第十章氢和稀有气体

第十章氢和稀有气体

（hydrogenandnoblegases）§10-1元素无机化学概论(HydrogenanditsCompounds)一、元素的发现、分类和存在形态

1、元素的发现

共有112种，地球上天然存在:92种人工合成:202、元素的分类

(1)金属元素90种，非金属元素22种准金属:性质介于金属和非金属之间的单质(2)普通元素和稀有元素普通元素和稀有元素的划分不是绝对的。3、元素在自然界中的存在形态游离态(单质)和化合态(化合物)（1）游离态a气态非金属单质

b固态非金属单质c金属单质(2)化合态a活泼金属元素(ⅠA族和ⅡA族中Mg)与ⅦA族(卤素)形成的离子型卤化物bⅡA族元素还常以难溶碳酸盐形式存在于矿物中，c准金属元素(B除外)以及IB、IIB族元素常以难溶硫化物形式存在

dⅢB～ⅦB族过渡元素主要以稳定的氧化物形式存在二、元素的自然资源地壳中分布最广的10种元素的原子百分数为：OHSiAlNa52.32％16.95％16.67％5.53％1.95％FeCaMgKTil.50％1.48％1.39％1.08％0.22％丰度可用质量百分数或原子百分数原子百分数又称克拉克(Clark)值:用每种元素的质量百分数除以相对原子质量,称为该元素的原子因数，把所有地壳元素的原子因数总和作为100，每种元素原子因数所占的百分数就是该元素的原子百分数三、单质的晶体结构和物理性质

1、晶体结构

同一周期元素的单质，从左到右，一般由典型的金属晶体经过原子晶体、层状晶体或链状晶体等，最后过渡到分子晶体。同一族元素单质由上而下，常由分子晶体或原子晶体过渡到金属晶体副族元素单质均为金属晶体

2、物理性质

（1）熔点、沸点

同一周期的主族元素，从左到右，熔、沸点由低→高→低，即两端元素单质的熔、沸点低，中间的高副族元素单质一般具有较高的熔、沸点（2）密度和硬度同周期主族元素从左到右，单质的密度与硬度是两头小中间大（3）导电性和超导性

周期表从左到右，主族元素单质呈现出由导体向半导体、非导体演变的趋势副族元素单质均为金属晶体，易导电四、单质的制取方法

1．物理分离法

2．热分解法

3．电解法

4．还原法

5．氧化法

*热还原法的热力学分析:埃灵罕姆图

每消耗1molO2，并生成1/nmolMmO2n的吉布斯自由能变为:埃灵罕姆图:─T图

(1)某直线对应的氧化物能被位于其下任一直线对应的金属所还原，而且两直线距离相差越大，反应进行越完全。应用:题目:判断MnO2能否被Al还原。

(2)由图可看出，MgO、Al2O3、CaO的值比其它氧化物的小得多，所以Mg、Al、Ca可还原其它金属氧化物。(3)CO的值随温度升高而减小，在高温下比许多氧化物的要小。因此，高温下许多金属氧化物（如Fe2O3、ZnO、CaO等）均可被C还原，这就是在材料学上很重要的碳热还原。“价廉物美”§10-2氢及其化合物(HydrogenanditsCompounds)

宇宙间所有元素中含量最丰富的元素

一、单质氢（SimpleSubstanceofHydrogen）1．氢的同位素（Theisotopes）(氕，Protium，符号H)占总量的99.98％

(氘，Deuterium，符号D)占0.016％(氚，Tritium，符号T)占总量的0.004％单质和化合物的化学性质基本相同，物理性质和生物性质则有所不同.重水中的氢键比普通水中的氢键H2的沸点最低:D的发现2．性质：(1)物理性质：

H2极难溶于水和有机溶剂，但它却能大量溶解于金属（Pt、Pd）和合金（LaNi5）中，固态氢又称为金属氢

储存氢，提纯氢

金属氢具有导电性:晶格质点上为质子，而电子为整个晶体共享氢气非常难液化:提纯氢气(2)化学性质：

氢的一些重要性质价层电子构型1S1

电离能/(kJ·mol-1)1312氧化数-l，0，+1电子亲合能/(kJ·mol-1)-72.8原于半径/pm37电负性2.20a．成键特点：

氢与非金属和金属都能化合成键方式:(1)失去价电子(2)结合一个电子(3)形成共价化合物(4)形成氢键周期表中的位置是不易确定的b.氢分子在常温下不活泼

3500℃高温的原子氢吹管c．化合反应：

与许多金属或非金属反应，形成各类氢化物

d．还原反应：

e.高温下(如2000K以上)、辐射、低压放电等情况下，氢分子可分解为原子氢。

原子氢比分子氢性质活泼得多催化剂存在：3．制备

(1)实验室

(2)工业上

a．电解（在OH-中）制备NaOH的副产品b．水煤气法：

I:II:或III:除去CO2

c．烃裂解：D、生物制氢,催化制氢(3)野外

二、氢化物（Hydride）

氢化物，某化氢§10-3稀有气体TheRareGasesHelium(He)太阳Neon(Ne)新的Argon(Ar)懒惰的Krypton(Kr)稳定的Xenon(Xe)陌生的Radon(Rn)发光的Electronicconfiguration：ns2np6except：He1s2Ramsay：1904年Nobel化学奖

一、GeneralProperties:

1．单原子分子，惰性气体2．原子间存在微弱的色散力，熔点、沸点、临界温度、蒸发热以及在水中的溶解度都很小。

随着原子序数的增加而递增氦最难液化，唯一无熔点的物质，低温下是超导体

3．稳定的8电子构型(氦为2电子)4．液态空气是提取稀有气体的主要原料；5．用途：

氦：人造空气，填充气，火箭燃料压力系统，冷冻剂，惰性气体，高效巨变反应原料。氖和氩：霓虹灯，冷冻剂，保护气体。氪和氙：特种光源，医学上。氡：放射性治疗二、ChemicalProperties

1962：XePtF6“惰性气体”----“稀有气体”。

(1)制备：

（在常压下）或1．氙的氟化物（Fluoridesofxenon）XeF2、XeF4、XeF6，稳定的白色结晶状

镍容器内

(2)性质：a．都与水反应：（制备氟化物时要严格干燥)慢

快(i)

(ii)分解成：

氧化还原反应

歧化反应XeF4等摩尔参与歧化反应以及与水的氧化还原反应的配平结果

(iii)OH-中

分解成：

上面两个式子相加可得总反应式，如果是1：1，则第二个方程要乘以2。

习题：完成反应：不完全水解完全水解b．都是强氧化剂

c．良好的氟化剂

不能在玻璃容器中储存或反应d.路易斯酸碱反应：(路易斯酸碱概念)和路易斯酸反应：

和路易斯碱反应：2．氙的氧化物（Oxidesofxenon）

(1)preparation:

a．XeO3由XeF4岐化或XeF6水解制得b．XeO4由XeF6在Ba(OH)2中歧化制得的高氙酸钡Ba2XeO6，高氙酸钡再与硫酸反应：(2)properties：a．稳定性

XeO3溶于水，在水中稳定，固态时XeO3会发生爆炸OH－介质中形成离子或对于氙的含氧化物，在酸性和中性溶液中Xe(VI)稳定；在碱性溶液中Xe(VIII)稳定XeO4是一种气体，不如XeO3稳定，正四面体几何构型。XeO4缓慢分解成XeO3和O2，当XeO4低温下为固态，会发生爆炸b．氧化性

高氙酸盐是最强的氧化剂之一

c．在碱性溶液中，高氙酸盐的主要形式是，它被水缓慢还原，然而在酸性溶液中，反应很快：三、TheStereoStructuresofXenonCompounds1．符合VSEPR理论

XeF2AB2E3sp3d直线型

XeF4AB4E2sp3d2

平面四方

XeO3AB3Esp3

三角锥型

XeO4AB4sp3

正四面体

XeOF4AB5Esp3d2

四方锥型XeO2F2