差异的元素质有显著差异的元素如如 氧气与氮气的分离：氧气与氮气的分离：利用液氧和液氮的沸点不同利用液氧和液氮的沸点不同1. 物理分离法物理分离法常用于制备一些高纯物质常用于制备一些高纯物质如如 Zr(粗粗) + 2I2 ZrI4600180

19、0Zr(纯纯) + 2I22. 热分解法热分解法用于制备活泼金属和非金属用于制备活泼金属和非金属如如 H2和和Cl2的制取的制取2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2+ Cl2电解电解电解电解Na的制取的制取2NaCl(熔体熔体) 2Na + Cl2CaCl2,5805903. 电解法电解法MnO2 + 2CO Mn + 2CO2如如 MgO + C Mg + COWO3 + 3H2 W + 3H2OFe2O3 + 2Al 2Fe + Al2O3用还原剂还原化合物制取金属单质用还原剂还原化合物制取金属单质一般常用焦炭、一般常用焦炭、CO、H2、活泼金、活泼金属等作还原剂。属等作还原剂。

20、4. 还原法还原法用氧化剂氧化化合物制取单质用氧化剂氧化化合物制取单质如如 用空气氧化法从黄铁矿中提取硫用空气氧化法从黄铁矿中提取硫3FeS2 + 6C + 8O2 Fe3O4 + 6CO2+6S5. 氧化法氧化法终了终了 无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案第九章第九章 元素概论元素概论第四节第四节终了终了第六节氢第六节氢第九章第九章 元素概论元素概论第六节第六节氢氢 无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案元素周期表A011HAAAAAA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne3 11Na12MgB B B B BB B13Al14Si15P16S17Cl18Ar4 1

21、9K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr5 37Rb38Sr39Y40Zr41Ne42Mo43Tc44Re45Rh46Pa47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe6 55Cs56Ba57-71Lu72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn7 87Fr88Ra89-103Lr104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112Uub氢是宇宙间所有元素中含量最丰富的元

22、素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在自然界中主要以化合态存在是周期系中第一号元素是周期系中第一号元素9-6 氢氢氢是宇宙中丰度最大的元素氢是宇宙中丰度最大的元素, 按原子按原子 数计占数计占90%, 按质量计则占按质量计则占75%。 2. 氢的三种同位素质量之间的相对差值特别高，并因此而氢的三种同位素质量之间的相对差值特别高，并因此而 各有自己的名称各有自己的名称, 这在周期表元素中绝无仅有。这在周期表元素中绝无仅有。3. 氢原子是周期表中结构最简单的原子。氢原子是周期表中结构最简单的原子。 4. 氢化学是内容最丰富的元素化学领域之一。氢化学是内容最丰富的元素化学

23、领域之一。 氢形成氢键。如果没有氢键，地球上不会存在液态水！氢形成氢键。如果没有氢键，地球上不会存在液态水！ 人体内将不存在现在的人体内将不存在现在的DNA双螺旋链！双螺旋链！6. 氢是周期表中唯一尚未找到确切位置的元素。氢是周期表中唯一尚未找到确切位置的元素。 H氢是周期表中唯一尚未找到氢是周期表中唯一尚未找到确切位置的元素确切位置的元素. . 符号符号 含量含量/% 1H （氕）（氕） H 99.98 2H （氘）（氘） D 0.016 3H （氚）（氚） T 0.004氢有三种同位素氢有三种同位素9-6-1 氢原子的性质及其成键特征氢原子的性质及其成键特征111目前世界各地建造的实验性聚

24、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符号 含量含量/% 1H H 99.982H D 0.0163H T 0.004氢有三种同位素氢有三种同位素111iiiiiiiiiiii 氘的重要性在于它与原子反应堆中的重氘的重要性在于它与原子反应堆中的重水有关，并广泛应用于反应机理的研究水有关，并广泛应用于反应机理的研究和光谱分析。氚的重要性在于与核聚变和光谱分析。氚的重要性在于与核聚变反应有关，氚也可以作示踪原子。反应有关，氚也可以作示踪原子。我国首座重水堆核电站我国首座重水堆核电站秦山三核用上国产核燃料秦山三核用上国产核燃料三

25、种同位素质子数相同三种同位素质子数相同, 中子数不同，中子数不同， 它们的单质和化合物的化学性质基本它们的单质和化合物的化学性质基本 一样，物理性质和生化性质则不同。一样，物理性质和生化性质则不同。符号符号 含量含量/% 1H H 99.982H D 0.0163H T 0.004氢有三种同位素氢有三种同位素111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pm37电离能电离能kJmol-11312电子亲合能电子亲合能 kJmol-1-72.8电负性电负性2.201.失去价电子失去价电子H+(*)2.结合一个电子结合一个电子:H- 易与活泼金属形易与活泼金属形 成离

26、子型氢化物成离子型氢化物3.易与非金属通过易与非金属通过 共用电子对形成共用电子对形成 共价型氢化物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-38.98810-5(为空气的为空气的1/14倍倍)fusHmJmol-1117.15vapHmJmol-1903.74热导率热导率Wm-1K-10.187(为空气的为空气的5倍倍)9-6-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途 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氢气球可携带仪器作高空探测 也可携带干冰、碘化银等试

27、剂进也可携带干冰、碘化银等试剂进 行人工降雨行人工降雨熔点熔点/-259.23沸点沸点/-252.77气体密度气体密度gcm-38.98810-5(为空气的为空气的1/14倍倍)fusHmJmol-1117.15vapHmJmol-1903.74热导率热导率Wm-1K-10.187(为空气的为空气的5倍倍)9-6-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途 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料液氢是重要的高能燃料,是美国宇宙航是美国宇宙航天飞机和我国天飞机和我国“长征三号火箭所用燃料。长征三号火箭所用燃料。 液氢是超低温制冷剂，可将除氦外的液氢是超低温制冷剂，可将除氦外的所

28、有气体冷冻成固体。所有气体冷冻成固体。熔点熔点/-259.23沸点沸点/-252.77气体密度气体密度gcm-38.98810-5(为空气的为空气的1/14倍倍)fusHmJmol-1117.15vapHmJmol-1903.74热导率热导率Wm-1K-10.187(为空气的为空气的5倍倍)9-6-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途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利用此性质可制得极纯的氢气4. 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

29、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，用利用此性质可作原子氢吹管，用于熔化难熔的金属于熔化难熔的金属(如如W、Ta等等)9-6-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途5. 氢气在氧气或空气中燃烧，氢气在氧气或空气中燃烧， 可得到温度近可得到温度近3000的氢氧焰。的氢氧焰。可用于金属的切割或焊接可用于金属的切割或焊接 H2 + O2 H2O rHm = -285.830 kJmol-1 129-6-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途5. 氢气在氧气或空气中燃烧，氢气在氧气或空气中燃烧， 可得到温度近可得到温度近3000的氢

30、氧焰。的氢氧焰。注注 意意1.1.点燃或加热氢气时，必须确点燃或加热氢气时，必须确 保氢气的纯净保氢气的纯净2.2.使用氢气的厂房要严禁烟火使用氢气的厂房要严禁烟火, , 加强通风加强通风9-6-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途 详见详见“氢化物氢化物” 6. 氢气在加热时，可与许多金属或氢气在加热时，可与许多金属或 非金属反应，生成氢化物。非金属反应，生成氢化物。9-6-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途H2 分子配合物分子配合物 1985年发现了第一个年发现了第一个 H2 分子配合物分子配合物 W(CO)3 P(C3H7)32 (2-H2), 它暗示存在氢键在反应中被活化而它暗示存在

31、氢键在反应中被活化而不断裂。不断裂。 H2 分子以分子以 s 成键轨道的电子投入金属空成键轨道的电子投入金属空d 轨道，而轨道，而以其以其 s 反键空轨道接受金属满反键空轨道接受金属满 d 轨道电子形成反馈键，轨道电子形成反馈键，这种协同成键作用使这种协同成键作用使 H2 分子配合物得以稳定。简言之分子配合物得以稳定。简言之，H2 分子配合物的稳定性决定于中心金属原子上的电荷分子配合物的稳定性决定于中心金属原子上的电荷密度。密度。 这种配合物对烯烃加氢反应、氢加酰化反应等重这种配合物对烯烃加氢反应、氢加酰化反应等重要工业过程非常重要。要工业过程非常重要。H2 H2 分子和二氢配合物之间存在中间

32、体分子和二氢配合物之间存在中间体7. 氢气在高温下，可与氧化物、氢气在高温下，可与氧化物、氯化物反应，得到金属或非金属氯化物反应，得到金属或非金属如如 工业上高纯钨和硅的制取工业上高纯钨和硅的制取 WO3 + 3H2 W + 3H2O高温 SiCl4 + 2H2 Si + 4HCl高温9-6-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途8. 高温下，氢分子可分解为原子氢。高温下，氢分子可分解为原子氢。 原子氢比分子氢活泼。原子氢比分子氢活泼。2H + S H2S与与S作用生成作用生成H2S9-6-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途2H + CuCl2 Cu + 2HCl在常温下可将在常温下可将Cu、

33、Fe、Bi、Hg、Ag等的氧化物或氯化物还原为金等的氧化物或氯化物还原为金属属如如 实验室方法实验室方法 化学法、电解法化学法、电解法 工业生产方法工业生产方法 用碳来还原水蒸气制取氢气用碳来还原水蒸气制取氢气 用烃类裂解的方法制取氢用烃类裂解的方法制取氢 水蒸气转换法水蒸气转换法 烷烃制取烯烃反应的副产物烷烃制取烯烃反应的副产物 盐型氢化物与水反应盐型氢化物与水反应 利用硅与碱反应利用硅与碱反应(每年估计达每年估计达500109m3)9-6-3 氢气的制备氢气的制备用锌和盐酸或稀硫酸作用用锌和盐酸或稀硫酸作用 Zn + 2H+ Zn2+ + H2实验室实验室9-6-3 氢气的制备氢气的制备(

34、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 + 3H2700870Ni、Co催化剂催化剂C + H2O CO + H21000(2) 水煤气与水蒸气反应,得到CO2和H2的混合气CO + H2O CO2 + H2Fe、Cr催化剂催化剂(3) 除去除去CO2可得较纯的氢气可得较纯的氢气工业上：工业上：1. 水煤气法水煤气法 9-6-3 氢气的制备氢气的制备 电解电解15%20%氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液 阴极：阴极： 2H+ +2e- H2阳极：阳极：4OH- - 4e- 2H2O + O2制得的氢气较纯净，但耗电量大制得的氢气较纯净，但

35、耗电量大工业上：工业上：2. 电解法电解法 热化学循环法制热化学循环法制 H2(g)O21(g)HO(g)H (g)I(g)H2HI(g) (g)O21(g)SOO(g)H(g)SOH 2HI(aq)(aq)SOH(s)ISOO(l)2H221300K222873K2421073K4242298K222 净 反 应净 反 应 配合催化太阳能分解水配合催化太阳能分解水 2a 既是电子给予体，又是电子接受体，在光既是电子给予体，又是电子接受体，在光能的激发下，可以向水分子转移电子，使能的激发下，可以向水分子转移电子，使 H+ 变为变为 H2 放出。放出。三三(2,2联吡啶联吡啶) 合钌合钌()(2

36、a) 2a*(已活化已活化) h光能光能2(2a)O21HOH2(2a*)222 最近，日本有人把太阳能电池板与水电解槽连接在一起，电解部分的材料在产生氢气一侧使用钼氧化钴，产生氧气一侧则使用镍氧化钴。使用1平方米太阳能电池板和100毫升电解溶液，每小时可制作氢气 20 升，纯度为 99.9%。 从海水中制氢从海水中制氢 原理：当可见光照射在半导体膜上时，电子被原理：当可见光照射在半导体膜上时，电子被激发进入导带而留下空穴激发进入导带而留下空穴( (低能级的电子空间低能级的电子空间) )。在。在导带中电子移动到金属薄膜与海水之间表面上，水导带中电子移动到金属薄膜与海水之间表面上，水即被还原产生

37、即被还原产生H2H2。同时，空穴迁移到半导体与电解。同时，空穴迁移到半导体与电解质间的表面，来自质间的表面，来自Fe2+Fe2+的电子填充空穴。的电子填充空穴。H2(g)海海 水水Fe( ),Fe()电解质溶液电解质溶液硒硒化化镉镉半半导导体体镍镍箔箔可可见见光光 生物分解水制氢生物分解水制氢 生物体分解水不需要电和高温，科学家们试图生物体分解水不需要电和高温，科学家们试图修改光合作用的过程来完成这一技术。小规模的实修改光合作用的过程来完成这一技术。小规模的实验已成功。验已成功。 氢能源氢能源2121世纪的清洁能源世纪的清洁能源氢燃烧速率快，反应完全氢燃烧速率快，反应完全. 氢能源是清洁能源，

38、没有环氢能源是清洁能源，没有环 境污染，能保持生态平衡境污染，能保持生态平衡. 目前，已实验成功用氢作动力的汽车，有望不久能投入目前，已实验成功用氢作动力的汽车，有望不久能投入 适用适用 氢作为航天飞机的燃料已经成为现实，有的航天飞机的氢作为航天飞机的燃料已经成为现实，有的航天飞机的 液态氢储罐存有近液态氢储罐存有近 1 800 m31 800 m3的液态氢的液态氢 氢能源研究面临的三大问题：氢能源研究面临的三大问题： 氢气的发生降低生产成本）氢气的发生降低生产成本） 氢气的储存氢气的储存 氢气的输送利用）氢气的输送利用）离子离子型氢型氢化物化物金属型氢化物金属型氢化物共价型共价型氢化物氢化物

39、 氢与其它元素形成的二元化合氢与其它元素形成的二元化合物物Li Be B C N O FNa Mg Al Si P S Cl K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te ICs Ba Lu Hf Ta W Ir Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At9-6-4 氢化物氢化物9-6-4 氢化物氢化物2M + H2 2MH (M代表碱金属）代表碱金属）M + H2 MH2 (M代表碱土金属代表碱土金属) 构成构成1. 1. 离子型离

40、子型( (类盐型类盐型) )氢化物氢化物1. 离子型离子型(类盐型类盐型)氢化物氢化物（1纯的为白色晶体，纯的为白色晶体， 不纯的为浅灰色至黑色不纯的为浅灰色至黑色 （2具有离子化合物特征，具有离子化合物特征， 如熔、沸点较高，如熔、沸点较高， 熔融时能导电熔融时能导电（3受热时能分解为氢气和游离金属受热时能分解为氢气和游离金属2MH 2M + H2MH2 M + H2性质性质9-6-4 氢化物氢化物1. 离子型离子型(类盐型类盐型)氢化物氢化物（1纯的为白色晶体，纯的为白色晶体， 不纯的为浅灰色至黑色不纯的为浅灰色至黑色 （2具有离子化合物特征，具有离子化合物特征， 如熔、沸点较高，如熔、沸

41、点较高， 熔融时能导电熔融时能导电（3受热时能分解为氢气和游离金属受热时能分解为氢气和游离金属性质性质（4与水反应产生氢气与水反应产生氢气 MH + H2O MOH + H21. 离子型离子型(类盐型类盐型)氢化物氢化物（1纯的为白色晶体，纯的为白色晶体， 不纯的为浅灰色至黑色不纯的为浅灰色至黑色 （2具有离子化合物特征，具有离子化合物特征， 如熔、沸点较高，如熔、沸点较高， 熔融时能导电熔融时能导电（3受热时能分解为氢气和游离金属受热时能分解为氢气和游离金属性质性质（4与水反应产生氢气与水反应产生氢气 （5是极强的还原剂是极强的还原剂 E (H2/H-)=-2.23V TiCl4 + 4Na

42、H Ti + 4NaCl + 2H2如如400H-能在非水溶剂中与能在非水溶剂中与B3+、Al3+、Ga3+等结合成复合氢化物等结合成复合氢化物4LiH + AlCl3 LiAlH4 + 3LiCl乙醚乙醚LiAlH4+4H2O LiOH +Al(OH)3 +4H21. 离子型离子型(类盐型类盐型)氢化物氢化物性质性质（4与水反应产生氢气与水反应产生氢气 LiH遇水发生激烈反应并放出大量的氢气。遇水发生激烈反应并放出大量的氢气。 LiH+H2O=LiOH+H2 公斤氢化锂分解后可放出升氢气公斤氢化锂分解后可放出升氢气。氢化锂确是名不虚传的。氢化锂确是名不虚传的“制造氢气的工厂制造氢气的工厂”。

43、第二次世界大战期间，美国飞行员备有轻便。第二次世界大战期间，美国飞行员备有轻便的氢气源的氢气源氢化锂，作应急之用。氢化锂，作应急之用。（1） 大多数在固态时属分子晶体大多数在固态时属分子晶体（2） 大多数为无色，熔、沸点较低大多数为无色，熔、沸点较低常温下除常温下除H2O、BiH3为液体外为液体外,其余均为其余均为气体气体（3） 化学性质差异较大化学性质差异较大PH3、AsH3、SbH3气体的毒性较大气体的毒性较大稳定性稳定性 稳定存在稳定存在较稳定较稳定不稳定不稳定或不存在或不存在氢化物氢化物 F、O、NGe、Br At、Po、Pb2.2.共价型共价型( (分子型分子型) )氢化物氢化物(1

44、) 在过渡型氢化物中在过渡型氢化物中, 氢以三种形式存在氢以三种形式存在氢以原子状态存在于金属晶格中氢以原子状态存在于金属晶格中氢的价电子进入氢化物导带氢的价电子进入氢化物导带, 氢以氢以H+形式存在形式存在氢从氢化物导带中得一个电子氢从氢化物导带中得一个电子, 以以H-形式存在形式存在(2) 某些过渡金属和合金具有吸收和释放某些过渡金属和合金具有吸收和释放 氢气的作用氢气的作用某些过渡金属或过渡金属合金可做储氢材料某些过渡金属或过渡金属合金可做储氢材料2Pd + H2 2PdHLaNi5 + 3H2 LaNi5H6298K,2.5102kPa微热微热为理想的储氢材料为理想的储氢材料3.3.金

45、属型氢化物金属型氢化物终了终了 无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案第九章第九章 元素概论元素概论第六节第六节终了终了第七节稀有气体第七节稀有气体第九章第九章 元素概论元素概论第七节第七节稀有气体稀有气体 无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案元素元素发现年代发现年代发发 现现 者者氦氦1868J.N.Lockyer, S.E.Frankland (英英)1895W.Ramsay（英）（英）氩氩1894J.W.Rayleigh氖氖1898W.Ramsay（英）（英）氪氪1898W.Ramsay（英）（英）氙氙1898W.Ramsay（英）（英）氡氡1900F.E.Dorn9-7-1 稀有气体的发现稀有气体的发现9-7-2 稀有气体的存在、稀有气体的存在、 构造、性质和用途构造、性质和用途存在存在主要存在于空气主要存在于空气氦也存在于某些天然