无机化学---第九章 元素概论ppt课件

1、第九章元素第九章元素概论概论元素概论元素概论第九章第九章无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案11.元素的自然资源元素的自然资源2.单质的性质和制备方法单质的性质和制备方法3.稀有气体的性质和用途稀有气体的性质和用途4.氢气的性质氢气的性质5.氢化物的类型氢化物的类型6.离子型氢化物的性质离子型氢化物的性质7.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21.元素的分类和存在形态元素的分类和存在形态2.单质物理性质递变规律单质物理性质递变规律3.氢气的性质氢气的性质4.氢化物的类型氢化物的类型5.离子氢化物的性质离子氢化物的性质基本要求基本要求3目录目录目目 录录

2、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4第一节第一节元素的发元素的发现、分类和现、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、 分类和存在分类和存在 无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案59-1-1 元素的发现元素的发现迄今为止，已发现的元素和人工合迄今为止，已发现的元素和人工合成的元素已有成的元素已有112112种种, ,其中天然存在其中天然存在的为的为9292种，

3、其余为人工合成元素。种，其余为人工合成元素。 德国重离子研究中心2009年6月10日宣布，由该中心人工合成的第112号化学元素已得到国际纯粹与应用化学联合会(International Union of Pure and Applied Chemistry，简称IUPAC)的正式承认。大约半年之后，这一超重元素将获得正式命名。据重离子研究中心介绍，他们于1996年在粒子加速器中用锌离子轰击铅靶首次成功合成了第112号化学元素的一个原子，2002年重复相同的实验又制造出一个第112号化学元素的原子。此后，日本的一个研究机构于2004年也合成了这种元素的两个原子，从而证实了新元素的发现。目前第11

4、2号化学元素的临时名称是“Ununbium”，相应的元素符号是“Uub”。这一名称必需获得国际纯粹与应用化学联合会的审核通过，才能正式启用。6元素周期表A011HAAAAAA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne311Na12MgB B B B BB B13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Nb42Mo43Tc44Ru45Rh46Pd47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655C

5、s56Ba57-71Ln72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787Fr88Ra89-103An104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112Uub9-1-1 元素的发现元素的发现 111111号元素于号元素于19941994年年1212月在德国达斯塔特重离子月在德国达斯塔特重离子研究中心研究中心(GSI)(GSI)，由德国化学家，由德国化学家P.ArmbrusterP.Armbruster领导领导的多国科学家研究组人工合成。的多国科学家研究组人工合成。19961996年

6、年2 2月月9 9日又合日又合成了成了112112号元素号元素。 7 9-1-2 元素的分类元素的分类A011HAAAAAA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne311Na12MgB B B B BB B13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Nb42Mo43Tc44Ru45Rh46Pd47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655Cs56Ba57-71Ln72Hf73Ta74W75

7、Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787Fr88Ra89-103An104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu*112Uub*8元素周期表A011HAAAAAA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne311Na12MgB B B B BB B13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Nb42Mo43Tc44Ru

8、45Rh46Pd47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655Cs56Ba57-71Ln72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787Fr88Ra89-103An104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu*112Uub*1.按元素性质：分为金属和非金属按元素性质：分为金属和非金属 通过通过B-Si-As-Te-At和和Al-Ge-Sb-Po之间的对角线来之间的对角线来划分划分,左下方为金属左下方为金属(90种种),右上方为非金属右上方为非金属(22种种)

9、,对角线附近的对角线附近的Ge、As、Sb、Te为准金属。为准金属。 9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 B13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Nb42Mo43Tc

10、44Ru45Rh46Pd47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655Cs56Ba57-71Ln72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787Fr88Ra89-103An104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112Uub2. 在化学上元素分为在化学上元素分为 普通普通元素和元素和稀有稀有元素两类元素两类109-1-3 元素在自然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

11、非金属单质: :如如N2、O2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111.1.在地壳中分布最广的在地壳中分布最广的1010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122.2.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

12、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%1.1.在地壳中分布最广的在地壳中分布最广的1010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132.2.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1.1.在地壳中分布最广的在地壳中分布最广的1010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

13、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AlAl、CuCu、NiNi的储量也很大的储量也很大142.2.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1.1.在地壳中分布最广的在地壳中分布最广的1010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152.2.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.

14、1.在地壳中分布最广的在地壳中分布最广的1010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162.2.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1.1.在地壳中分布最广的在地壳中分布最广的1010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

15、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172.2.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1.1.在地壳中分布最广的在地壳中分布最广的1010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3.3.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和和稀有气体稀有气体18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

16、体电子教案19AAAAAAA 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

17、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

18、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原子晶体、层状或链状晶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20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 Re21副族元素单

19、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) 1.一般具有较高的熔点和沸点一般具有较高的熔点和沸点22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23Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Tc、Re、Ru、Os、Rh、Ir、Zn、Cd、Hg、Al、Ge、In、Si、Ge、Sn、Pb、Li、B

20、e、La、Eu、Th、Pa、Am 等等具有超导性的有：具有超导性的有：24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25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：利用液氧和液氮的利用液氧和液氮的沸点沸点不同不同1. 1. 物理分离法物理分离法26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 ZrI46001800Zr(纯纯) +

21、2I22.2.热分解法热分解法27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 + Cl2CaCl2,580-5903.3.电解法电解法28MnO2 + 2CO Mn + 2CO2如如 MgO + C Mg + COWO3 + 3H2 W + 3H2OFe2O3 + 2Al 2Fe + 2Al2O3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4. 还

22、原法还原法29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. 5. 氧化法氧化法30元素周期表A011HAAAAAA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne3 11Na12MgB B B B BB B13Al14Si15P16S17Cl18Ar4 19K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr5 37Rb38Sr39Y40Zr41Ne42Mo43Tc44Re4

23、5Rh46Pa47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe6 55Cs56Ba57-71La72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn7 87Fr88Ra89-103Ac104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112Uub氢是宇宙间所有元素中含量最丰富的元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31氢的发现氢的发现Cavendish(1731-1810)La

24、viusiser(1743-1794) 氢发现得比较早，早在十六世纪氢发现得比较早，早在十六世纪马拉塞尔斯（马拉塞尔斯（Paracelous）就发现硫酸）就发现硫酸与铁反应时，有一种能燃烧的气体产与铁反应时，有一种能燃烧的气体产生。直到生。直到1766年英国科学家凯文迪亚年英国科学家凯文迪亚才确认它是与空气不同的一种易燃的才确认它是与空气不同的一种易燃的新物质。他曾称之为新物质。他曾称之为“易燃空气易燃空气”，甚至误认为这种气体就是燃素。直到甚至误认为这种气体就是燃素。直到1787年法国科学家拉瓦锡才命名这种年法国科学家拉瓦锡才命名这种气体为氢，意为气体为氢，意为“成水元素成水元素”（和（和O

25、2燃烧生成水），并确定它是一种元素。燃烧生成水），并确定它是一种元素。32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111HDT33符号符号 含量含量/% 1H H 99.982H D 0.0163H T 0.004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氢有三种同位素氢有三种同位素11134符号符号 含量含量/% 1H H 99

26、.982H D 0.0163H T 0.004三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相同，物理性质和生化性质则不同。相同，物理性质和生化性质则不同。氢有三种同位素氢有三种同位素35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-1)1312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 成离子型氢合物成离子型氢合物3.易与非金

27、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36 H+实际上是氢原子核实际上是氢原子核质子质子质子半径很小，具有很强的极质子半径很小，具有很强的极化力，在水溶液中与化力，在水溶液中与H2O结合，结合，形成水合氢离子（形成水合氢离子（H3O+)。返回返回H失去失去1s电子电子H+37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1/40倍倍)fusHm(Jmol-1)117.15vapHm(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)9-6-2 氢

28、气的性质和用途氢气的性质和用途1. 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体,是所有气是所有气体中最轻的。体中最轻的。 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。389-6-2 氢气的性质和用途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 (g(gcmcm-3-3) )8.98810-5(为空气的为空气的1/40倍倍)fusHm(Jmol-1)117.15vapHm(Jmol-1)903.74热导率热导率(Wm-1K-1)0.187(为空

29、气的为空气的5倍倍)2. 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。是美国宇宙航液氢是重要的高能燃料。是美国宇宙航天飞机和我国天飞机和我国“长征长征”三号火箭所用燃料三号火箭所用燃料液氢是超低温制冷剂，可将除氦外的所液氢是超低温制冷剂，可将除氦外的所有气体冷冻成固体。有气体冷冻成固体。39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1/401/40倍倍) )fusHm(Jmol-1)117.15vapHm(Jmol-1)903.74热导率热导率(Wm-1K-1)0.187( (为空气的为空气的5

30、 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利用此性质可制得极纯的氢气9-6-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途404. 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41 原子氢是一种比分子氢更强的还原剂

31、。它可同原子氢是一种比分子氢更强的还原剂。它可同锗、锡、砷、锑、硫等能直接作用生成相应的氢化锗、锡、砷、锑、硫等能直接作用生成相应的氢化物，如：物，如： As + 3 H = AsH3 原子氢还能把某些金属氧化物或氯化物迅速还原子氢还能把某些金属氧化物或氯化物迅速还原成金属。原成金属。 CuCl2 + 2 H = Cu + 2 HCl S + 2 H = H2S 它甚至能还原某些含氧酸盐，如它甚至能还原某些含氧酸盐，如 ：BaSO4 + 8 H = BaS + 4 H2O425. 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

32、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435. 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。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44 详见详见“氢化物氢化物” 6. 氢气在加热时，可与许多金氢气在加热时，可与许多金属或非金属反应，生成氢化物属或非金属

33、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457. 氢气在高温下，可与氧化物氯氢气在高温下，可与氧化物氯化物反应，得到金属或非金属化物反应，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SiHCl3 + H2 Si + 3HCl高温9-6-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途468. 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H2S2H + CuCl2 Cu + 2HCl在常温下可将在常温下可将Cu、Fe、Bi、Hg、Ag

34、等的氧化物或氯化物还原为金属等的氧化物或氯化物还原为金属9-6-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途479-6-3 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489-6-3 氢气的制备氢气的制备(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 + 3H2700-870Ni、Co催化剂催化剂C + H2O CO + H21000(2) 水煤气与水蒸气反应水煤气与水蒸气反应,得到得到COCO2 2和和H H2 2的混合气的混合气CO + H2O CO2 + H2Fe、Cr

35、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 499-6-3 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，但耗电量大工业上：工业上：2. 电解法电解法50氢气的纯化氢气的纯化 方法: 高压催化法 含氧的气体主要为电解气 金属氢化物分离法 适合于氢含量较低的气体 高压吸附法 任何含氢气体 低温分离法 使气体杂质冷凝 钯合金薄膜扩散 氢含量较低的气体 聚合物薄膜扩散法 炼油厂废

36、气51氢气的储存和消除氢气的储存和消除 气态： 压缩气体=钢瓶 常压水封贮气槽 地下贮氢 液态：低温液化 以中间液体形式贮存用 固态：固体非氢化物形式 沸石 固态氧化物形式 消氢方法：热消除法 常温催化消氢法 吸附消氢法 52大容量电解槽体大型制氢站氢气纯化装置氢气储罐群氢气储罐群 我 国 已 建 成 大 型 制 氢 设 备H253 氢燃烧速率快，反应完全。氢能源是清洁能氢燃烧速率快，反应完全。氢能源是清洁能源，没有环境污染，能保持生态平衡。源，没有环境污染，能保持生态平衡。 氢能源研究面临的三大问题：氢气的发生氢能源研究面临的三大问题：氢气的发生(降低生产成本降低生产成本)、氢气的储存、氢气

37、的储存 、 氢气的利用氢气的利用.氢能源氢能源2121世纪的清洁能源世纪的清洁能源 目前，已实验成功用氢作动力的汽车，有望目前，已实验成功用氢作动力的汽车，有望不久能投入实用；氢作为航天飞机的燃料已经不久能投入实用；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成为现实，有的航天飞机的液态氢储罐存有近1800 m3的液态氢。的液态氢。 54 近十多年来，对以氢气作为未来近十多年来，对以氢气作为未来的动力燃料的氢能源的研究获得的动力燃料的氢能源的研究获得了迅速的发展，象电一样，氢是了迅速的发展，象电一样，氢是一种需要依靠其他能源如石油、一种需要依靠其他能源如石油、煤、原子能等的

38、能量来制取的所煤、原子能等的能量来制取的所谓谓“二级能源二级能源”。（而存在于自然。（而存在于自然界的可以提供现成形式的能量称界的可以提供现成形式的能量称为一级能源，如煤、石油、太阳为一级能源，如煤、石油、太阳能或原子能）。能或原子能）。 55 氢之所以可被选为未来的二级能源，是因为它氢之所以可被选为未来的二级能源，是因为它具有下述的特点：具有下述的特点：1原料来源于地球上贮量丰富的水，地球表面约原料来源于地球上贮量丰富的水，地球表面约 71%为水所覆盖，储水量约为为水所覆盖，储水量约为2.11021吨。水吨。水 分解可制氢，因而资源不受限制。分解可制氢，因而资源不受限制。2氢气燃烧时发热量很

39、大，氢气燃烧时发热量很大，2H2(g)+O2(g) = 2 H2O(g) 2mol H2燃烧便能释出燃烧便能释出484KJ热量。其燃烧热为同热量。其燃烧热为同 质量石油燃烧的三倍。质量石油燃烧的三倍。3氢气作为燃料的最大优点是它燃烧后生成物是水，氢气作为燃料的最大优点是它燃烧后生成物是水， 不会污染环境，是一种无污染的燃料。不会污染环境，是一种无污染的燃料。 氢能源加油站氢能源加油站56氢气的储存：氢气的储存：1. .高压容器法，是在高压下，高压容器法，是在高压下，使其液化成为液态氢。使其液化成为液态氢。 2. .金属储氢法金属储氢法 :2Pd+H2 2PdH 常温LaNi5+3H2 = La

40、Ni5H6 氢气储存净化器氢气储存净化器稀有金属储氢稀有金属储氢571. 氢的储存方法氢的储存方法常用的储氢方法及其优缺点见下表常用的储氢方法及其优缺点见下表:储氢方法储氢方法 优点优点 缺点缺点 压缩气体压缩气体运输和使用方便、可运输和使用方便、可靠靠压力高，使用和运输压力高，使用和运输有危险；钢瓶的体积有危险；钢瓶的体积和重量大，运费较高和重量大，运费较高 液氢液氢 储氢能力大储氢能力大 储氢过程储氢能储氢过程储氢能耗大耗大, ,使用不方使用不方便便金属氢化物金属氢化物 运输和使用安全运输和使用安全 储氢量小，储氢量小，金属氢化物易破裂金属氢化物易破裂 低压吸附低压吸附 低温储氢能力大低温

41、储氢能力大运输和保存需低温运输和保存需低温 582 .碳纳米管（巴基管）碳纳米管（巴基管） 纳米碳中独特晶格排列结构，其储氢数量大大纳米碳中独特晶格排列结构，其储氢数量大大的高过了传统的储氢系统。碳纳米管产生一些带有的高过了传统的储氢系统。碳纳米管产生一些带有斜口形状的层板，层间距为斜口形状的层板，层间距为0.337 nm，而分子氢气，而分子氢气的动力学直径为的动力学直径为0.289 nm，所以，碳纳米管能用来，所以，碳纳米管能用来吸附氢气。另外吸附氢气。另外 ，由于这些层板之间的氢的结合，由于这些层板之间的氢的结合是不牢固的，降压时能够通过膨胀来放出氢气，直是不牢固的，降压时能够通过膨胀来放

42、出氢气，直到系统降为常压。到系统降为常压。 593. . 国外纳米碳吸附氢研究现状和发展趋势国外纳米碳吸附氢研究现状和发展趋势 1995年，年，V.A.Likholobov等报道纳米碳纤维的吸附等报道纳米碳纤维的吸附热和亨利系数随着吸附介质分子尺寸的减少而迅速增大，热和亨利系数随着吸附介质分子尺寸的减少而迅速增大，这与常规活性炭的吸附特性正好相反，表明纳米碳纤维这与常规活性炭的吸附特性正好相反，表明纳米碳纤维有可能对小分子氢显示超常吸附。有可能对小分子氢显示超常吸附。 1997年，年，A.C.Dillon等曾报道等曾报道6单壁纳米碳管对氢的单壁纳米碳管对氢的吸附量比活性炭大的多，其吸附热约为活

43、性炭的吸附量比活性炭大的多，其吸附热约为活性炭的5倍。倍。 1998年，年，Chambers、Rodriguez、Baker等报道纳等报道纳米石墨纤维在米石墨纤维在12 Mpa下的储氢容量高达下的储氢容量高达2克氢克氢/克纳米石克纳米石墨纤维，比现有的各种储氢技术的储氢容量高墨纤维，比现有的各种储氢技术的储氢容量高1至至2个数个数量级，引量级，引 起了世人的瞩目。起了世人的瞩目。 日本工业技术院资源环境技术综合研究所最近宣布日本工业技术院资源环境技术综合研究所最近宣布已开发出能吸附氢的纤维状的炭，直径约已开发出能吸附氢的纤维状的炭，直径约100纳米纳米 。 60离子离子型氢型氢化物化物金属型氢

44、化物金属型氢化物共价型共价型氢化物氢化物 氢与其它元素形成的二元化合物氢与其它元素形成的二元化合物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 La Hf Ta W Ir Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At9-6-4 氢化物氢化物619-6-4 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

45、代表碱土金属) 形成形成1. 1. 离子型离子型( (类盐型类盐型) )氢化物氢化物621. 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631. 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 （

46、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 MH + H2O MOH + H2641. 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

47、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 + 4NaH 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+等等结合成复合氢化物结合成复合氢化物4LiH + AlCl3 LiAlH4 + 3LiCl乙醚乙醚LiAlH4+4H2O LiOH +Al(OH)3 +H265 离子型氢化物以及复合氢化物被广泛用离子型氢化物以及复合氢化物被广泛用于无机和有机合成中作还原剂和负氢离子的于无机和有机合成中作还原剂和负氢离子的来源，或在野外用作生氢剂。使用十分方便，来源，或在野外用作生氢剂。使用

48、十分方便，但价格昂贵。但价格昂贵。用途用途66（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H H2 2O O、BiHBiH3 3为液体外为液体外,其余均为气体其余均为气体（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 稳定存在稳定存在能形成能形成稳定的稳定的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67它们在水中的行为大不相同。它们在水中的行为大不相同。 HCl，

49、HBr，HI 等在水中完全解离，使等在水中完全解离，使溶液显强酸性。溶液显强酸性。 H2S，HF 等在水中部分解离显弱酸性。等在水中部分解离显弱酸性。 NH3 和和 PH3 等使其水溶液显弱碱性。等使其水溶液显弱碱性。 硅、硼的氢化物同水作用时生成含氧酸硅、硼的氢化物同水作用时生成含氧酸并放出氢气。并放出氢气。 甲烷与水基本不发生作用。甲烷与水基本不发生作用。（3） 化学性质差异较大化学性质差异较大68 分子型氢化物的的结构分分子型氢化物的的结构分 3 种不同的情况。种不同的情况。 缺电子氢化物，如缺电子氢化物，如 B2H6，其中心原子，其中心原子B未满足未满足8电子电子构型，两个构型，两个

50、B 原子通过三中心二电子氢桥键连在一起。原子通过三中心二电子氢桥键连在一起。 中心原子的价电子全部参与成键，没有剩余的孤电中心原子的价电子全部参与成键，没有剩余的孤电子对，如子对，如 CH4 及其同族元素的氢化物。及其同族元素的氢化物。 有孤电子对的氢化物，如有孤电子对的氢化物，如 NH3，H2O 和和 HF 等氢化等氢化物。它们的中心原子采用不等性杂化轨道与配体物。它们的中心原子采用不等性杂化轨道与配体 H 原子原子成键。如：成键。如： NH3 分子为三角锥形分子为三角锥形 ， H2O 分子为分子为“V” 形。形。 分子型氢化物都具有还原性，而且同族氢化物的还分子型氢化物都具有还原性，而且同

51、族氢化物的还原能力随原子序数增加而增强。原能力随原子序数增加而增强。69乙硼烷结构乙硼烷结构两个两个3c-2e键键四个四个B-H 2c-2e键键在同一水平面上在同一水平面上两个两个3c-2e键键位于水平面上下位于水平面上下与水平面垂直与水平面垂直70(1) 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。氢以原子状态存在与金属晶格中氢以原子状态存在与金属晶格中氢的价电子进入氢化物导带中氢的价电子进入氢化物导带中, 以以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可逆吸收和某些过渡金属

52、和合金具有可逆吸收和 释放氢气的作用。释放氢气的作用。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.金属型氢化物金属型氢化物71 d 区元素和区元素和 f 区元素一般都能形成金属型区元素一般都能形成金属型氢化物。从组成上看，这些氢化物有的是整比氢化物。从组成上看，这些氢化物有的是整比化合物，如化合物，如 CrH2，NiH，CuH 和和 ZnH2；有的；有的则是非整比化合物，如则是非整比化合物，如 PdH0.8 和一些和一些 f

53、 区元素区元素的氢化物等。的氢化物等。 Pt 在任何条件下都不能形成氢化物，但氢在任何条件下都不能形成氢化物，但氢可在可在 Pt 表面上形成化学吸附氢化物，从而使表面上形成化学吸附氢化物，从而使 Pt 在加氢反应中有广泛的催化作用。在加氢反应中有广泛的催化作用。 这些金属氢化物基本上保留着金属光泽，这些金属氢化物基本上保留着金属光泽，导电性等金属特有的物理性质。导电性等金属特有的物理性质。72 包括氦、氖、氩、氪、氙、氡包括氦、氖、氩、氪、氙、氡 6 种元素，种元素，基态的价电子构型除氦的基态的价电子构型除氦的 1s2 以外，均为以外，均为 ns2np6 。在接近地球表面的空气中，每。在接近地

54、球表面的空气中，每 1000 dm3 空气中约含有空气中约含有 9.3 dm3 氩、氩、18 cm3 氖、氖、5.2 cm3 氦、氦、1.14 cm3 氪和氪和 0.086 cm3 氙。天然气中氙。天然气中有时含有低于有时含有低于 1% 体积的氦，氡是镭等放射性体积的氦，氡是镭等放射性元素蜕变的产物。元素蜕变的产物。9-7-1 稀有气体的发现稀有气体的发现73.; 稀有气体的发现：稀有气体的发现： “第三位小数的胜利第三位小数的胜利” 英国物理学家英国物理学家 Rayleigh（雷利）发现，分（雷利）发现，分解氮的化合物得来的氮气每升解氮的化合物得来的氮气每升 1.251 g，而从空，而从空气

55、中分离出来的氮气每升气中分离出来的氮气每升 1.257 g。他坚信自己。他坚信自己的实验结果，但又百思不得其解。的实验结果，但又百思不得其解。W. Ramsay （莱姆赛）与雷利合作，他们经过不懈的努力，（莱姆赛）与雷利合作，他们经过不懈的努力，除去空气的所有已知成分，在除去空气的所有已知成分，在 1894 年第一次从年第一次从空气中分离出氩空气中分离出氩 Ar 。 74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.Rsyleigh氖氖1898W.Ramsay（英）（英）

56、氪氪1898W.Ramsay（英）（英）氙氙1898W.Ramsay（英）（英）氡氡1900F.E.Dorn75 第一个稀有气体化合物的合成：第一个稀有气体化合物的合成： “科学的选题方法科学的选题方法”。 1962年年 Neil Batrlett（尼尔（尼尔巴特利特）巴特利特）注意到注意到 Xe 的电离能的电离能 1169 kJmol1 和和 O2 的电的电离能离能 1175 kJmol1 相近，相近， 将等体积的将等体积的 Xe 和和 PtF6 蒸汽在室温下反蒸汽在室温下反应，获得了应，获得了 Xe+PtF6。 + “惰性气体惰性气体”也随之改名为也随之改名为“稀有气体稀有气体”。稀有气体

57、元素化学揭开了新篇章。稀有气体元素化学揭开了新篇章。 769-7-2 稀有气体的存在、稀有气体的存在、 结构、性质和用途结构、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气中氦也存在于某些天然气中氡为某些放射性元素的蜕变产物氡为某些放射性元素的蜕变产物77氦为氦为2电子构型电子构型其它为稳定的其它为稳定的8电子构型电子构型结构结构9-7-2 稀有气体的存在、稀有气体的存在、 结构、性质和用途结构、性质和用途78性质性质在一般条件下不具备化学活性在一般条件下不具备化学活性在自然界以原子形式存在在自然界以原子形式存在熔、沸点低，熔、沸点低，并随原子序数的增加而递增并随原子序数的

58、增加而递增9-7-2 稀有气体的存在、稀有气体的存在、 结构、性质和用途结构、性质和用途79 He Ne Ar Kr Xe Rn元素价电子构型元素价电子构型 1s2 2s22p6 3s23p6 4s24p6 5s25p6 6s26p6 I1/kJmol-12372 2087 1527 1357 1176 1043 m.p./ 272 249 189 157 112 71 S/ml/kgH2O 8.6 10.5 33.6 59.4 108 230 临界温度临界温度/K 5.25 44.5 150.9 209.4 289.7 378.1 80 稀有气体相当稳定。稀有气体原子在一般条件下不易稀有气体

59、相当稳定。稀有气体原子在一般条件下不易得到或失去电子而与其它原子形成化学键。通常，由于稀得到或失去电子而与其它原子形成化学键。通常，由于稀有气体以原子状态存在，原子之间仅存在着微弱的范德华有气体以原子状态存在，原子之间仅存在着微弱的范德华力，主要是色散力。它们的蒸发热和在水中的溶解度都很力，主要是色散力。它们的蒸发热和在水中的溶解度都很小，随着原子序数的增加而逐渐升高。小，随着原子序数的增加而逐渐升高。 氦是所有气体中最难液化的，大约氦是所有气体中最难液化的，大约 2.2 K 时液氦会由时液氦会由一种液态转变到另一种液态。温度在一种液态转变到另一种液态。温度在 2.2 K 以下的液氦具以下的液

60、氦具有许多反常的性质，例如超导性、低粘滞性等。氦不能在有许多反常的性质，例如超导性、低粘滞性等。氦不能在常压下固化，这也是一种特性。常压下固化，这也是一种特性。 所有氡的同位素都有放射性。所有氡的同位素都有放射性。81氦氦用途用途 是除氢以外最轻的气体，可用它是除氢以外最轻的气体，可用它 取代取代氢气填充气球和汽艇；氢气填充气球和汽艇； 可利用氦和氧的混合物可利用氦和氧的混合物制成制成“人人造造 空气空气”供潜水员呼吸，以防得潜供潜水员呼吸，以防得潜水水 病；病； 可作超低温研究中的可作超低温研究中的制冷剂，制冷剂， 还可作低温温度计的填充气体；还可作低温温度计的填充气体； 可用做电弧焊中的可