第八章氢和稀有气体ppt课件.ppt

第八章第八章 氢和稀有气体氢和稀有气体8 81 1 氢氢8 82.2.稀有气体稀有气体1.1.氢的自然界的分布氢的自然界的分布:（1 1）氢是宇宙中最丰富的元素）氢是宇宙中最丰富的元素 地壳三界（大气、水、岩石）地壳三界（大气、水、岩石）:以化合物形式存在以化合物形式存在,原子分比原子分比:17%.:17%.仅次于氧仅次于氧,排第二位排第二位.（整个宇宙充满了氢）（整个宇宙充满了氢）:是太阳大气的主要成份是太阳大气的主要成份:原子百分比原子百分比:81.75%:81.75%是木星大气的主要成份是木星大气的主要成份:原子百分比原子百分比:82%:82%（2 2）氢的同位素）氢的同位素 （氕（氕,H,H）:丰度最大丰度最大,原子百分比原子百分比:99.98%:99.98%（氘（氘,D,D）:丰度可变丰度可变.平均原子百分比平均原子百分比:0.016%:0.016%（氚（氚,T,T）:放射性同位素放射性同位素.在大气层在大气层,宇宙射线裂变产物中宇宙射线裂变产物中:10:102121个个H H含有有一个含有有一个3 31 1H.H.人造同位素人造同位素:可制可制:+三种同位素三种同位素,核外均核外均1e,1e,所以化学性质相似所以化学性质相似,但质量但质量1,2,31,2,3相差较大相差较大,所以导致了它们的单质所以导致了它们的单质,化合物物理性质上的差异化合物物理性质上的差异 .H H2 2.b.p:20.2 ,D.b.p:20.2 ,D2 2.b.p:23.3.b.p:23.3 2.2.氢的成键特征氢的成键特征:由于氢的电子结构由于氢的电子结构:1s:1s1 1.且电负性为且电负性为x=2.2,x=2.2,所所以它与其他元素的原子化合时以它与其他元素的原子化合时,有以下几种成键情况有以下几种成键情况:（1 1）形成离子键）形成离子键:KH,NaH,CaH:KH,NaH,CaH2 2.离子型氢化物离子型氢化物:H:H（2 2）形成共价键）形成共价键:a.a.形成非极性共价键形成非极性共价键 :如如H H2 2单质单质,表现表现0 0氧化态氧化态.b.b.形成极性共价键形成极性共价键:与非金属的元素的原子化合与非金属的元素的原子化合:HCl,HBr,H:HCl,HBr,H2 2O,O,等等,表现表现”+1+1”氧化态氧化态.（3 3）独特的键型）独特的键型 a.a.氢原子可以填充到许多过渡金属晶格的空隙中氢原子可以填充到许多过渡金属晶格的空隙中,形成一类非形成一类非整比化合物整比化合物,一般称之为金属氢化物一般称之为金属氢化物.例例:ZrH:ZrH1.751.75和和LaHLaH2.782.78 b.b.在硼氢化合物（如在硼氢化合物（如B B2 2H H6 6）和某些过渡金属配合物中均以）和某些过渡金属配合物中均以桥键存在桥键存在:B B：利用：利用spsp3 3杂化轨道，与氢形成三中心两电子键。杂化轨道，与氢形成三中心两电子键。（氢桥）（氢桥）记作：记作：要点：要点：B B的杂化方式，三中心两电子氢桥键。的杂化方式，三中心两电子氢桥键。B:2SB:2S2 22P2Px x1 12P2Py y0 02P2Pz z0 0 2S2S1 12P2Px x1 12P2Py y1 12P2Pz z0 0 氢键：在含有强极性键的共价氢化物中（例氢键：在含有强极性键的共价氢化物中（例H H2 2O O，HFHF，HClHCl，NHNH3 3中）由于氢原子与一个电负性很强的原子相结合，共用电子对中）由于氢原子与一个电负性很强的原子相结合，共用电子对强烈偏向电负性强的原子使氢变成近乎裸露的强烈偏向电负性强的原子使氢变成近乎裸露的H H+，可以与另一个，可以与另一个电负性高，有孤对电子的原子形成氢键。电负性高，有孤对电子的原子形成氢键。冰的空间构型冰的空间构型3.3.氢的性质和用途氢的性质和用途(1)(1)单质氢单质氢a.a.物理性质物理性质:H HH H：无色无臭气体。：无色无臭气体。273K273K时，时，1dm1dm3 3水溶解水溶解0.02dm0.02dm3 3H H2 2。分子量最小。分子间作用力弱，所以难分子量最小。分子间作用力弱，所以难 液化，液化，20K20K时才液化。时才液化。密度最小，密度最小，故常用来填充气球。故常用来填充气球。74pm74pmb.b.化学性质化学性质:H:HH D=436KJ/mol H D=436KJ/mol 比一般单键比一般单键 高，接近双键离解能。所以常温下惰高，接近双键离解能。所以常温下惰 性，但特殊条件下反应迅速进行。性，但特殊条件下反应迅速进行。i.i.与卤素反应：H H2 2 +F +F2 2 2HF 2HF （低温，暗处，爆炸，激烈）H H2 2 +Cl +Cl2 2 2HCl 2HCl （h h光照，点燃，才能反应）H H2 2 +Br +Br2 2 2HBr 2HBr （h h光照，点燃，才能反应）H H2 2 +I +I2 2 2HI 2HI (高温反应，且可逆）.与氧反应：与氧反应：2H2H2 2 +O +O2 2 2H2H2 2O O注：注：H H2 2在在O O2 2中安全燃烧生成中安全燃烧生成H H2 2O O，温度可达，温度可达 3273K3273K，故可切、焊金属。，故可切、焊金属。爆炸混合物：爆炸混合物：H H2 2 ：O O2 2 =2 =2：1 1（体积比）（体积比），或或H H2 2含量：含量：6 667%67%（氢气（氢气空气混合物）空气混合物）.与金属氧化物、卤化物反应与金属氧化物、卤化物反应制高纯金属制高纯金属 CuO +HCuO +H2 2 H H2 2O +Cu O +Cu （加热）（加热）FeFe3 3O O4 4 +4H +4H2 2 4H 4H2 2O +3FeO +3Fe（加热）（加热）WOWO3 3 +3H +3H2 2 3H 3H2 2O +W O +W （加热）（加热）TiClTiCl4 4 +2H +2H2 2 4HCl +Ti 4HCl +Ti （加热）（加热）.与与COCO、不饱和烃反应：、不饱和烃反应：CO +2HCO +2H2 2 CHCH3 3OHOH CH CH2 2=CH=CH2 2 +H +H2 2 CH CH3 3CHCH3 3 有机反应有机反应.与活泼金属反应：与活泼金属反应：高温下高温下 ：2Na +H2Na +H2 2 2Na H 2Na H 制离子型氢化物方法制离子型氢化物方法 Ca +HCa +H2 2 Ca H Ca H2 2结论：结论：H H2 2的化学性质以还原性为主要特征。的化学性质以还原性为主要特征。（2 2）.原子氢原子氢a.a.制备：制备：H H2 2 2 H 2 H （电弧或低压放电）（电弧或低压放电）H H仅存在半秒钟，又结合为仅存在半秒钟，又结合为H H2 2，放热。，放热。b.b.应用：原子氢焰：应用：原子氢焰：将原子氢流通向金属表面，则形成将原子氢流通向金属表面，则形成H H2 2时放时放 热，可达热，可达4273K4273K高温，用于焊接高熔点金属。高温，用于焊接高熔点金属。c.c.化学性质：强还原性化学性质：强还原性 .与与GeGe、SnSn、AsAs、SbSb、S S直接反应：直接反应：As +3H As +3H As HAs H3 3 S +2H S +2H H H2 2S S .还原金属氧化物和卤化物：还原金属氧化物和卤化物：CuClCuCl2 2 +2H +2H 2HCl +Cu2HCl +Cu.还原金属含氧酸盐：还原金属含氧酸盐：BaSOBaSO4 4 +8H +8H BaS +4HBaS +4H2 2O O 4.4.氢的制备：氢的制备：（1 1）实验室法：）实验室法：.Zn +2HCl .Zn +2HCl ZnClZnCl2 2 +H +H2 2 （FeFe）（H H2 2SOSO4 4）.用用PdPd、NiNi吸附吸附H H2 2 高纯高纯H H2 2 加热加热杂质除去：杂质除去：H H2 2S+NaOH=NaS+NaOH=Na2 2S+HS+H2 2O O 5AsH 5AsH3 3+8MnO+8MnO4 4-+-+24H24H+=5H=5H3 3AsOAsO4 4+8Mn+8Mn2+2+12H+12H2 2O O PH PH3 3+8CuSO+8CuSO4 4+4H+4H2 2O=HO=H3 3POPO4 4 +4H +4H2 2SOSO4 4+4Cu+4Cu2 2SO4SO4 3Cu 3Cu2 2SOSO4 4+2PH+2PH3 3=3H=3H2 2SOSO4 4+2Cu+2Cu3 3P P 3Cu 3Cu2 2SOSO4 4+2PH+2PH3 3+4H+4H2 2O=HO=H3 3POPO4 4 +4H +4H2 2SOSO4 4+8Cu+8Cu .电解法：电解法：25%25%的的KOHKOH或或NaOHNaOH电解液：电解液：阴极：阴极：2H2H2 2O+2e O+2e H H2 2+2OH+2OH 阳极：阳极：4OH4OH-4e -4e O O2 2+2 H+2 H2 2O O（2 2）工业制备法：）工业制备法：.氯碱工业制氯碱工业制H H2 2：电解饱和食盐水：电解饱和食盐水：阴极：阴极：2H2H2 2O+2e O+2e H H2 2+2OH+2OH 阳极：阳极：2Cl2Cl-2e Cl-2e Cl2 2 .C .C还原水蒸气：还原水蒸气：C C（赤热）（赤热）+H+H2 2O O（g g）H H2 2 +CO+CO（水煤气）直接做工业燃料，民用管道煤气。（水煤气）直接做工业燃料，民用管道煤气。纯化纯化 H H2 2：CO+HCO+H2 2+H+H2 2O O（g g）COCO2 2+2H+2H2 22 210106 6PaPa（20atm20atm），水洗去），水洗去COCO2 2 H H2 2（纯）（纯）.甲烷催化分解或水蒸气转化：甲烷催化分解或水蒸气转化：CHCH4 4 C +2H C +2H2 2 CH CH4 4 +H +H2 2O CO +3HO CO +3H2 2红热红热FeFe2 2O O3 3.烷烃脱烷烃脱H H2 2：C C2 2H H6 6（g g）CHCH2 2=CH=CH2 2 +H +H2 2（直接合成氨（直接合成氨)（3 3）野外生氢）野外生氢H H2 2：Si+2NaOHSi+2NaOH（aqaq）+H+H2 2O O 2H 2H2 2+Na+Na2 2SiOSiO3 3 Si Si（s s）+2NaOH+2NaOH（s s）+Ca+Ca（OHOH）2 2（s s）2H2H2 2 +Na+Na2 2SiOSiO3 3+Ca+Ca5.5.氢化物：氢化物：氢与其它元素形成的二元化合物叫氢化物。（周期表中除稀有氢与其它元素形成的二元化合物叫氢化物。（周期表中除稀有气体外，其它大多数元素均可与氢直接或间接形成氢化物）。气体外，其它大多数元素均可与氢直接或间接形成氢化物）。根据元素电负性不同，氢化物分三种类型：根据元素电负性不同，氢化物分三种类型：（1 1）离子型氢化物：）离子型氢化物：H H2 2与与AA、AA（除（除BeBe）生成的氢化物，）生成的氢化物，H H（SiSi、FeFe粉）粉）2M +H2M +H2 2 2MH2MH（M M：AA）NaClNaCl晶型晶型 M +HM +H2 2 MH MH2 2（M M：AA）金红石金红石 TiOTiO2 2晶型晶型a.a.物性：物性：具有离子型晶体的共性，熔沸点高，常温下白具有离子型晶体的共性，熔沸点高，常温下白色盐状晶体，熔化能导电，不溶于非水溶剂，可溶色盐状晶体，熔化能导电，不溶于非水溶剂，可溶于熔化的于熔化的NaClNaCl晶体中。晶体中。H H存在的证明：电解熔于存在的证明：电解熔于NaClNaCl的离子型氢化物的离子型氢化物溶液。溶液。阳极：阳极：2H2H H H2 2+2e+2e 阳极有氢气生成，证实含阳极有氢气生成，证实含H H 。b.b.化性：化性：.与水强烈反应生成与水强烈反应生成H H2 2：NaHNaH（s s）+H+H2 2O O 2H2H2 2+NaOH+NaOH （除去气体或溶剂中的微量水）（除去气体或溶剂中的微量水）.良好的还原剂：高温还原良好的还原剂：高温还原 TiClTiCl4 4 +4NaH 4NaCl +Ti +2H +4NaH 4NaCl +Ti +2H2 2 UO UO2 2 +CaH +CaH2 2 Ca Ca（OHOH）2 2 +U +U 2CO 2CO2 2 +BaH +BaH2 2（热）（热）BaBa（OHOH）2 2 +2CO +2CO .非水溶剂中，与缺电子化合物反应生成复合氢非水溶剂中，与缺电子化合物反应生成复合氢 化物化物.B B2 2H H6 6 +2LiH 2LiBH +2LiH 2LiBH4 4AlClAlCl3 3 +4LiH LiAlH +4LiH LiAlH4 4 +3LiCl +3LiCl LiAlH LiAlH4 4 +H +H2 2O=LiOH+AlO=LiOH+Al（OHOH）3 3+4H+4H2 2（野外生氢剂（野外生氢剂)(2)(2)金属型（过渡型）氢化物：金属型（过渡型）氢化物：CuCu、ZnZn、BBBB、BB：CrCr、族：族：PdPd、NiNi可与可与 H H2 2 生成稳定的松散氢化物生成稳定的松散氢化物.Pt:Pt:任任何何条条件件下下不不生生成成氢氢化化物物，但但铂铂或或镍镍在在表表面面与与H H2 2形形成成吸附氢化物，从而使吸附氢化物，从而使PtPt在加在加H H2 2催化中起很重要的作用。催化中起很重要的作用。a.a.组组 成成:整比：整比：PdHPdH、CrHCrH2 2、ZnHZnH2 2 非整比：非整比：LaHLaH2.872.87、VHVH0.560.56等等b.b.物物 性性:具有金属外观特征，有光泽，能导电。具有金属外观特征，有光泽，能导电。加热加热 H H原子逸出可得高纯原子逸出可得高纯H H2 2。（3 3）分子型氢化物：）分子型氢化物：P P区元素（除稀有气体、区元素（除稀有气体、InIn、TlTl）,在一定条件在一定条件下均与下均与H H2 2生成分子型氢化物。根据生成分子型氢化物。根据LewisLewis结构中的结构中的电子数或键数的差异，有三种形式。电子数或键数的差异，有三种形式。a.a.形式：形式：.缺电子氢化物：缺电子氢化物：B B2 2H H6 6：B B中心原子未满足中心原子未满足8e8e，有，有2 2个个3C3C2e2e键。键。.满电子氢化物：满电子氢化物：CHCH4 4及及同同族族氢氢化化物物，中中心心原原子子价价电电子子全全部部成成键键，无无剩剩余余非非键电子。键电子。.富电子氢化物：富电子氢化物：NHNH3 3、H H2 2O O、HFHF及及同同族族氢氢化化物物：中中心心原原子子成成键键后后有有剩剩余余的的孤对电子，未参与成键，其分子结构可用孤对电子，未参与成键，其分子结构可用VSEPRVSEPR规则推测。规则推测。b.b.物物性性：属属分分子子晶晶体体，具具有有分分子子型型氢氢化化物物的的共共性性,mp,mp、bpbp低低，常温下大多数为气体。气态、固态、熔化时不导电。常温下大多数为气体。气态、固态、熔化时不导电。c.c.化化性性：由由于于共共价价键键极极性性差差别别大大，化化性性复复杂杂：仅仅就就与与H H2 2O O反反应为例说明。应为例说明。.C.C、GeGe、SnSn、P P、SbSb、AsAs等氢化物等氢化物:不与不与H H2 2O O反应反应.与与H H2 2O O反应的氢化物情况各不相同反应的氢化物情况各不相同.硅氢化物与硅氢化物与H H2 2O O反应生成反应生成H H2 2 SiH SiH4 4 +4H +4H2 2O =4HO =4H2 2+H+H4 4SiOSiO4 4NHNH3 3与与H H2 2O O加合并电离：加合并电离：NHNH3 3+H+H2 2ONHONH3 3.H.H2 2O NHO NH4 4+OH+OHH H2 2S S、H H2 2SeSe、H H2 2TeTe、HFHF在水中溶解并弱酸式电离在水中溶解并弱酸式电离:H H2 2S=HS=H+HS+HS HS HS=H=H+S+S2 2HClHCl、HBrHBr、HIHI在水中溶解并强酸式电离在水中溶解并强酸式电离 HX=HHX=H+X+X （X X=Cl=Cl、BrBr、I I）.这这些些氢氢化化物物具具有有还还原原性性，同同族族从从上上到到下下还还原原性性增增强强，酸酸性性增强。增强。6.6.氢能源：氢能源：1Kg H1Kg H2 2完全燃烧放热完全燃烧放热120918KJ120918KJ，故是高能燃，故是高能燃料，无污染、环保型燃料。目前有关氢能源研料，无污染、环保型燃料。目前有关氢能源研究，存在着三大课题：发生、储存、利用。究，存在着三大课题：发生、储存、利用。（1 1）发生：）发生：从能量的观点看，利用太阳能光解海水最适从能量的观点看，利用太阳能光解海水最适宜。目前的研究均以过渡金属配合物为催化剂，宜。目前的研究均以过渡金属配合物为催化剂，光解海水远未达到生产规模。光解海水远未达到生产规模。（2)2)储存：储存：因密度小，不安全，装运难度大因密度小，不安全，装运难度大.目前使用高目前使用高压容器储存。使用不便，有危险。很多人正在从压容器储存。使用不便，有危险。很多人正在从事金属氢化物的可逆储氢研究。事金属氢化物的可逆储氢研究。但但PdPd、U U均为贵金属，不经济，也有人正在均为贵金属，不经济，也有人正在从事多组分金属合金氢化物的研究从事多组分金属合金氢化物的研究 LaNiLaNi5 5 +3 H+3 H2 2 LaNi LaNi5 5H H6 6(2-(2-3)3)X10X105 5PaPa微热微热 LaNiLaNi5 5合成方便，价格低，稳定，储氢量大，很合成方便，价格低，稳定，储氢量大，很有发展前途。有发展前途。180-200180-200mlHmlH2 2/g./g.氢动力汽车氢动力汽车.ppt.ppt对于使用氢能源最近也有一些反面的看法对于使用氢能源最近也有一些反面的看法清洁能源未必清洁美国学者提出氢能源可能损伤臭氧层清洁能源未必清洁美国学者提出氢能源可能损伤臭氧层 发表在发表在20042004年年6 6月月1313日美国日美国科学科学杂志上杂志上的一篇论文却提出异议：氢燃料的大力推广和使用，的一篇论文却提出异议：氢燃料的大力推广和使用，会加大对可有效防止地球遭受紫外线辐射的臭氧层的会加大对可有效防止地球遭受紫外线辐射的臭氧层的损害。损害。文中表示：这一论断并不能防止氢燃料电池的发文中表示：这一论断并不能防止氢燃料电池的发展，但当人们考虑到可能需要采取某些措施以防止氢展，但当人们考虑到可能需要采取某些措施以防止氢燃料燃烧带来的环境恶化时，会对这一观点予以重燃料燃烧带来的环境恶化时，会对这一观点予以重视。视。与燃烧后产生大量污染空气的温室气体的与燃烧后产生大量污染空气的温室气体的矿物燃料不同，氢燃料电池在释放能量后产生矿物燃料不同，氢燃料电池在释放能量后产生的仅仅是水，因此氢燃料一直被看做是发展前的仅仅是水，因此氢燃料一直被看做是发展前景绝佳的清洁能源。美国将发展氢能源作为优先景绝佳的清洁能源。美国将发展氢能源作为优先考虑的高等能源，美国国会计划在氢能源研究方考虑的高等能源，美国国会计划在氢能源研究方面再投入几十亿美元的专款。面再投入几十亿美元的专款。但是在这篇论文里，来自加利福尼亚科技但是在这篇论文里，来自加利福尼亚科技学院的研究者们提出了这样一种可能性：即氢学院的研究者们提出了这样一种可能性：即氢能源并非自始至终都无碍于环境。能源并非自始至终都无碍于环境。如果氢燃料完全取代了矿物燃料，如果氢燃料完全取代了矿物燃料，10102020的的氢可能会在车辆或发电站的输送管道、贮藏设备、处氢可能会在车辆或发电站的输送管道、贮藏设备、处理设备和燃料电池中泄漏。氢分子重量轻，极易向天理设备和燃料电池中泄漏。氢分子重量轻，极易向天空扩散，大量使用氢燃料后，在使用过程中释放出的空扩散，大量使用氢燃料后，在使用过程中释放出的氢分子与自然环境中的氢分子加在一起，数量将是原氢分子与自然环境中的氢分子加在一起，数量将是原来的来的3 3倍。它们升到平流层后会被氧化形成水。这将倍。它们升到平流层后会被氧化形成水。这将降低平流层的温度并干扰臭氧层的化学物质，令北极降低平流层的温度并干扰臭氧层的化学物质，令北极与南极上空的臭氧层空洞增大，损害面积甚至将达与南极上空的臭氧层空洞增大，损害面积甚至将达8 8。15Km15Km50Km50KmO O3 3大气层大气层UVUV射线射线 臭氧层的作用毋庸置疑，它可以阻挡来自太阳臭氧层的作用毋庸置疑，它可以阻挡来自太阳的紫外线照射，人类接受紫外线照射时间过长会的紫外线照射，人类接受紫外线照射时间过长会患上皮肤癌、白内障等疾病。患上皮肤癌、白内障等疾病。加利福尼亚理工学院的研究员们认为，在限制加利福尼亚理工学院的研究员们认为，在限制使用含氯氟烃的国际条约的制约和保护下，臭氧使用含氯氟烃的国际条约的制约和保护下，臭氧层损耗可得到控制。但一旦平流层的氢浓度迅速层损耗可得到控制。但一旦平流层的氢浓度迅速增加，臭氧层的恢复进度将大为延误增加，臭氧层的恢复进度将大为延误 德国科学家警告氢能源会破坏臭氧层德国科学家警告氢能源会破坏臭氧层 德国科学家对八国集团和欧盟有关加快开发氢德国科学家对八国集团和欧盟有关加快开发氢能源技术的策略提出了批评。德国化学家协会成能源技术的策略提出了批评。德国化学家协会成员于尔根员于尔根梅茨格说，未来能源全面转向氢能源可梅茨格说，未来能源全面转向氢能源可能会带来负面效应。能会带来负面效应。8 82.2.稀有气体稀有气体历史的回顾：历史的回顾：稀有气体位于周期表的零族：稀有气体位于周期表的零族：HeHe、NeNe、ArAr、KrKr、XeXe、RnRn（放射）。（放射）。1894190018941900年间被陆续发现。年间被陆续发现。英国物理学家莱姆塞（英国物理学家莱姆塞（RamsayRamsay）18941894年年:“第三位小数的胜利第三位小数的胜利”空气分馏氮：空气分馏氮：1.2572 1.2572 g g L L-1-1 化学法制备氮：化学法制备氮：1.25051.2505g g L L-1-1ArAr（不活泼）（不活泼）18951895年年，他他们们又又发发现现了了HeHe（本本来来人人们们认认为为它它只只存存在在于太阳中的元素），于太阳中的元素），18981898年又陆续从空气中分离出年又陆续从空气中分离出NeNe、KrKr、XeXe。19001900年年在在某某些些放放射射性性矿矿物物中中发发现现了了RnRn。至至此此0 0族族元元素全部发现。素全部发现。由于惰性被命名为由于惰性被命名为“惰性气体惰性气体”。19041904年年由由于于RamsayRamsay小小组组发发现现了了稀稀有有气气体体并并确确定定了了他他们们在周期表中的位置，获得了诺贝尔化学奖。在周期表中的位置，获得了诺贝尔化学奖。2.2.通性和用途及在自然界分布：通性和用途及在自然界分布：(1)(1)通性通性 a.a.稀有气体单原子分子稀有气体单原子分子 价层电子结构价层电子结构1 1s s2 2，nsns2 2npnp6 6稳定结构；稳定结构；电子亲合能接近零，电离能很高，一般情况下稳定；电子亲合能接近零，电离能很高，一般情况下稳定；由于以单原子状态存在，故原子间仅存在微弱由于以单原子状态存在，故原子间仅存在微弱的范德华力，故蒸发热小，在水中溶解度小。的范德华力，故蒸发热小，在水中溶解度小。b.Heb.He是所有气体中最难液化的，是所有气体中最难液化的，Tc=5.5K.Tc=5.5K.c.He c.He在在2.2K2.2K以下具有超导性，以下具有超导性，HeHe不能在常压下不能在常压下固化。固化。（2 2）用途）用途 a.a.He He 气不燃烧，比气不燃烧，比H H2 2密度小，故可用它代替密度小，故可用它代替H H2 2 充填气球。充填气球。HeHe的的bpbp在已知化合物中最低，常用于超低温技术。在已知化合物中最低，常用于超低温技术。HeHe在在水水中中溶溶解解度度比比N N2 2小小，故故可可用用做做“氦氦空空气气（He79%He79%、O O2 221%21%）代替空气供潜水员水下呼吸，防）代替空气供潜水员水下呼吸，防“气塞病气塞病”。HeHe还可还可 制做制做HeNeHeNe激光器。激光器。b.b.Ne Ne：在电场作用下产生美丽的红光，故用于：在电场作用下产生美丽的红光，故用于 制造氖灯制造氖灯 c.c.Ar Ar 在在空空气气中中含含量量最最高高，热热传传导导系系数数小小和和惰惰性性，被被广广泛泛用用于于充充填填电电灯灯泡泡，通通常常可可用用作作保保护护气气体体，防防止止某某些些物物质质被被空气氧化。空气氧化。d.Krd.Kr和和XeXe：热传导系数比：热传导系数比ArAr还小，也可填充灯泡。还小，也可填充灯泡。XeXe在电在电场激发下发出强烈白光，用于制造高压长弧氙灯，有场激发下发出强烈白光，用于制造高压长弧氙灯，有“人人造小太阳造小太阳”之称。之称。KrKr和和XeXe的同位素在医学上被用来测量脑血流量和脑功能，的同位素在医学上被用来测量脑血流量和脑功能，计算胰岛素分泌量等。计算胰岛素分泌量等。稀有气体的物理性质稀有气体的物理性质 HeHe NeNeArArKrKrXeXeRnRn 第一电离能第一电离能 大大小小 mp.bp.mp.bp.小小大大 水中溶解度水中溶解度 小小大大 气体密度气体密度 小小大大（3 3）在自然界的分布：）在自然界的分布：存在于接近地球表面的空气中，存在于接近地球表面的空气中，1000 dm1000 dm3 3空气中：空气中：9.3dm9.3dm3 3ArAr，18cm18cm3 3NeNe，5 cm5 cm3 3HeHe，1 cm1 cm3 3KrKr，0.8 cm0.8 cm3 3XeXe。液化空气分馏可提取稀有气体。液化空气分馏可提取稀有气体。RnRn是是RaRa放射性蜕变的产物放射性蜕变的产物,本身也具有放射本身也具有放射 性，故吸入收体内危险。性，故吸入收体内危险。2262268888Ra-Ra-2222228686Rn-Rn-2182188484Po Po（钋的同位素）（钋的同位素）现有研究表明：现有研究表明：RnRn是导致肺癌的重要原因之一（除吸烟外），目是导致肺癌的重要原因之一（除吸烟外），目前全球肺癌发病率每年增长前全球肺癌发病率每年增长20%20%以上，所以以上，所以RnRn污染的问题应引污染的问题应引起足够的重视。起足够的重视。Rn1.pptRn1.ppt 3.3.化合物：化合物：第一个化合物第一个化合物:XePtFXePtF6 6 (红色晶体红色晶体,BattlettBattlett，加拿大化学家，加拿大化学家19621962年发现年发现.).)思路：已合成思路：已合成 O O2 2PtFPtF6 6 自自从从19621962年年BattlettBattlett发发现现了了XePtFXePtF6 6 之之后后，明明斯斯特特大大学学鲁鲁道道夫夫研研究究小小组组也也有有新新发发现现。之之后后人人们们又又发发现现了了几几种种新新的的氙氙的的化化合合物物（XeFXeF2 2、XeFXeF4 4、XeFXeF6 6）和和许许多多氙氙的的络络合合氟氟化化物物、氙氙的的含含氧氧化化合合物物、氧氧化化物物（XeOXeO3 3、XeOXeO4 4），还还有有含含氧酸盐：氧酸盐：NaNa2 2XeOXeO4 48H8H2 2O O。迄迄今今为为止止，在在稀稀有有气气体体中中主主要要研研究究以以XeXe为为主主的的含氟含氧化合物。含氟含氧化合物。明斯特大学明斯特大学.ppt.ppt (1)(1)氙的氟化物的合成和性质：氙的氟化物的合成和性质：a.a.合成：合成：在镍制容器中直接合成在镍制容器中直接合成 （）Xe +FXe +F2 2 Xe F Xe F2 2（g g），673K,1.03X10673K,1.03X105 5pa,Kpa,K1 1=8.7910=8.79104 4（）Xe +2FXe +2F2 2 Xe F Xe F4 4（g)g)（Xe Xe：F F2 2=1=1：5 5），），873K,6.19X10873K,6.19X105 5pa,Kpa,K2 2=1.0710=1.07108 8（）Xe+3FXe+3F2 2 Xe F Xe F6 6（g g）（Xe Xe：F F2 2=1=1：2020），），573K,6.19X10573K,6.19X105 5pa Kpa K3 3=1.0110=1.01108 8（）WindowillWindowill合合成成：Xe Xe 和和F F2 2放放入入绝绝对对干干燥燥的的玻玻璃璃管管中中日日光照射。光照射。F F2 2 2F2F，Xe +2F Xe +2F Xe F Xe F2 2 缓慢生成美丽的缓慢生成美丽的Xe FXe F2 2晶体。晶体。b.b.氟化物的性质：氟化物的性质：（）都是强氧化剂）都是强氧化剂 Xe Xe F F2 2 +2I2I Xe Xe +I I2 2 +2F2F XeF XeF2 2 +H +H2 2 Xe +2HF Xe +2HF Xe F Xe F4 4 +2H +2H2 2 Xe +4HF Xe +4HF XeF XeF4 4 +4H +4Hg g Xe +2Hg Xe +2Hg2 2F F2 2 XeFXeF4 4(s)(s)+Pt(s)Pt(s)Xe(g)Xe(g)+PtFPtF4 4(s)(s)（）都与水反应）都与水反应:XeF XeF2 2 +H+H2 2O O Xe +2HF +1/2 O Xe +2HF +1/2 O2 2 (在稀酸中缓慢在稀酸中缓慢,在稀碱中快速放出在稀碱中快速放出Xe)Xe)Xe F Xe F4 4与水歧化与水歧化:6XeF 6XeF4 4+12H+12H2 2O 4Xe +24HF+3OO 4Xe +24HF+3O2 2+2XeO+2XeO3 3 Xe F Xe F6 6与水猛烈反应与水猛烈反应:不完全水解不完全水解:XeF XeF6 6 +H+H2 2O XeOFO XeOF4 4 +2HF +2HF 完全水解完全水解:XeF:XeF6 6 +3H+3H2 2O XeOO XeO3 3 +6HF +6HF（）均为优良的氟化试剂）均为优良的氟化试剂 XeFXeF6 6 +3C+3C6 6H H6 6 3C 3C6 6H H5 5F +3HF +XeF +3HF +Xe XeF XeF2 2 +IF+IF5 5 Xe +IF Xe +IF7 7 XeF XeF4 4+2CF+2CF3 3CF=CFCF=CF5 5 Xe +2CF Xe +2CF3 3CFCF2 2CFCF3 3 XeF XeF4 4 +2SF+2SF4 4 Xe +2SF Xe +2SF6 6 2XeF 2XeF6 6 +SiO+SiO2 2 2XeOF 2XeOF4 4 +SiF +SiF4 4 (盛氙化物的容器不能是石英器皿盛氙化物的容器不能是石英器皿)(2)Xe(2)Xe的含氧化合物的含氧化合物:XeOXeO3 3,XeO,XeO4 4及氙酸盐与高氙酸盐及氙酸盐与高氙酸盐a.a.制备：制备：XeOFXeOF4 4 XeFXeF4 4（XeFXeF6 6）XeOXeO3 3 XeOXeO6 64-4-XeOXeO4 4HXeOHXeO4 4-H H+XeOFXeOF6 6 OH-OH-OH-OH-H H2 2O OO O3 3C,HC,H2 2SOSO4 4反应式：反应式：2XeF2XeF6 6 +XeO+XeO3 3 3XeOF 3XeOF4 4 XeOF XeOF4 4+XeO+XeO3 3 2XeO 2XeO2 2F F2 2 XeO XeO3 3 +OH +OH HXeO HXeO4 4 2HXeO2HXeO4 4+2OH+2OH XeO XeO6 64 4+Xe+2O+Xe+2O2 2+2H+2H2 2O O 氙酸盐氙酸盐 高氙酸盐高氙酸盐 H H2 2XeOXeO6 62 2 +H +H+HXeO HXeO4 4+1/2 O+1/2 O2 2+H+H2 2O O XeO XeO3 3 +O+O3 3 +4OH +4OHXeOXeO6 64 4+O+O2 2+2H+2H2 2O O H H4 4XeOXeO6 6 XeO XeO4 4 +2H +2H2 2O O浓浓H H2 2SOSO4 4PH 10.5PH 10.5 b.b.性质：性质：.XeOXeO3 3：白白色色，易易潮潮解解，易易爆爆炸炸固固体体，易易溶溶于于水水，浓浓度度高高达达4mol/dm4mol/dm3 3，水溶液不导电，表明，水溶液不导电，表明XeOXeO3 3以分子状态存在。以分子状态存在。.强氧化性：强氧化性：6 6HCl +XeOHCl +XeO3 3 ClCl2 2 +Xe +3H +Xe +3H2 2O O 5XeO5XeO3 3+6Mn+6Mn2+2+9H+9H2 2O 5Xe +6MnOO 5Xe +6MnO4 4+18H+18H+2 2XeOXeO3 3+2Ba(OH)+2Ba(OH)2 2 BaBa2 2XeOXeO6 6+Xe+O+Xe+O2 2 +2H +2H2 2O O 高氙酸钡沉淀高氙酸钡沉淀XeOXeO3 3+M(OH)+M(OH)2 2M M2 2XeOXeO6 6 (Na(Na4 4XeOXeO6 68H8H2 2O)O)MOH M MOH M4 4XeOXeO6 6 (Na(Na4 4XeOXeO6 66H6H2 2O)O)(K(K4 4XeOXeO6 69H9H2 2O)O)(K(K4 4XeOXeO6 62H2H2 2O)O)3.3.稀有气体化合物的结构：稀有气体化合物的结构：对对稀稀有有气气体体化化合合物物的的结结构构,前前面面不不同同的的理理论论解解释释互互相相间间存存在在一一定定的的矛矛盾盾，因因而而稀稀有有气气体体化化合合物物的的结结构构目目前前还还未未完完全全解解决决。但但各各种种方方法法对对简简单单的的化化合合物物处处理理结结果果是是基基本本一致的一致的.（1 1）杂化轨道法：）杂化轨道法：稀有气体为稀有气体为8e8e结构，不易失得电子，不易形成共结构，不易失得电子，不易形成共价键，但它当与电负性大的原子作用时，有可能使价键，但它当与电负性大的原子作用时，有可能使npnp电子激发到电子激发到ndnd轨道，出现单电子而成键。轨道，出现单电子而成键。SPSP3 3d d杂化杂化XeFXeF2 2:5s:5s:5p:5p:5d:5d:3 3个孤对电子，直线型个孤对电子，直线型SPSP3 3d d2 2杂化杂化XeFXeF4 4:5s:5s:5p:5p:5d:5d:2 2个孤对电子平面个孤对电子平面正方形正方形SPSP3 3d d3 3杂化杂化XeFXeF6 6:5s:5s:5p:5p:5d:5d:1 1个孤对电子，变形八面体：个孤对电子，变形八面体：6 6个个F F指向八面体的指向八面体的6 6个个顶点，一个孤电子对指向一个棱边的中点或一个面顶点，一个孤电子对指向一个棱边的中点或一个面的中心。的中心。（2 2）价层电子对互斥理论（价层电子对互斥理论（VSEPRVSEPR法）：法）：价价层层电电子子对对 成成键键电电子子对对数数 孤孤对对电电子子对对数数 电电子子对对构型构型 分子构型分子构型 XeFXeF2 2 10102=5 2=5 2 2 3 3 三角双锥三角双锥 直线型直线型XeFXeF4 4 (8(84)4)2=6 4 22=6 4 2 正正八面体八面体 平面正方形平面正方形XeFXeF6 6 (8(8 6)6)2=7 2=7 6 6 1 1 变形八面体变形八面体