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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第1页第1页1.元素自然资源元素自然资源2.单质性质和制备办法单质性质和制备办法3.稀有气体性质和用途稀有气体性质和用途4.氢气性质氢气性质5.氢化物类型氢化物类型6.离子型氢化物性质离子型氢化物性质7.元素发觉、分类和存在形态元素发觉、分类和存在形态主要内容主要内容第2页第2页1.元素分类和存在形态元素分类和存在形态2.单质物理性质递变规律单质物理性质递变规律3.氢气性质氢气性质4.氢化物类型氢化物类型5.离子型氢化物性质离子型氢化物性质基本要求基本要求第3页第3页目录目录目录目录9-1 元素发觉、分类和存在元素发觉、分类和存在9-2 元素自然资源元素自然资源9-4 单质制取办法单质制取办法9-3 单质晶体结构和物理性质单质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4页第4页第一节第一节第一节第一节元素发觉、元素发觉、元素发觉、元素发觉、分类和存在分类和存在分类和存在分类和存在形态形态形态形态第九章第九章 元素概论元素概论第一节第一节元素发觉、元素发觉、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第5页第5页9-1-1 元素发觉元素发觉迄今为止，已发觉元素和迄今为止，已发觉元素和人工合成元素已有人工合成元素已有112112种种,其中天然存在为其中天然存在为9292种，其种，其余为人工合成元素。余为人工合成元素。第6页第6页元素周期表A011HAAA A AA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne311Na12MgB B B BBB B13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Nb42Mo43Tc44Ru45Rh46Pd47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655Cs56Ba57-71Ln72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787Fr88Ra89-103An104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112Uub9-1-1 元素发觉元素发觉 111号元素于号元素于1994年年12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)，由德国化学家，由德国化学家 P.Armbruster领导领导多国科学家研究组人工合成。多国科学家研究组人工合成。1996年年2月月9日又合成日又合成了了112号元素。号元素。第7页第7页 9-1-2 元素分类元素分类A011HAAAA AA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne311Na12MgB B B BBB B13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Nb42Mo43Tc44Ru45Rh46Pd47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655Cs56Ba57-71Ln72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787Fr88Ra89-103An104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu*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-Ge-Sb-Po之间之间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),对角线附近对角线附近Ge、As、Sb、Te为准金属。为准金属。第8页第8页元素周期表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IA011HAAA A AA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne311Na12MgB B B BBB B13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Nb42Mo43Tc44Ru45Rh46Pd47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655Cs56Ba57-71Ln72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787Fr88Ra89-103An104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112Uub第9页第9页9-1-3 元素在自然界中存在形态元素在自然界中存在形态单质单质(游离态游离态)存在形态存在形态化合物化合物(化合态化合态)气态非金属单质气态非金属单质:如如N2、O2等等固态非金属单质：如固态非金属单质：如C、S等等金属单质金属单质:如如Hg、Au及及Ag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、硼酸盐第10页第10页结束结束 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结束结束第11页第11页第二节第二节第二节第二节元素自然元素自然元素自然元素自然资源资源资源资源第九章第九章 元素概论元素概论第二节第二节元素自然资源元素自然资源 无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案第12页第12页1.在地壳中分布最广在地壳中分布最广1010种元素为种元素为O H Si Al NaFe Ca Mg K Ti 在构成地壳原子总数中约占在构成地壳原子总数中约占99%99%9-2 9-2 元素自然资源元素自然资源第13页第13页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矿物资源非常丰富我国矿物资源非常丰富,已探明达已探明达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稀土矿总储量占世界80%1.在地壳中分布最广在地壳中分布最广1010种元素为：种元素为：O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti 9-2 9-2 元素自然资源元素自然资源第14页第14页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.在地壳中分布最广在地壳中分布最广1010种元素为：种元素为：O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti 9-2 9-2 元素自然资源元素自然资源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储量也很大储量也很大第15页第15页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.在地壳中分布最广在地壳中分布最广1010种元素为：种元素为：O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti 9-2 9-2 元素自然资源元素自然资源但我国铁矿、铜矿、磷矿多为贫矿但我国铁矿、铜矿、磷矿多为贫矿钾盐钾盐、天然碱天然碱、天然硫天然硫、金刚石等资源少金刚石等资源少金、银、铂等更为稀少金、银、铂等更为稀少第16页第16页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.在地壳中分布最广在地壳中分布最广1010种元素为：种元素为：O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti 9-2 9-2 元素自然资源元素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第17页第17页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.在地壳中分布最广在地壳中分布最广1010种元素为：种元素为：O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti 9-2 9-2 元素自然资源元素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锰结核矿如太平洋海底锰结核矿第18页第18页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.在地壳中分布最广在地壳中分布最广1010种元素为：种元素为：O、H、Si、Al、Na、Fe、Ca、Mg、K、Ti 9-2 9-2 元素自然资源元素自然资源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和和稀有气体稀有气体第19页第19页结束结束 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结束结束第20页第20页第三节单质晶体结构和物理第三节单质晶体结构和物理第三节单质晶体结构和物理第三节单质晶体结构和物理性质性质性质性质第九章第九章 元素概论元素概论第三节第三节单质晶体结构单质晶体结构 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第21页第21页A AAAAAA0一一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分子分子晶体晶体主族元素单质主族元素单质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、非导体第22页第22页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.普通含有较高熔点和沸点普通含有较高熔点和沸点熔点最高是熔点最高是 W 3410另一方面是另一方面是 Cr Re第23页第23页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.含有较大密度和硬度含有较大密度和硬度 (B和和B除外除外)密度最大是密度最大是 Os Ir Pt硬度最大是硬度最大是 Cr (仅次于金刚石仅次于金刚石)1.普通含有较高熔点和沸点普通含有较高熔点和沸点第24页第24页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.含有较大密度和硬度含有较大密度和硬度 (B和和B除外除外)3.易导电易导电1.普通含有较高熔点和沸点普通含有较高熔点和沸点第25页第25页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 等等含有超导性有：含有超导性有：第26页第26页结束结束 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结束结束第27页第27页第四节单质制取办法第四节单质制取办法第四节单质制取办法第四节单质制取办法第九章第九章 元素概论元素概论第四节第四节单质制取办法单质制取办法 无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案第28页第28页大体有五种办法：大体有五种办法：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 单质制取办法单质制取办法第29页第29页适合用于分离、提取以单质适合用于分离、提取以单质存在，与其杂质在一些物理存在，与其杂质在一些物理性质有明显差别元素性质有明显差别元素如 氧气与氮气分离：利用液氧和液氮沸点不同1.物理分离法物理分离法第30页第30页惯用于制备一些高纯物质惯用于制备一些高纯物质如如 Zr(粗粗)+2I2 ZrI46001800Zr(纯纯)+2I22.热分解法热分解法第31页第31页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制取制取2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2电解电解电解电解Na制取制取2NaCl(熔体熔体)2Na+Cl2CaCl2,5805903.电解法电解法第32页第32页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普通惯用焦炭、普通惯用焦炭、CO、H2、活泼金、活泼金属等作还原剂。属等作还原剂。4.还原法还原法第33页第33页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.氧化法氧化法第34页第34页结束结束 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结束结束第35页第35页第六节氢第六节氢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第36页第36页元素周期表A011HAAAA AA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne3 11Na12MgB BBB BBB13Al14Si15P16S17Cl18Ar4 19K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr5 37Rb38Sr39Y40Zr41Ne42Mo43Tc44Re45Rh46Pa47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe6 55Cs56Ba57-71Lu72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn7 87Fr88Ra89-103Lr104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112Uub氢是宇宙间所有元素中含量最丰富元素在氢是宇宙间所有元素中含量最丰富元素在自然界中主要以化合态存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 氢氢第37页第37页1.氢是宇宙中丰度最大元素氢是宇宙中丰度最大元素,按原子按原子2.数计占数计占90%,按质量计则占按质量计则占75%。2.氢三种同位素质量之间相对差值尤其高，并因此而氢三种同位素质量之间相对差值尤其高，并因此而 各有自己名称各有自己名称,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朴原子。氢原子是周期表中结构最简朴原子。4.氢化学是内容最丰富元素化学领域之一。氢化学是内容最丰富元素化学领域之一。5.氢形成氢键。假如没有氢键，地球上不会存在液态水！氢形成氢键。假如没有氢键，地球上不会存在液态水！6.人体内将不存在现在人体内将不存在现在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元素。氢是周期表中唯一尚未找到确切位置元素。第38页第38页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元素确切位置元素.第39页第39页符号符号 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 氢原子性质及其成键特性氢原子性质及其成键特性111第40页第40页当前世界各地建造试验性聚变反应堆当前世界各地建造试验性聚变反应堆用是一个用是一个D和和T构成等离子体燃料构成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111第41页第41页氘主要性在于它与原子反应堆中重水相氘主要性在于它与原子反应堆中重水相关，并广泛应用于反应机理研究和光谱关，并广泛应用于反应机理研究和光谱分析。氚主要性在于与核聚变反应相关，分析。氚主要性在于与核聚变反应相关，氚也能够作示踪原子。氚也能够作示踪原子。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第42页第42页三种同位素质子数相同,中子数不同，它们单质和化合物化学性质基本 相同，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第43页第43页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第44页第44页熔点熔点/-259.23沸点沸点/-252.77气体密度气体密度gcm-38.98810-5(为空气1/14倍)fusHmJmol-1117.15vapHmJmol-1903.74热导率热导率Wm-1K-10.187(为空气5倍)9-6-2 氢气性质和用途氢气性质和用途1.氢气是无色、氢气是无色、无味、无臭无味、无臭可燃性气体，可燃性气体，是所有气体是所有气体中最轻中最轻 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第45页第45页熔点熔点/-259.23沸点沸点/-252.77气体密度气体密度gcm-38.98810-5(为空气1/14倍)fusHmJmol-1117.15vapHmJmol-1903.74热导率热导率Wm-1K-10.187(为空气5倍)9-6-2 氢气性质和用途氢气性质和用途2.熔、沸点极低，熔、沸点极低，难液化难液化 液氢是主要高能燃料液氢是主要高能燃料,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，可将除氦外液氢是超低温制冷剂，可将除氦外所有气体冷冻成固体。所有气体冷冻成固体。第46页第46页熔点熔点/-259.23沸点沸点/-252.77气体密度气体密度gcm-38.98810-5(为空气1/14倍)fusHmJmol-1117.15vapHmJmol-1903.74热导率热导率Wm-1K-10.187(为空气5倍)9-6-2 氢气性质和用途氢气性质和用途3.在水中溶解在水中溶解度很小。可度很小。可大量溶于镍、大量溶于镍、钯、铂等金钯、铂等金属中属中利用此性质可制得极纯氢气利用此性质可制得极纯氢气第47页第47页4.氢分子在常温下不活泼，但当已氢分子在常温下不活泼，但当已解离氢原子结合为分子时，可放解离氢原子结合为分子时，可放出大量热。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，用于熔化难熔金属于熔化难熔金属(如如W、Ta等等)9-6-2 氢气性质和用途氢气性质和用途第48页第48页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氢氧焰。氢氧焰。可用于金属切割或焊接可用于金属切割或焊接 H2+O2 H2O rHm=-285.830 kJmol-1 129-6-2 氢气性质和用途氢气性质和用途第49页第49页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氢氧焰。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 保氢气纯净保氢气纯净2.2.使用氢气厂房要严禁烟火使用氢气厂房要严禁烟火,加强通风加强通风9-6-2 氢气性质和用途氢气性质和用途第50页第50页 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 氢气性质和用途氢气性质和用途第51页第51页H2 分子配合物分子配合物 1985年发觉了第一个年发觉了第一个 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不断裂。它暗示存在氢键在反应中被活化而不断裂。第52页第52页 H2 分分子子以以 s 成成键键轨轨道道电电子子投投入入金金属属空空d 轨轨道道，而而以以其其 s 反反键键空空轨轨道道接接受受金金属属满满 d 轨轨道道电电子子形形成成反反馈馈键键，这这种种协协同同成成键键作作用用使使 H2 分分子子配配合合物物得得以以稳稳定定。简简言言之之，H2 分子配合物稳定性决定于中心金属原子上电荷密度。分子配合物稳定性决定于中心金属原子上电荷密度。这种配合物对烯烃加氢反应、氢加酰化反应等主这种配合物对烯烃加氢反应、氢加酰化反应等主要工业过程非常主要。要工业过程非常主要。H2 分子和二氢配合物之间存在中间体分子和二氢配合物之间存在中间体第53页第53页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 工业上高纯钨和硅制取工业上高纯钨和硅制取 WO3+3H2 W+3H2O高温 SiCl4+2H2 Si+4HCl高温9-6-2 氢气性质和用途氢气性质和用途第54页第54页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 氢气性质和用途氢气性质和用途2H+CuCl2 Cu+2HCl在常温下可将在常温下可将Cu、Fe、Bi、Hg、Ag等氧化物或氯化物还原为金属等氧化物或氯化物还原为金属如如第55页第55页试验室办法试验室办法化学法、电解法化学法、电解法工业生产办法工业生产办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办法制取氢用烃类裂解办法制取氢水蒸气转换法水蒸气转换法烷烃制取烯烃反应副产物烷烃制取烯烃反应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(每年预计达每年预计达500109m3)9-6-3 氢气制备氢气制备第56页第56页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试验室试验室第57页第57页9-6-3 氢气制备氢气制备(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+3H2700870Ni、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混合气混合气CO+H2O CO2+H2Fe、Cr催化剂催化剂(3)除去除去CO2可得较纯氢气可得较纯氢气工业上：工业上：1.水煤气法水煤气法 第58页第58页9-6-3 氢气制备氢气制备 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制得氢气较纯净，但耗电量大制得氢气较纯净，但耗电量大工业上：工业上：2.电解法电解法第59页第59页 热化学循环法制热化学循环法制 H2净净 反反 应应第60页第60页 配合催化太阳能分解水配合催化太阳能分解水 2a 既是电子予以体，又是电子接受体，在光能既是电子予以体，又是电子接受体，在光能激发下，能够向水分子转移电子，使激发下，能够向水分子转移电子，使 H+变为变为 H2 放放出。出。三三(2,2联吡啶联吡啶)合钌合钌()(2a)2a*(已活化已活化)h光能光能 最最近近，日日本本有有些些人人把把太太阳阳能能电电池池板板与与水水电电解解槽槽连连接接在在一一起起，电电解解部部分分材材料料在在产产生生氢氢气气一一侧侧使使用用钼钼氧氧化化钴钴，产产生生氧氧气气一一侧侧则则使使用用镍镍氧氧化化钴钴。使使用用1平平方方米米太太阳阳能能电电池池板板和和100毫毫升升电电解解溶溶液液，每每小小时时可可制制作作氢气氢气 20 升，纯度为升，纯度为 99.9%。第61页第61页 从海水中制氢从海水中制氢 原原理理：当当可可见见光光照照射射在在半半导导体体膜膜上上时时，电电子子被被激激发发进进入入导导带带而而留留下下空空穴穴(低低能能级级电电子子空空间间)。在在导导带带中中电电子子移移动动到到金金属属薄薄膜膜与与海海水水之之间间表表面面上上，水水即即被被还还原原产产生生H H2 2。同同时时，空空穴穴迁迁移移到到半半导导体体与与电电解解质质间间表表面面，来来自自FeFe2+2+电子填充空穴。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 生生物物体体分分解解水水不不需需要要电电和和高高温温，科科学学家家们们试试图图修修改改光光合合作作用用过过程程来来完完毕毕这这一一技技术术。小小规规模模试试验验已已成功。成功。第62页第62页第63页第63页氢能源21世纪清洁能源氢燃烧速率快，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.当前，已试验成功用氢作动力汽车，有望不久能投入当前，已试验成功用氢作动力汽车，有望不久能投入 实用实用 氢作为航天飞机燃料已经成为现实，有航天飞机氢作为航天飞机燃料已经成为现实，有航天飞机 液态氢储罐存有近液态氢储罐存有近 1 800 m 1 800 m3 3液态氢液态氢 氢能源研究面临三大问题：氢能源研究面临三大问题：氢气发生（减少生产成本）氢气发生（减少生产成本）氢气储存氢气储存 氢气输送（利用）氢气输送（利用）第64页第64页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 氢与其它元素形成二元化合物氢与其它元素形成二元化合物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 Lu Hf Ta W Ir Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At9-6-4 氢化物氢化物第65页第65页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)形成形成1.1.离子型离子型(类盐型类盐型)氢化物氢化物第66页第66页1.离子型离子型(类盐型类盐型)氢化物氢化物（1）纯为白色晶体，）纯为白色晶体，不纯为浅灰色至黑色不纯为浅灰色至黑色（2）含有离子化合物特性，）含有离子化合物特性，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 氢化物氢化物第67页第67页1.离子型离子型(类盐型类盐型)氢化物氢化物（1）纯为白色晶体，）纯为白色晶体，不纯为浅灰色至黑色不纯为浅灰色至黑色（2）含有离子化合物特性，）含有离子化合物特性，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+H2第68页第68页1.离子型离子型(类盐型类盐型)氢化物氢化物（1）纯为白色晶体，）纯为白色晶体，不纯为浅灰色至黑色不纯为浅灰色至黑色（2）含有离子化合物特性，）含有离子化合物特性，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）是极强还原剂）是极强还原剂 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 +4H2第69页第69页1.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氢气。遇水发生激烈反应并放出大量氢气。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氢化锂确是名不虚传“制造氢气工厂制造氢气工厂”。第二次。第二次世界大战期间，美国飞行员备有轻便氢气源世界大战期间，美国飞行员备有轻便氢气源氢化锂，作应急之用。氢化锂，作应急之用。第70页第70页（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）化学性质差别较大化学性质差别较大PH3、AsH3、SbH3气体毒性较大气体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)氢化物氢化物第71页第71页(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于金属晶格中氢以原子状态存在于金属晶格中氢价电子进入氢化物导带氢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)一些过渡金属和合金含有吸取和释放一些过渡金属和合金含有吸取和释放 氢气作用氢气作用一些过渡金属或过渡金属合金可做储氢材料一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微热微热为抱负储氢材料为抱负储氢材料3.3.金属型氢化物金属型氢化物第72页第72页结束结束 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结束结束第73页第73页第七节稀有气体第七节稀有气体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第74页第74页元素元素发觉年代发发 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 稀有气体发觉稀有气体发觉第75页第75页9-7-2 稀有气体存在、稀有气体存在、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一些天然气中氦也存在于一些天然气中氡为一些放射性元素蜕变产物氡为一些放射性元素蜕变产物第76页第76页氦原子为氦原子为2电子构型电子构型其它稀有气体原子为其它稀有气体原子为 稳定稳定8电子构型电子构型结构结构9-7-2 稀有气体存在、稀有气体存在、结构、性质和用途结构、性质和用途第77页第77页性质性质在普通条件下不具备化学活性在普通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，并随原子序数增长而递增并随原子序数增长而递增9-7-2 稀有气体存在、稀有气体存在、结构、性质和用途结构、性质和用途第78页第78页氦氦用途用途 是除氢以外最轻气体是除氢以外最轻气体,可用它可用它 取代氢气填充气球和汽艇取代氢气填充气球和汽艇 可利用氦和氧混合物制成可利用氦和氧混合物制成“人人 造空气造空气”供潜水员呼吸，以防得供潜水员呼吸，以防得 潜水病潜水病 可作超低温研究中制冷剂，可作超低温研究中制冷剂，还可作低温温度计填充气体还可作低温温度计填充气体 可用做电弧焊惰性保护气体可用做电弧焊惰性保护气体第79页第79页氖氖用途用途 能产生鲜艳红光，可用于能产生鲜艳红光，可用于 霓红灯、灯塔等照明工程霓红灯、灯塔等照明工程 氖也可作冷冻剂氖也可作冷冻剂 致冷温度为致冷温度为2540K第80页第80页 当电流通过充氩灯管时，当电流通过充氩灯管时，能产生蓝光，可用于霓红能产生蓝光，可用于霓红 灯、灯塔等照明工程灯、灯塔等照明工程氩氩用途用途 氩和氦混合气体可用于氩和氦混合气体可用于 充填灯泡充填灯泡惯用作保护气体惯用作保护气体第81页第81页氪氪用途用途制造特种光源、高效灯泡制造特种光源、高效灯泡其同位素在医学上用于测量其同位素在医学上用于测量脑血流量和研究肺功效、计脑血流量和研究肺功效、计算胰岛素分泌量等算胰岛素分泌量等第82页第82页制造特种光源制造特种光源氙氙用途用途用于充填光电管和闪光灯，用于充填光电管和闪光灯，有有“小太阳小太阳”之称之称其同位素在医学上用于测量其同位素在医学上用于测量脑血流量和研究肺功效、计脑血流量和研究肺功效、计算胰岛素分泌量等算胰岛素分泌量等第83页第83页用于用于恶性肿瘤恶性肿瘤放射性治疗放射性治疗氡氡用途用途第84页第84页 1962年，由英国化学家年，由英国化学家N.Bartlett合成了第一个稀有气体化合物合成了第一个稀有气体化合物Xe+PtF6-Xe+PtF6 Xe+PtF6-卤化物卤化物 XeF2、XeF4、XeCl2、KrF2 氧化物氧化物 XeO3、XeO4 氟氧化物氟氧化物 XeOF2、XeOF4 含氧酸盐含氧酸盐 M(I)HXeO4、M(I)4XeO6如如9-7-3 稀有气体化合物稀有气体化合物 至今已制成稀有气体化合物数百种至今已制成稀有气体化合物数百种第85页第85页 稀有气体化合物中稀有气体化合物中 简朴化合物甚少简朴化合物甚少大多数化合物制备大多数化合物制备 与氟化物相关，与氟化物相关，有化合物可看作是有化合物可看作是 氟化物衍生物氟化物衍生物9-7-3 稀有气体化合物稀有气体化合物第86页第86页XeF2、XeF4、XeF6性质性质(1)为稳定白色结晶状共价化合物为稳定白色结晶状共价化合物如如 2XeF2+2H2O 2Xe+4HF+O2(2)能与水反应能与水反应(3)是优良氟化剂是优良氟化剂如如