第十三章 氢和稀有气体精选文档.ppt

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1、第十三章 氢和稀有气体本讲稿第一页，共二十五页13-1-1 13-1-1 氢的存在和物理性质氢的存在和物理性质同位素同位素1 11 1H(H(氕氕)1 12 2D(D(氘氘)1 13 3T(T(氚氚)相对原子质量相对原子质量amuamu1.0078251.0078252.014102 2.014102 3.01605 3.01605 自然界中含量自然界中含量99.9844%99.9844%0.0156%0.0156%不稳定不稳定 单质氢是无色无嗅的气体单质氢是无色无嗅的气体,沸点沸点20.28K,20.28K,在标在标况下的密度况下的密度0.08987kg0.08987kgL L-1-1,是所

2、有气体中密度是所有气体中密度最低的最低的.将氢气深度冷冻并加压可转变成液体将氢气深度冷冻并加压可转变成液体,在在13.84K13.84K时时 转变为透明固体转变为透明固体.氢可被某些金属氢可被某些金属(如钯、铂如钯、铂)吸附吸附,如室温时如室温时,一一体积细钯粉大约吸收体积细钯粉大约吸收900900体积的氢气体积的氢气.被吸附后的被吸附后的氢气有很强的化学活泼性氢气有很强的化学活泼性.氢有三种同位素氢有三种同位素:本讲稿第二页，共二十五页问题问题13-1.1:13-1.1:氢有哪几种同位素氢有哪几种同位素?其性质和用其性质和用途有何不同途有何不同?(?(C C级掌握级掌握)答案答案13-1.2

3、:13-1.2:什么是正氢和仲氢什么是正氢和仲氢?性质有何区性质有何区别别?(?(C C级了解级了解)答案答案本讲稿第三页，共二十五页解解:氢有三种同位素氢有三种同位素,分别是普通氢或氕分别是普通氢或氕(1 11 1H H或或H),H),重氢或氘重氢或氘(1 12 2H H或或D)D)和氚和氚(1 13 3H H或或T).T).它们的化学它们的化学性质相同性质相同,但由于所含中子数不同但由于所含中子数不同,从而引起的从而引起的物理性质如放射性等方面的性质是不同的物理性质如放射性等方面的性质是不同的.如如H H2 2的沸点为的沸点为20.4K,20.4K,熔点为熔点为14.0K,14.0K,而而

4、D D2 2的沸点为的沸点为23.5K,23.5K,熔点为熔点为18.65K.18.65K.另外它们的用途也不同另外它们的用途也不同.氘与原子反应堆中的重水有关氘与原子反应堆中的重水有关,并广泛应用于并广泛应用于反应机理的研究和光谱分析反应机理的研究和光谱分析.氚与核聚变反应氚与核聚变反应有关有关,也可用做示踪原子也可用做示踪原子.本讲稿第四页，共二十五页解解:在双原子氢分子内在双原子氢分子内,两个氢原子核自旋两个氢原子核自旋方向相同的叫正氢方向相同的叫正氢,两核自旋相反的叫仲氢两核自旋相反的叫仲氢.在低温时在低温时,仲氢比例较高仲氢比例较高.正氢和仲氢的化正氢和仲氢的化学性质相同学性质相同,

5、但物理性质如熔点但物理性质如熔点,沸点则稍沸点则稍有差异有差异.本讲稿第五页，共二十五页一一:氢的化学性质氢的化学性质 13-1.3:13-1.3:总结氢的几种成键情况总结氢的几种成键情况,并各举一并各举一例说明例说明(C C级掌握级掌握)答案答案13-1.4:13-1.4:归纳总结归纳总结H H2 2的主要化学性质的主要化学性质(C C级掌级掌握握)答案答案13-1-2 13-1-2 氢的化学性质和氢化物氢的化学性质和氢化物本讲稿第六页，共二十五页解解:主要有三种成键方式主要有三种成键方式:(1)(1)氢原子失去氢原子失去1 1个电子成为个电子成为H H+(质子质子).).如酸如酸在水中的解

6、离反应在水中的解离反应.(2)(2)氢原子得到氢原子得到1 1个电子成为个电子成为H-.H-.主要存在于主要存在于氢和氢和A,AA,A的金属所形成的离子型氢化物的金属所形成的离子型氢化物的晶体中的晶体中.如如MgHMgH2 2,LiH,LiH等等(3)(3)氢与其他电负性不大的非金属原子通氢与其他电负性不大的非金属原子通过共用电子对形成共价型氢化物过共用电子对形成共价型氢化物.如如CHCH4 4,H,H2 2O O等等.本讲稿第七页，共二十五页解解:H:H2 2的主要化学性质有的主要化学性质有:(1)(1)氢的可燃性氢的可燃性 H H2 2(g)+1/2O(g)+1/2O2 2(g)=H(g)

7、=H2 2O(l)O(l)HH=-286.5kJ/mol=-286.5kJ/mol(2)(2)氢的还原性氢的还原性氢可以和许多金属氧化物氢可以和许多金属氧化物,卤化物等在加热的卤化物等在加热的情况下相互发生反应情况下相互发生反应,显示氢的还原性显示氢的还原性 PdCl PdCl2 2(aq)+H(aq)+H2 2=Pd(s)+2HCl(aq)=Pd(s)+2HCl(aq)(3)(3)氢的氧化性氢的氧化性 氢可以和氢可以和AA族族AA族族(除除BeBe，Mg)Mg)活泼金属相互活泼金属相互反应，生成离子型氢化物。反应，生成离子型氢化物。H H2 2+2Li=2LiH +2Li=2LiH 本讲稿第

8、八页，共二十五页(4)(4)加合反应加合反应2H2H2 2+CO=CH+CO=CH3 3OHOH CHCH+H CHCH+H2 2=CH=CH2 2=CH=CH2 2(5)(5)氢与某些金属生成金属型氢化物氢与某些金属生成金属型氢化物 氢气可以与某些金属反应生成一类外观似氢气可以与某些金属反应生成一类外观似金属的金属型氢化物，在这类氢化物中氢金属的金属型氢化物，在这类氢化物中氢与金属的比值有的是整数比，有的是非整与金属的比值有的是整数比，有的是非整数比的。数比的。本讲稿第九页，共二十五页 氢与其它元素形成的二元化合物称氢与其它元素形成的二元化合物称为氢化物为氢化物.根据与氢化合的元素电负根据与

9、氢化合的元素电负性不同性不同,生成的氢化物可划分为如下生成的氢化物可划分为如下三种类型三种类型:离子型离子型:A:A和和AA的氢化物的氢化物;金属型金属型(过渡型过渡型):B):B到到BB的氢化物的氢化物;分子型分子型:A:A到到AA的氢化物的氢化物二二:氢的氢化物氢的氢化物 本讲稿第十页，共二十五页13-1.5:13-1.5:总结三种类型氢化物的性质特点总结三种类型氢化物的性质特点(C C级了解级了解)问题问题解解:离子型氢化物一般稳定性较差离子型氢化物一般稳定性较差,在熔在熔融温度以前分解为单质融温度以前分解为单质(除除LiHLiH、BaHBaH2 2外外),),遇水分解成金属氢氧化物和氢

10、气遇水分解成金属氢氧化物和氢气.均属均属强还原剂强还原剂,在高温下可以还原金属氯化物、在高温下可以还原金属氯化物、氧化物及含氧酸盐氧化物及含氧酸盐.本讲稿第十一页，共二十五页 分子型氢化物属于分子晶体分子型氢化物属于分子晶体,具有低熔沸点具有低熔沸点.有的可与水反应有的可与水反应,而有的而有的 解离显酸性或碱性解离显酸性或碱性.金属型氢化物有金属光泽金属型氢化物有金属光泽,密度比相应的金属要密度比相应的金属要小小.从化学性质上从化学性质上,铍、镁、镧系金属、锕系金属铍、镁、镧系金属、锕系金属等的氢化物多类似于离子型氢化物等的氢化物多类似于离子型氢化物;而而InIn、TlTl、铜族、锌族金属的氢

11、化物则多类似于共价型氢化铜族、锌族金属的氢化物则多类似于共价型氢化物物,从而这类氢化物也称为过渡型氢化物从而这类氢化物也称为过渡型氢化物.本讲稿第十二页，共二十五页性性质质HeNeArKrXeRn原子序数原子序数21018365486原子量原子量4.0020.1839.9583.80131.3222.0价电子结构价电子结构1s22s22p63s23p64s24p65s25p66s26p6范氏半径范氏半径(pm)122160191198-第第I电离势电离势(kJ/mol)237220811521135111701037第第II电离势电离势(kJ/mol)52503952266623502046-

12、1.1.稀有气体元素的基本性质见下表。稀有气体元素的基本性质见下表。13-2-2 13-2-2 存在存在,分离分离,性质性质,制备和用途制备和用途一一:稀有气体的性质稀有气体的性质 本讲稿第十三页，共二十五页13-2.1:13-2.1:为什么稀有气体元素的电离势随为什么稀有气体元素的电离势随原子序数的增大而依次减小原子序数的增大而依次减小?(?(C C级掌握级掌握)问题问题解解:因随原子序数的增大其原子半径也因随原子序数的增大其原子半径也依次增大依次增大,最外层电子离核就越远最外层电子离核就越远,核对核对其吸引力越弱其吸引力越弱,则电子越易失去则电子越易失去,所以电所以电离势就依次减小离势就依

13、次减小.本讲稿第十四页，共二十五页性性质质HeNeArKrXeRn颜颜色色无色无色无色无色无色无色无色无色无色无色无色无色光谱颜色光谱颜色(放电管中放电管中)黄黄红红蓝蓝淡蓝淡蓝蓝绿蓝绿-气体密度气体密度(g/L)0.17850.90021.78093.7085.8519.73熔熔点点(K)0.95*24.584.0116.6161.2202.2沸沸点点(K)4.2527.387.5120.3166.1208.2溶解度溶解度(mol/L,293K)13.814.737.973110.9-临界温度临界温度(K)5.2544.45153.15210.65289.75377.65气化热气化热(kJ/

14、mol)0.091.86.39.713.718.02.2.稀有气体的物理性质稀有气体的物理性质*:*:在在2.6MPa2.6MPa下下 本讲稿第十五页，共二十五页13-2.2:13-2.2:为什么稀有气体的单质是由单原子而非双为什么稀有气体的单质是由单原子而非双原子组成原子组成?单质的熔沸点单质的熔沸点,溶解度以及气化热均随溶解度以及气化热均随分子量的增大而增加分子量的增大而增加?(?(C C级掌握级掌握)答案答案13-2.3:13-2.3:为什么稀有气体单质的熔沸点比一般为什么稀有气体单质的熔沸点比一般共价化合物的都低共价化合物的都低?(?(B B级掌握级掌握)答案答案问题问题本讲稿第十六页

15、，共二十五页解解:因稀有气体元素基态原子价电子层除氦为因稀有气体元素基态原子价电子层除氦为2 2个电子外个电子外,其余均为其余均为8 8电子构型电子构型,它们的价电子层它们的价电子层均已达饱和均已达饱和,是稳定电子构型是稳定电子构型,不能与另一个原不能与另一个原子形成共价键子形成共价键,因此以单原子组成其单质因此以单原子组成其单质.它们它们的单质均为非极性共价分子的单质均为非极性共价分子,随着原子序数的增随着原子序数的增加加,其分子半径增大其分子半径增大,分子的变形性就增大分子的变形性就增大,色散色散力也就增大力也就增大,即分子间作用力增大即分子间作用力增大,则分子的熔则分子的熔沸点沸点,溶解

16、度以及气化热也就随之而增加溶解度以及气化热也就随之而增加.本讲稿第十七页，共二十五页解解:因稀有气体分子是球形对称的单原子因稀有气体分子是球形对称的单原子非极性分子非极性分子,与一般共价分子相比与一般共价分子相比,其分子其分子体积较小体积较小,变形性也小变形性也小,导致其分子间作用导致其分子间作用力即色散力很弱力即色散力很弱,所以单质的熔沸点就比所以单质的熔沸点就比一般共价化合物的都低一般共价化合物的都低.如氦的沸点如氦的沸点(4.25K)(4.25K)是已知物质中最低的是已知物质中最低的.本讲稿第十八页，共二十五页三三:稀有气体的制备稀有气体的制备(自学自学)四四:稀有气体的用途稀有气体的用

17、途(自学自学)13-2.4:13-2.4:首次合成出的稀有气体化合物是什么首次合成出的稀有气体化合物是什么?其结构如何其结构如何?解解:是是XeXe+PtFPtF6 6-.它是一种橙黄色固体它是一种橙黄色固体,为配合物为配合物.Xe.Xe+与与PtFPtF6 6-以离子键相结合以离子键相结合,而而PtFPtF6 6-为正八面为正八面体构型的离子体构型的离子.问题问题13-2-3 13-2-3 稀有气体化合物稀有气体化合物本讲稿第十九页，共二十五页氧化氧化态态化合物化合物 色态色态熔点熔点(K)分子分子形状形状性性质质XeF2无色无色晶体晶体402直线形直线形强氧化剂强氧化剂,水解为水解为Xe,

18、HF和和O2,易溶于液态易溶于液态HF中中XeF4同上同上390平面四平面四边形边形稳定稳定,完全水解后生成完全水解后生成XeO3,Xe,O2,HFXeOF2同上同上304 变形变形T型型不稳定不稳定一一:氙的主要化合物氙的主要化合物 本讲稿第二十页，共二十五页氧化氧化态态化合物化合物 色态色态熔点熔点(K)分子形分子形状状性性质质XeF6无色无色晶体晶体322.5变形八变形八面体面体稳定稳定,可完全水解为可完全水解为XeO3和和HF;与与HCl反应生反应生成成Xe,Cl2,HF.XeOF4同上同上227四方锥四方锥 稳定稳定XeO3同上同上-三角锥三角锥体体吸潮吸潮,在溶液中稳定在溶液中稳定

19、,爆爆炸性分解炸性分解,是强氧化剂是强氧化剂,与与Mn2+,NH3,Fe2+,HCl等等均可反应均可反应.XeO4同上同上-四面体四面体易爆炸易爆炸,氧化性比氧化性比XeO3更盛更盛.XeO64-无色无色盐盐-八面体八面体也以也以HXeO63-,H2XeO62-,H3XeO6-等形式存在等形式存在,强强氧化剂氧化剂本讲稿第二十一页，共二十五页二二:稀有气体化合物的分子结构稀有气体化合物的分子结构 化合物化合物价电子对数价电子对数孤电子对数孤电子对数空间构型空间构型分子形状分子形状XeF253XeF462XeF671本讲稿第二十二页，共二十五页化合物化合物价电子对数价电子对数孤电子对数孤电子对数

20、空间构型空间构型分子形状分子形状XeOF461XeO341XeO440本讲稿第二十三页，共二十五页13-2.5:13-2.5:请分别用价电子对互斥理论和杂化请分别用价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释轨道理论解释XeOFXeOF4 4分子的成键情况和分子空分子的成键情况和分子空间构型间构型(B B级掌握级掌握)解解:价电子对互斥理论价电子对互斥理论:m=(8-2-14)2=1,z=1+5=6.m=(8-2-14)2=1,z=1+5=6.即有即有6 6对价电子对价电子,则价电子对空间构型为八面体则价电子对空间构型为八面体.由于由于6 6对价电子中有对价电子中有5 5对形成对形成5 5个个键键,1,

21、1对为孤对对为孤对电子电子,该孤对电子处于从锥底伸向与锥体相反的该孤对电子处于从锥底伸向与锥体相反的方向方向,则分子空间构型为四方锥体则分子空间构型为四方锥体.问题问题本讲稿第二十四页，共二十五页 杂化轨道理论杂化轨道理论:中心中心XeXe的价轨道排布式和杂化的价轨道排布式和杂化过程如下过程如下:5p 5p轨道上两个电子被激发到空的轨道上两个电子被激发到空的5d5d上上,形成形成四个成单电子四个成单电子.1.1条条5s,35s,3条条5p5p和和2 2条条5d5d采取采取spsp3 3d d2 2杂化杂化.含有四条成单电子的杂化轨道与四个含有四条成单电子的杂化轨道与四个F F原子的原子的2p2p轨道轨道(1(1个电子个电子)共用电子形成四个共用电子形成四个键键.含有含有1 1对电子的其中对电子的其中1 1条条spsp3 3d d2 2杂化轨道与杂化轨道与O O原原子的空子的空2p2p轨道轨道(重排重排,配对配对,腾出腾出1 1条空条空2p)2p)形成形成1 1个个配位键配位键,最后最后1 1条条spsp3 3d d2 2杂化轨道被孤对电子杂化轨道被孤对电子占据占据.所以其杂化轨道空间构型为八面体所以其杂化轨道空间构型为八面体,而而分子构型为四方锥体分子构型为四方锥体.本讲稿第二十五页，共二十五页