第11 章 碱金属和碱土金属

1、第第 111 111 章章碱金属和碱土金属碱金属和碱土金属S S区元素在周期表中的位置区元素在周期表中的位置11 1 金属单质金属单质11 1 1 物理性质物理性质 IA Li Na K Rb Cs ns1 +1IIA BeMgCa SrBans2+2 这些金属单质都具有银白色这些金属单质都具有银白色的金属光泽，具有良好的导电性的金属光泽，具有良好的导电性和延展性。和延展性。 由于碱土金属的金属键比碱金由于碱土金属的金属键比碱金属的金属键要强，所以碱土金属属的金属键要强，所以碱土金属的熔沸点、硬度、密度都比碱金的熔沸点、硬度、密度都比碱金属高得多。属高得多。 碱金属和碱土金属都是非常活泼的金属

2、元素，同族从碱金属和碱土金属都是非常活泼的金属元素，同族从 Li 到到 Cs 和从和从 Be 到到 Ba 活泼性依次增强。活泼性依次增强。 碱金属和碱土金属都有很强的还原性，与许多非金碱金属和碱土金属都有很强的还原性，与许多非金属单质直接反应生成离子型化合物。在绝大多数化合物中属单质直接反应生成离子型化合物。在绝大多数化合物中，它们以阳离子形式存在。，它们以阳离子形式存在。11 1 2 化学性质化学性质 1 碱金属、碱土金属与水碱金属、碱土金属与水的作用的作用2 M + 2 H2O = 2 MOH + H2（g） 2 碱金属、碱土金属与液氨碱金属、碱土金属与液氨的作用的作用M1 (xy) NH

3、3 = M1(NH3)y e(NH3)x-M2 (2xy) NH3 = M2(NH3)2y 2e(NH3)x-长期放置或有催化剂存在：长期放置或有催化剂存在： 2 Na + 2 NH3 2 NaNH2 + H2氨合电子结氨合电子结构示意图构示意图11 1 3 金属单质的制备金属单质的制备1 熔融盐电解熔融盐电解: 此法可制备此法可制备 Li、Na、Mg、Ca、Ba 问题：加入问题：加入CaCl2有何作用有何作用?2 高温还原高温还原:此法制备此法制备 K、Rb、Cs KCl + Na = NaCl + K(g ) 2 RbCl + Ca = CaCl2 + Rb (g ) 2 CsCl + C

4、a = CaCl2 + Cs (g ) 问题问题:不活泼的金属为何可置换活泼金属不活泼的金属为何可置换活泼金属? 钾的沸点（钾的沸点（766 C）比钠的（）比钠的（890 C）低，当反应体）低，当反应体系的温度控制在两沸点之间，使金属钾变成气态，金属钠系的温度控制在两沸点之间，使金属钾变成气态，金属钠和和KCl、NaCl 仍保持在液态，钾由液态变成气态，熵值仍保持在液态，钾由液态变成气态，熵值大为增加，反应的大为增加，反应的 TrSm 项变大，有利于项变大，有利于rGm变成负值变成负值使反应向右进行。使反应向右进行。 同时，钾为蒸气状态，设法使其不断离开反应体系，同时，钾为蒸气状态，设法使其不

5、断离开反应体系，让体系中其分压始终保持在较小的数值，有利于反应向右让体系中其分压始终保持在较小的数值，有利于反应向右进行。进行。 11 2 含氧化合物含氧化合物 碱金属形成三类氧化物：碱金属形成三类氧化物： 正常氧化物正常氧化物(O2-) 过氧化物过氧化物(O22-) 超氧化物超氧化物(O2-)11 2 1 氧化物氧化物 锂以外的碱金属氧化物的制备一般可以用碱金属单质锂以外的碱金属氧化物的制备一般可以用碱金属单质或叠氮化物还原其过氧化物、硝酸盐或亚硝酸盐制备。或叠氮化物还原其过氧化物、硝酸盐或亚硝酸盐制备。正常氧化物正常氧化物(O2- -)过氧化物过氧化物(O22- -)超氧化物超氧化物(O2

6、- -)6222p2s1s32p42p22p22s22s)()()()()(*KK42p42p22p22s22s)()()()()(*KK 碱土金属的氧化物可以通过其碳酸盐、氢氧化物、碱土金属的氧化物可以通过其碳酸盐、氢氧化物、 硝酸盐或硫酸盐的热分解来制备。硝酸盐或硫酸盐的热分解来制备。 氧化物热稳定性总的趋势是，同族从上到下依次降氧化物热稳定性总的趋势是，同族从上到下依次降 低，熔点也按此顺序降低。低，熔点也按此顺序降低。 碱土金属离子半径较小，电荷高，其氧化物的晶格碱土金属离子半径较小，电荷高，其氧化物的晶格能大，因而其熔点比碱金属氧化物的熔点高得多。能大，因而其熔点比碱金属氧化物的熔点

7、高得多。11 2 2 氢氧化物氢氧化物 1 氢氧化物性质氢氧化物性质 碱金属和碱土金属的氢氧化物都是白色固体。碱金属和碱土金属的氢氧化物都是白色固体。 Be(OH)2 为两性氢氧化物，为两性氢氧化物，LiOH 和和 Be(OH)2 为中为中强碱，其余氢氧化物都是强碱。强碱，其余氢氧化物都是强碱。 碱金属的氢氧化物都易溶于水，在空气中很容易吸碱金属的氢氧化物都易溶于水，在空气中很容易吸潮，它们溶解于水时放出大量的热。除氢氧化锂的溶解潮，它们溶解于水时放出大量的热。除氢氧化锂的溶解度稍小外，其余的碱金属氢氧化物在常温下可以形成很度稍小外，其余的碱金属氢氧化物在常温下可以形成很浓的溶液。浓的溶液。

8、2 氢氧化物酸碱性判断标准氢氧化物酸碱性判断标准R拉电子能力与拉电子能力与离子势离子势有关有关: = Z / r （r以以pm为单位）为单位） ROHRO- + H+ = R+ + OH-解离方式与解离方式与 拉电子能力有关拉电子能力有关 0.22 碱性碱性 0.22 0.32 两性两性 0.32 酸性酸性 LiOH 0.12 0.25 Be(OH)2 NaOH 0.10 0.18 Mg(OH)2KOH 0.09 0.15 Ca(OH)2RbOH 0.08 0.13 Sr(OH)2CsOH 0.07 0.12 Ba(OH)2碱金属氢氧化物均为碱性，碱金属氢氧化物均为碱性，Be(OH)2为两性，

9、为两性，其它碱土金属氢氧化物为碱性。其它碱土金属氢氧化物为碱性。 11 3 盐类盐类11 3 1 盐类的共同特点盐类的共同特点重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐1 晶体类型：绝大多数是离子晶体，晶体类型：绝大多数是离子晶体， 但碱土金属卤化物有一定的共价性。但碱土金属卤化物有一定的共价性。2 一般无色或白色。一般无色或白色。3 溶解度：碱金属盐类一般易溶于水；溶解度：碱金属盐类一般易溶于水； 碱土金属盐类除卤化物、硝酸盐外多数难溶。碱土金属盐类除卤化物、硝酸盐外多数难溶。4 热稳定性：较高热稳定性：较高。11 3 2 盐类的溶解性盐类的溶解性1 I

10、A盐类易溶为主，难溶的有：盐类易溶为主，难溶的有：K2PtCl6、 NaSb(OH)6、KClO4、 Li3PO4 K2NaCo(NO2)3 难溶盐往往是在与大阴离子相配时。难溶盐往往是在与大阴离子相配时。2 IIA盐类难溶居多，常见盐类除氯化物、硝酸盐外，盐类难溶居多，常见盐类除氯化物、硝酸盐外， 其他难溶，如：其他难溶，如：MCO3 、MC2O4、M3(PO4)2、MSO4、 MCrO43 离子型盐类溶解度的定性判断标准离子型盐类溶解度的定性判断标准溶解度增大溶解度减小巴素洛规则：阴阳离子电荷绝对值相同巴素洛规则：阴阳离子电荷绝对值相同, 阴阳离子半径阴阳离子半径 较为接近则难溶，否则，易

11、溶。较为接近则难溶，否则，易溶。 比较一下两组溶解度：比较一下两组溶解度：其其氟化物、氢氧化物其硫酸盐、铬酸盐、碘化物BaSO4 BeSO4LiF LiI 对于对于IIA族的化合物溶解度变化如下：族的化合物溶解度变化如下：分解温度分解温度K298813118315631663体积较大的阳离子能稳定大阴离子体积较大的阳离子能稳定大阴离子含有大阴离子的热不稳定化合物的分解温度含有大阴离子的热不稳定化合物的分解温度随着阳离子半径的增大而增高。随着阳离子半径的增大而增高。 化合物化合物 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 温度温度 300 840 1100 1300 11 4 锂的特殊性及

12、对角线规则锂的特殊性及对角线规则 锂与同族的元素不类似，而和镁类似。锂与同族的元素不类似，而和镁类似。11 4 1 化合物的溶解性化合物的溶解性 锂和镁的氢氧化物锂和镁的氢氧化物LiOH和和Mg(OH)2的溶解度都很小，的溶解度都很小，而其它碱金属氢氧化物都易溶于水。而其它碱金属氢氧化物都易溶于水。 锂与镁的氟化物、碳酸盐、磷酸盐都是难溶盐，而锂与镁的氟化物、碳酸盐、磷酸盐都是难溶盐，而碱金属的氟化物、碳酸盐、磷酸盐都易溶于水。例如，氟碱金属的氟化物、碳酸盐、磷酸盐都易溶于水。例如，氟化钠的溶解度约是氟化锂的化钠的溶解度约是氟化锂的10倍，磷酸钠的溶解度约是磷倍，磷酸钠的溶解度约是磷酸锂的酸锂

13、的200倍。倍。11 4 2 Li、Mg 的相似性一些反应的相似性一些反应 4 Li + O2 = 2 Li2 O 2 Mg + O2 = 2 MgO 6 Li + N2 = 2 Li3N 3 Mg + N2 = Mg3N2 2 Mg(NO3)2 = 2 MgO + 4 NO2 + O2 4 LiNO3 = 2 Li2O + 4 NO2 + O2 2 NaNO3 = 2 NaNO2 + O2 LiClH2O = LiOH + HCl MgCl26H2O = Mg(OH)Cl + HCl + 5 H2O Mg(OH)Cl = MgO + HCl11 4 3 对角线规则对角线规则CSiLiNaBe

14、MgBAl 以上三对处于对角线上的元素及其化合物的性质有许以上三对处于对角线上的元素及其化合物的性质有许多相似之处，叫做对角线规则。多相似之处，叫做对角线规则。 这是由于对角线位置上的邻近两个元素的电荷数和半这是由于对角线位置上的邻近两个元素的电荷数和半径对极化作用的影响恰好相反，使得它们离子极化力相近径对极化作用的影响恰好相反，使得它们离子极化力相近而引起的。而引起的。 单质与氧作用生成正常氧化物单质与氧作用生成正常氧化物 Li+和和Mg2+的水合能力较强的水合能力较强 碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物 氯化物共价性较强，均能溶于有机溶剂中氯化物共价性较强，均

15、能溶于有机溶剂中 氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶于水氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶于水 氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大 加热分解为正常氧化物加热分解为正常氧化物锂与镁的相似性锂与镁的相似性 两者都是活泼金属，在空气中易形成致密两者都是活泼金属，在空气中易形成致密 的氧化膜保护层的氧化膜保护层 盐都易水解盐都易水解 卤化物均有共价型卤化物均有共价型 氧化物的熔点和硬度都很高氧化物的熔点和硬度都很高 两性元素，氢氧化物也属两性两性元素，氢氧化物也属两性铍与铝的相似铍与铝的相似性性 碳化物与水反应生成甲烷碳化物与水反应生成甲烷Be2C + 4 H2O 2 Be(

16、OH)2 + CH4 Al4C3 + 12 H2O 4 Al(OH)3 + 3 CH4 自然界均以化合物形式存在自然界均以化合物形式存在 易形成配合物，如易形成配合物，如 HBF4 和和 H2SiF6 卤化物易水解卤化物易水解 由于由于BB和和SiSi键能较小，烷的数目比键能较小，烷的数目比 碳烷烃少得多，且易水解碳烷烃少得多，且易水解 H3BO3 和和 H2SiO3 在水中溶解度不大在水中溶解度不大 氧化物是难熔固体氧化物是难熔固体 单质易与强碱反应单质易与强碱反应 硼与硅的相似性硼与硅的相似性11 4 4 为什么为什么E Li+/Li特别负特别负? M(s) + H+(aq) = M+(a

17、q) + 1/2 H2M(g)+ H+(g)M+(g)+ H(g)H升升-HhI1(M)- I1(H)Hh-1/2DrH =H升升(M)+ I1(M) + Hh(M+) - Hh(H+)+ I1(H)+ 1/2DH2Li+/LiNa+/NaK+/KRb+/RbCs+/Cs-3.04-2.71-2.93-2.92-2.92Be2+/BeMg2+/MgCa2+/CaSr2+/SrBa2+/Ba-1.97-2.36-2.84-2.89-2.92Na109.5495.7-413.8197.3-454.5-275.2-2.67-2.71性性 质质升华能升华能 S/kJmol-1电离能电离能 IM/kJm

18、ol-1水合能水合能 HM/kJmol-1总焓变总焓变Hm /kJmol-1 （计算值计算值） （实验值实验值）Li150.5520.1-514.1163.1-454.5-291.4-3.02-3.0401K91.5418.6-342.8175.1-454.5-279.4-2.90-2.931Rb86.1402.9-321.9165.1-454.5-289.4-3.00-2.98Cs79.9375.6-297.1158-454.5-296.5-3.07-2.9211molkJ/H12molkJ/HV/EV/E E Li+/Li 特别负是主要是由于锂离子半径小，水合特别负是主要是由于锂离子半径小

19、，水合作用强，水合热特别大的缘故。作用强，水合热特别大的缘故。 锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极电势小，为什么电势小，为什么 Li与水反应没有其他金属与水反应没有其他金属与水的反应激烈？与水的反应激烈？ 电极电势属于热力学范畴，而反应剧烈程度属于动力电极电势属于热力学范畴，而反应剧烈程度属于动力学范畴，两者之间并无直接的联系。学范畴，两者之间并无直接的联系。 Li与水反应不激烈，主要原因与水反应不激烈，主要原因（1）锂的熔点较高，）锂的熔点较高，与与水反应产生的热量不足以使其熔化水反应产生的热量不足以使其熔化; (2)与水反应的产物溶与水反应的产物溶解度较小

20、，易覆盖在金属锂的上面，阻碍反应继续进行。解度较小，易覆盖在金属锂的上面，阻碍反应继续进行。 5.3 26.4 19.1 17.9 25.8性性 质质 Li Na K Rb Csm.p./K 453.69 370.96 336.8 312.04 301.55MOH 在水中的在水中的溶解度溶解度/(molL- -1)思考思考 氢是最丰富的元素，除大气中含有少量游离态的氢氢是最丰富的元素，除大气中含有少量游离态的氢以外，绝大部分以化合物的形式存在。地球、太阳及木星以外，绝大部分以化合物的形式存在。地球、太阳及木星等天体上都有大量的氢，简而言之，整个宇宙空间到处都等天体上都有大量的氢，简而言之，整个

21、宇宙空间到处都有氢的存在。有氢的存在。 稀有气体包括氦、氖、氩、氪、氙、氡稀有气体包括氦、氖、氩、氪、氙、氡6种元素，基种元素，基态的价电子构型除氦的态的价电子构型除氦的 1s2 以外，均为以外，均为 ns2np6 。在接近地。在接近地球表面的空气中，每球表面的空气中，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 0.086cm3 氙。天然氙。天然气中有时含有低于气中有时含有低于 1% 体积的氦，氡是镭等放射性元素蜕体积的氦，氡是镭等放射性元素蜕变的产物。变的产物。氢和稀有气体氢和稀有气体 稀有

22、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，分解氮的化合（雷利）发现，分解氮的化合物得来的氮气每升物得来的氮气每升 1.251 g，而从空气中分离出来的氮气，而从空气中分离出来的氮气每升每升 1.257 g。他坚信自己的实验结果，但又百思不得其。他坚信自己的实验结果，但又百思不得其解。解。W. Ramsay （莱姆赛）与雷利合作，他们经过不懈（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，在的努力，除去空气的所有已知成分，在1894年第一次从空年第一次从空气中分离出氩气中分离出氩Ar。 第一个稀

23、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）注意到巴特利特）注意到 Xe 的的电离能电离能 1169 kJmol-1 和和 O2 的电离能的电离能 1175 kJmol-1 相近，相近，于是模仿于是模仿 O2 PtF6- 的合成，将等体积的的合成，将等体积的 Xe 和和 PtF6 蒸汽蒸汽在室温下反应，获得了在室温下反应，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。稀有气体元素化学揭开了新篇章。元素化学揭开了新篇章。 11 5

24、氢氢11 5 1 氢的成键方式氢的成键方式1 失去电子失去电子 氢的氢的 1s 电子可以失去形成电子可以失去形成 H+ 离子，离子，H+ 仅是一个质仅是一个质子。在水溶液中，有溶剂水参与的情况下，子。在水溶液中，有溶剂水参与的情况下，H+ 离子将与离子将与溶剂分子结合成溶剂分子结合成 H3O+ 。 氢原子能够获得一个电子，达到氦核的结构氢原子能够获得一个电子，达到氦核的结构 1s2，形，形成含成含 H- 离子的氢化物。这个离子只存在于活泼金属的氢离子的氢化物。这个离子只存在于活泼金属的氢化物中，氢同碱金属、碱土金属只有在较高温度下才能生化物中，氢同碱金属、碱土金属只有在较高温度下才能生成含有成

25、含有 H- 离子的氢化物。离子的氢化物。2 获得电子获得电子3 共用电子对共用电子对共价键的形成共价键的形成 在大多数含氢化合物中，在大多数含氢化合物中，H 原子都与其它元素的原子原子都与其它元素的原子共用一对电子，或者说形成一个共价键。共用一对电子，或者说形成一个共价键。 氢桥不属于经典的共价键。氢桥不属于经典的共价键。 氢键不能算作一种化学键，其键能的大小介于化学键氢键不能算作一种化学键，其键能的大小介于化学键与范德华力之间。与范德华力之间。 11 5 2 氢的性质与制备氢的性质与制备1 氢气的性质氢气的性质 氢有三种同位素氢有三种同位素，（氕、，（氕、H ），（氘、），（氘、D ）和（氚

26、、）和（氚、T ）。普通的氢和氘有稳定的核，氚是一种不稳定的放射）。普通的氢和氘有稳定的核，氚是一种不稳定的放射性同位素，发生性同位素，发生 衰变，其半衰期为衰变，其半衰期为 12.35 年。年。 1H 2He + e- 33表表112 氕、氘、氚的物理性质氕、氘、氚的物理性质同位素同位素丰度丰度/%原子原子质量质量单质单质熔点熔点/K单质单质沸点沸点/K单质临界单质临界 温度温度/K(1H)，H99.9851.00782513.9620.3033.19(2H)，D0.0152.01410218.7323.6738.35(3H)，T 10-16 3.016049 20.6225.6440.60

27、(预测预测) 氢气是由两个氢原子以共价键的方式结合成的双原子氢气是由两个氢原子以共价键的方式结合成的双原子分子，键长为分子，键长为74pm。常温下氢气是无色无臭的气体，。常温下氢气是无色无臭的气体，273 K 时时 1 dm3 水能溶解水能溶解 0.02 dm3 的氢气。的氢气。 H2 在所有分子中在所有分子中质量最小，分子间作用力很弱，只有冷却到质量最小，分子间作用力很弱，只有冷却到 20 K 时，气时，气态氢才被液化。态氢才被液化。 氢分子中氢分子中HH键的键能键的键能 435.88 kJ mol-1，比一般单，比一般单键的键能高出很多，同一般双键的键能相近。因此，常温键的键能高出很多，同

28、一般双键的键能相近。因此，常温下氢分子具有一定程度的惰性，与许多物质反应很慢。只下氢分子具有一定程度的惰性，与许多物质反应很慢。只有某些特殊的反应能迅速进行，如氢气同单质氟在暗处能有某些特殊的反应能迅速进行，如氢气同单质氟在暗处能迅速化合，在迅速化合，在23K下也能同液态或固态氟发生反应。下也能同液态或固态氟发生反应。 氢气与其它卤素或氧混合时经引燃或光照都会猛烈反氢气与其它卤素或氧混合时经引燃或光照都会猛烈反应，生成卤化氢或水，同时放出热量。应，生成卤化氢或水，同时放出热量。 氢气同活泼金属在高温下反应，生成金属氢化物，这氢气同活泼金属在高温下反应，生成金属氢化物，这是制备离子型氢化物的基本

29、方法是制备离子型氢化物的基本方法 。 H2 + 2 Na2 NaH 653KH2 + Ca CaH2 423573K 在适当的温度、压强和相应的催化剂存在下，在适当的温度、压强和相应的催化剂存在下，H2 可可与与 CO 反应，生成一系列的有机化合物。如：反应，生成一系列的有机化合物。如：CO(g) + 2 H2(g) CH3OH(g) Cu/ZnOCuO + H2 Cu + H2O 还原性是氢气的重要化学性质，在加热的条件下氢气还原性是氢气的重要化学性质，在加热的条件下氢气可还原氧化铜可还原氧化铜 。 原子氢是一种比分子氢更强的还原剂。它可同锗、原子氢是一种比分子氢更强的还原剂。它可同锗、锡、

30、砷、锑、硫等能直接作用生成相应的氢化物，如：锡、砷、锑、硫等能直接作用生成相应的氢化物，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成原子氢还能把某些金属氧化物或氯化物迅速还原成金属。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 H2O1 氢气的制备氢气的制备 （1）实验室制法）实验室制法 实验室里，常利用稀盐酸或稀硫酸与锌等活泼金属作实验室里，常利用稀盐酸或稀硫酸与锌等活泼金属作用制取氢气。该法制氢需要经过纯化。用制取氢气。该法制

31、氢需要经过纯化。 电解水的方法制备氢气纯度高。常采用质量分数为电解水的方法制备氢气纯度高。常采用质量分数为 25% 的的 NaOH 或或 KOH 溶液为电解液。电极反应如下：溶液为电解液。电极反应如下： 阳极阳极 2 H2O + 2 e- H2 + 2 OH- 阴极阴极 4 OH- O2 + 2 H2O + 2 e- （2）工业制法）工业制法 氢气是氯碱工业中的副产物。电解食盐水的过程中，氢气是氯碱工业中的副产物。电解食盐水的过程中，在阳极上生成在阳极上生成 Cl2，电解池中得到，电解池中得到NaOH的同时，阴极上的同时，阴极上放出放出 H2。 工业生产上大量需要的氢气是靠催化裂解天然气得到工

32、业生产上大量需要的氢气是靠催化裂解天然气得到的。的。CH4 + H2O CO + 3 H2C3H18 + 3 H2O 3 CO + 7 H2 工业生产上也利用水蒸气通过红热的炭层来获得氢工业生产上也利用水蒸气通过红热的炭层来获得氢气。用该法制备氢气，必须将气。用该法制备氢气，必须将CO分离出去。分离出去。C (红热红热) + H2O(g) CO(g) + H2(g)1273K11 5 3 氢的用途氢的用途 氢气重要的用途之一是作为合成氨工业的原料，氨又氢气重要的用途之一是作为合成氨工业的原料，氨又是生产硝酸，进一步生产硝铵的原料。是生产硝酸，进一步生产硝铵的原料。 高温下，氢气能将许多金属氧化

33、物或金属卤化物还原高温下，氢气能将许多金属氧化物或金属卤化物还原成单质，人们经常利用氢气的这一性质制备金属单质。成单质，人们经常利用氢气的这一性质制备金属单质。 WO3 + 3 H2 W + 3 H2OTiCl4 + 2 H2 Ti + 4 HCl 氢气也是一种重要的有机化工原料，如不饱和的有机氢气也是一种重要的有机化工原料，如不饱和的有机分子的氢化等都需要氢气。分子的氢化等都需要氢气。 氢气是重要的无污染燃料。氢气在氧气或空气中燃烧氢气是重要的无污染燃料。氢气在氧气或空气中燃烧时，火焰温度可以达到时，火焰温度可以达到3273K左右，工业上利用此反应切左右，工业上利用此反应切割和焊接金属。割和

34、焊接金属。 液态氢可把除氦以外的其它气体冷却并转变成固体。液态氢可把除氦以外的其它气体冷却并转变成固体。同温同压下，所有气体中氢气的密度最小，常用来填充气同温同压下，所有气体中氢气的密度最小，常用来填充气球。球。 氢同碱金属及多数碱土金属在较高的温度下直接化合氢同碱金属及多数碱土金属在较高的温度下直接化合时，生成离子型氢化物，其中含有时，生成离子型氢化物，其中含有 H- 离子。离子。 碱金属和碱土金属的氢化物都是白色或灰白色晶体。碱金属和碱土金属的氢化物都是白色或灰白色晶体。其中其中 LiH 和和 BaH2 热稳定性较高，分别在热稳定性较高，分别在 961.7 K 和和 1473 K 时熔融而

35、不分解，其它氢化物均在熔化前分解成相应的时熔融而不分解，其它氢化物均在熔化前分解成相应的单质。熔融态的离子型氢化物导电。它们的很多性质与盐单质。熔融态的离子型氢化物导电。它们的很多性质与盐类相似，因此有时称之为盐型氢化物。类相似，因此有时称之为盐型氢化物。 电解熔融的氢化物，阳极产生氢气，这一事实可以证电解熔融的氢化物，阳极产生氢气，这一事实可以证明明 H- 离子的存在。离子的存在。11 5 4 氢化物氢化物1 离子型氢化物离子型氢化物 离子型氢化物的重要化学性质是，可与水发生剧烈离子型氢化物的重要化学性质是，可与水发生剧烈反应，放出氢气。反应，放出氢气。NaH(s) + H2O(l) H2(

36、g) + NaOH(aq)2 LiH + B2H6 2 LiBH4 在非水极性溶剂（如：乙醚）中，离子型氢化物能与在非水极性溶剂（如：乙醚）中，离子型氢化物能与一些缺电子化合物结合生成复合氢化物，如：一些缺电子化合物结合生成复合氢化物，如：4 LiH + AlCl3 LiAlH4 + 3 LiCl 离子型氢化物以及复合氢化物被广泛用于无机和有机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来源，或在野外用作生氢剂。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，但价格昂贵。使用十分方便，但价格昂贵。TiCl4 + 4 NaH Ti + 4 NaCl

37、+ 2 H2(g) 离子型氢化物以及复合氢化物均具有很强的还原性，离子型氢化物以及复合氢化物均具有很强的还原性，在高温下可还原金属氯化物、氧化物和含氧酸盐。在高温下可还原金属氯化物、氧化物和含氧酸盐。 p 区元素的氢化物属于分子型晶体，这类氢化物具有区元素的氢化物属于分子型晶体，这类氢化物具有熔、沸点低的特点，通常条件下多为气体。熔、沸点低的特点，通常条件下多为气体。 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，HBr，HI 等在水中完全解离，使溶液显强酸性。等在水中完全解离，使溶液显强酸性。 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

38、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并放出氢气。硅、硼的氢化物同水作用时生成含氧酸并放出氢气。 甲烷与水基本不发生作用。甲烷与水基本不发生作用。2 分子型氢化物分子型氢化物 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 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，没有剩余的孤电子中心原子的价电子全部参与成键，没有剩余的孤电子对，如对，如

39、 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 等氢化物。等氢化物。它们的中心原子采用不等性杂化轨道与配体它们的中心原子采用不等性杂化轨道与配体 H 原子成键。原子成键。如：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原分子型氢化物都具有还原性，而且同族氢化物的还原能力随原子序数增加而增强。能力随原子序数增加而增强。 d 区元素和区元素和 f 区元素一般都能形成金属型氢化物。从区元素一般都能形成金属型氢化物。从组成上看，这些氢化

40、物有的是整比化合物，如组成上看，这些氢化物有的是整比化合物，如 CrH2，NiH，CuH 和和 ZnH2；有的则是非整比化合物，如；有的则是非整比化合物，如 PdH0.8 和一些和一些 f 区元素的氢化物等。区元素的氢化物等。 Pt 在任何条件下都不能形成氢化物，但氢可在在任何条件下都不能形成氢化物，但氢可在 Pt 表表面上形成化学吸附氢化物，从而使面上形成化学吸附氢化物，从而使 Pt 在加氢反应中有广在加氢反应中有广泛的催化作用。泛的催化作用。 这些金属氢化物基本上保留着金属光泽，导电性等金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。属特有的物理性质。3 金属型氢化物金属

41、型氢化物11 6 稀有气体稀有气体11 6 1 稀有气体的性质和用途稀有气体的性质和用途1 稀有气体的性质稀有气体的性质 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 稀有气体相当稳定。稀

42、有气体原子在一般条件下不易稀有气体相当稳定。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2.2K时液氦会由一时液氦会由一种液态转变到另一种液态。温度在种液态转变到另一种液态。温度在2.2

43、K以下的液氦具有许以下的液氦具有许多反常的性质，例如超导性、低粘滞性等。氦不能在常压多反常的性质，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。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。2 稀有气体的用途稀有气体的用途 为反应提供惰性环境。如：在冶炼金属钛的过程中，为反应提供惰性环境。如：在冶炼金属钛的过程中，要用氩气或氦气作保护气。要用氩气或氦气作保护气。 氦气密度低，在一定场合下用它代替氢气，比使用氢氦气密度低，在一定场合下用它代替氢气，比使用氢气安全得多。气安全得多。 液氦被用于超低温的保持，这是超导技术所的必要条液氦被用于超低温的保持，这是超导技术所的必要条件。件。 氙灯作为光源有氙灯作为光源有“人造小太阳人造小太阳”之称；而氖放出十分之称；而氖放出十分美丽的红光，氖灯俗称霓虹灯，被广泛地用于广告和标牌。美丽的红光，氖灯俗称霓虹灯，被广泛地用于广告和标牌。 11 6 2 稀有气体化合物稀有气体化合物 已知稳定的化合物仅包括元素已知稳定的化合物仅包括元素 Kr、Xe、Rn 的共价的共价化合物，但是利用质谱已经观察到化合物，但是利用质谱已经观察到 He、Ne 以及其它稀有以及其它稀有气体的极不稳定的化合物。氡气体的极不稳定的化合物。氡 Rn 可以形成可以形成 RnF2，但由，但由于放射性强，半衰期很短，所以对氡