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无机化学-第18章-氢和稀有气体PPT课件

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无机化学课件--稀有气体

无机化学课件--稀有气体

本章学习要求
• s区元素共13种，其中有12种金属。p区元 素共31种，其中有10种金属。本章主要讨 论s区中氢元素和p区中稀有气体（零族） 及其化合物。 • 1.了解氢及其同位素。 • 2. 熟悉氢原子的成键特征； • 3.掌握不同类型的氢化物； • 4.了解储氢合金的用途和制备方法； • 5.了解稀有气体的性质用途及其氟化物和 氧化物。
元素的分类
• 普通元素和稀有元素 • 稀有元素：
– 1.轻稀有金属：Li 、Rb 、Cs、 Be ； – 2.高熔点稀有金属：Ti、 Zr 、Hf 、V、Nb 、Ta 、 Mo、 W、 Re； – 3. 分散稀有元素：Ga、In、Tl、Ge、Se、Te； – 4.稀有气体：He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn – 5.稀土金属：Sc 、Y 、Lu – 6.镧系元素和铂系元素：Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt – 7.放射性稀有元素：Fr、Ra 、Tc 、Po 、At、 Lr – 8.锕系元素
13.1.2氢的存在
• 氢是宇宙中最丰富的元素，绝大多数 的氢都是以化合物的形式存在。 • 氢在地壳外层的大气、水和岩石里 以原子百分比占17％，仅次于氧而居 第二位 。 • 氢有三种同位素（氕、符号H）， （氘、符号D）和（氚，符号T）。
同位素的性质
• 因为氢的同位素核外均含有1个 电子，所以它们的化学性质基本 相同，但由于它们的质量相差较 大，导致了它们的单质和化合物 在物理性质上出现差异。
13.1.5 氢气的制备
• 1.实验室制备：实验室由活泼金属和稀酸反应或 两性金属与碱反应制备，也可用电解法制备 Zn + 2H2O + 2OH- = Zn(OH)42- + H2↑ 电解法：阴极: 2H2O + 2e =H2↑ + 2OH阳极: 4OH- - 4e ==O2↑ + 2H2O • 2. 工业制备： – 天然气裂解法：CH4 → C + 2H2 – 催化剂水煤气法：C + H2O → CO↑ + H2↑ – 水蒸气转化法：CH4 + H2O → CO + 3H2(g)

Authorware 简单介绍

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无 机 化 学
Inorganic Chemistry
第18章 氢和稀有气体
主要内容
氢 稀有气体
Inorganic Chemistry
主族元素总结
Inorganic Chemistry
18.1 18.1.1
氢 氢的成键方式
氢形成化学键的主要方式，依赖于 其核外电子的得、失、共用三个过程。
Inorganic Chemistry
一定极性，呈现不同的物理性质和化学性质。
Inorganic Chemistry
18.1.2
1
氢气的性质与制备
氢气的性质
氢有三种同位素：氕 H 、氘 D 和氚 T。
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 衰变，其半衰 期为 12.26 年：
3 1H
——
3 2He
+ e–
同碱金属、碱土金属只有在较高温度下才能 生成含有 H – 的氢化物。 这类氢化物具有离子化合物的共性。
Inorganic Chemistry
3
共用电子对 —— 共价键的形成
在大多数含氢化合物中，H 原子都与其他 元素的原子共用一对电子，或者说形成一个共 价键。
除 H2 分子外，大部分含氢化合物都具有
但是由于金属锌中有时含有砷化物、磷
化物等杂质，致使制得的 H2 不纯。
Inorganic Chemistry
电解水的方法制备氢气纯度高。
常采用质量分数为 25% 的 NaOH 或
KOH 溶液为电解液。电极反应如下：
阴极
2 H2O + 2 e– —— H2 + 2 OH–
阳极
4 OH– —— O2 + 2 H2O + 4 e–

无机化学教学课件 18章 氢和稀有气体

无机化学教学课件 18章 氢和稀有气体
1 二元氢化合物在周期表中的分布 氢的大多数二元化合物可归入下述三大类中的某一类：似盐氢化物，金 属型氢化物和分子型氢化物. 各类氢化物在周期表中的分布如下表所示 .但是 这种分类的界限也不十分明确 .结构类型并非非此即彼，而是表现出某种连续 性. 例如，很难严格地铍和铝的氢化物归入“似盐型”或“分子型”的任一类 .
会用结构理论和热力学解释它们的某些化学现象；
18-0 18-1 18-2
元素概述
Instruction to the elements
氢
Hydrogen
稀有气体
Rare Gases
18-0 第(18)VIIIA族元素概述
“机遇号”重大发 现
18-1 氢
Hydrogen 18-1-1 氢的成键方式 Bonding mode on hydrogen
4 分子型氢化物(共价型氢化物) 氢与 p 区元素形成二元分子化合物，包括人们熟悉的第2周期化合 物 (CH4、NH3、H2O、HF) 和各族中较重元素的相应化合物
我 国 已 建 成 大 型 制 氢 设 备
大容量电解槽体
H2
大型制氢站
氢气纯化装置
氢气储罐群
18-1-3 氢气的用途 Purpose of Hy20918 64183 43367
氢 气（H2） 戊硼烷（B5H9） 戊 烷（C5H12）
18-1-4 氢化物 Hydride
2. 氢的性质 (1) physical properties： H2极难溶于水和有机溶剂，可以贮存在金属（Pt、Pd）和合金（LaNi5 ）中。固态氢又称为金属氢：在晶格质点上为质子，而电子为整个晶体共 享，所以这样的晶体具有导电性。固态氢是六方分子晶格。 (2) chemical properties：

天津大学无机化学课件：第十八章 氢和稀有气体

天津大学无机化学课件：第十八章 氢和稀有气体
染，目前研究热点：光催化产生水 • 切割和焊接金属（在氧气或者空气中燃烧火焰
温度高） • 液态氢：可把除氦以外的气体冷却变成固体
氢化物
• 离子型氢化物 H-（与碱金属或碱土金属高温 化合生成） ½ X2=X- rH<0 ½ H2=H- rH<0 (吸热，氢化物在高温实现)
与水反应剧烈 NaH+H2O=H2+NaOH 在非水极性溶剂中，与缺电子化合物生成复合氢
Xe的价电子结构 问题:Xe的氟化物中Xe到构底:是5如s2何5与p6F形成化学键的呢?
XeF2
XeF4 5s25p6
XeF6
5s25p55d1
sp3d1杂化
5s25p45d2
sp3d2杂化
5s25p35d3
sp3d3杂化
三角双锥
八面体
十面体
氙化物的电子空间构型
氟化氙的分子空间结构
XeF2 直线形
HClO＜ HClO2＜ HClO3＜HClO4
n(非羟基氧) 0
1
2
3
酸性 电负性
HClO4 ＞HNO3 3.16 3.04
n(非羟基氧) 3
2
酸性
H2S2O7 ＞ H2SO4
n(非羟基氧) 2.5 2
缩和程度愈大，酸性愈强。
Pauling规则(半定量)：
n=0 弱酸 (Ka ≤10-5)
HClO, HBrO
n=1 中强酸 (Ka =10-4~10-2) H2SO3,HNO2
n=2 强酸 (Ka =10-1~103) H2SO4,HNO3
n=3 特强酸 (Ka >103)
HClO4
二、1.同一主族中，元素的最高氧化态含氧酸的氧化
性，多数随原子序数的增加成锯齿形升高。第三周期 元素含氧酸的ψθ有下降趋势，第四周期元素含氧酸的 ψθ有升高趋势，第四周期元素含氧酸的氧化性比第五 周期强。

无机化学第18章氢和稀有气体

无机化学第18章氢和稀有气体

四. 氢 的 性 质 1. 正 氢 和 仲 氢
氢分子可能组成为:H2 ,D2 (重氢),T2 (超重氢), HD,HT,DT.但H2是唯一主要单质. 氢分子H2 / D2中,两个氢原子核的自旋方向
不同导致氢分子有两种变体(自旋异构体).
两个氢原子核的自旋方向相同的为正氢. 两个氢原子核的自旋方向相反的为仲氢. 正氢 仲氢
二. 获 得 电 子 氢原子获得一个电子,达到氦原子的 1s2 的
结构, 形成负氢离子 H- . 这是氢和活泼金属 在
高温下相化合形成离子型氢化物时的价键特征. 由于H- 离子的核外电子数是核的质子数的 2倍, 故核对核外两电子的吸引力很弱,使H-离子 半径很大(理论计算208pm),容易变形,这种弱的吸 引力使H-离子具有高的可压缩性.(125pm~155pm) 如LiH( r(H- ) = 137pm) →CsH( r(H-)=152pm)
变反应的冷却剂. 氚(T)与核聚变有关;也可作为示踪原子,如
对地下水移动的研究,研究氢被金属吸附和氢在
金属表面上的吸附.
通过对水的电解,释放H的速度比释放D的速度 快6倍, 反复电解可得到富集了D2O 的水或纯D2O,
再以任一种从水中制 H2 的方法从 D2O中获得 D2 .
三. 氢在周期表中的位臵 从氢的原子结构和成键特征来看,1s1 属 s 区, 失去1个电子,成为H+ ,与碱金属相似;但它不是金 属,与碱金属没有多少化学类似性; 氢原子得到一个电子,形成H- 离子,可以形成 双原子分子,与卤素类似;但形成的化合物在性质 上有明显的差异.如NaH与水反应生成H2 ,但NaCl 不能与水反应生成Cl2 . 氢兼具有碱金属和卤素的某些性质而又有显 著的差别;是唯一值得单独考虑的元素.

无机化学课件：氢和稀有气体

无机化学课件：氢和稀有气体
见 光
Fe(Ⅱ ),Fe(Ⅲ) 电解质溶液
硒镍 化 镉 半 导 体箔
H2(g)
海水
原理：当可见光照射在半导体膜上时，电子被激
发进入导带而留下空穴(低能级的电子空间)。在导带中 电子移动到金属薄膜与海水之间表面上，水即被还原产 生H2。同时，空穴迁移到半导体与电解质间的表面，来 自Fe2+的电子填充空穴。
* 氕这个名称只在个别情况下使用，通常直接叫氢；氘有时又叫“重氢”.
2. 同位素效应
一般情况下不同的同位素形成的同型分子表现为
极为相似的物理和化学性质。然而，质量相对差特大
的氢同位素却表现不同：
标准沸点/℃
H2 –252.8
平均键焓/(kJ•mol–1) 436.0
D2
H2O
–249.7 100.00
1. 同位素
主要同位素有3种，此外还有瞬间即逝的 4H 和
5H。重氢以重水（D2O）的形式存在于天然水中，平 均约占氢原子总数的 0.016%。
中文名 氕*(音撇) 氘 (音刀) 氚(音川)
英文名称 protium deuterium tritium
表示方法 1H 2H 3H
符号 H D T
说明 稳定同位素 稳定同位素 放射性同位素
CH4 + 2 O2
CO2 + 2 H2O,
ΔH
θ m
=
–
803.3
kJ•mol–1
这样靠“内部燃烧”放热，供焦炭或天然气与水作
用所需热量，无须从外部供给热量。
● 热化学循环法制 H2
2H2O(l) SO2 I2(s) 298K H2SO4 (aq) 2HI(aq)
H2SO4
(g)
1073K H2O(g)

第十八章氢和稀有气体PPT课件

NaH + H2O = H2(g) + NaOH TiCl4 + 4NaH = Ti + 4NaCl + 2H2↑ UO2 + CaH2 = U + Ca(OH)2
离子型氢化物在非水溶剂中能同一些缺电子化 合物结合成复合氢化物。
2LiH + B2H6 = 2LiBH4 (乙醚) 4LiH + AlCl3 = LiAlH4 + 3LiCl
五、氢化物
氢同其它元素形成的二元化合物叫做氢化物。 除稀有气体外，大多数的元素几乎都能同氢结合而 成氢化物。
1. 离子型氢化物及制备
氢同电负性很小的碱金属和碱土金属在高温下 直接化合时，它倾向于获得一个电子，成为H- 离子。 氢的这类性质类似于卤素。
第十八章 氢和稀有气体
§ 氢
H2(g) + 2Li(s) = 2LiH (加热)
第十八章 氢和稀有气体
§18-1 氢
一、氢在自然界的分布 二、氢的成键特征
氢的电子层构型为1s1，电负性为2.2。 1. 形成离子键：Na、K、Ca等形成H-，这个离子因
有较大的半径(208 pm)，仅存在于离子型氢化物 的晶体中。
第十八章 氢和稀有气体
§18.1 氢
2. 形成共价键
1)、H2 (非极性) 2)、极性共价键 H2O, HCl 3. 独特的键型
第十八章 氢和稀有气体
§18.1 氢
金属型氢化物的密度比母体金属的低，一些 过渡金属能够可逆地吸收和放出氢气。
许多金属型氢化物的另一显著性质是H原子在 稍高温度下能在固体中快速扩散，氢穿过Pd-Ag合 金管壁发生的扩散作用被用来制备超纯H2。
第十八章 氢和稀有气体

精品课程无机化学第十八章ppt课件

:
D2 b.p : 23.3
1-2 氢的成键特征 由于氢的电子结构为 1s1 电负性为x=2.2，所以
它与其他元素的原子化合时，有以下几种成键情况: （1）形成离子键: 如 KH，NaH，CaH2 等。在离子型
氢化物中氢的氧化态为负1。
（2）形成共价键:
a.形成非极性共价键: 如 H2 单质，表现 0 氧化态。 b.形成极性共价键: 与非金属的元素的原子化合: HCl，HBr，H2O等，表现为 +1 氧化态。 （3）独特的键型 a. 氢原子可以填充到许多过渡金属晶格的空隙中， b. 形成一类非整比化合物,一般称之为金属氢化物。 c. 例: ZrH1.75 和 LaH2.78
(2) C 还原水蒸气：
C（赤热） + H2O（g） → H2↑ + CO （水煤气）直接做工业燃料，民用管道煤气。
为了制氢，必须分离出CO。可将水煤气连同水 蒸气一起通过红热的氧化铁催化剂，CO 变成 CO2 ， 然后在 2×106Pa（20atm）下，用水洗涤 CO2 和 H2 的混合气体，使 CO2 溶于水而分离出 H2 。
最近，日本有人把太阳能电池板与水电解槽连接在一起，电解部分的材
料在产生氢气一侧使用钼氧化钴，产生氧气一侧则使用镍氧化钴。使用1平 方米太阳能电池板和100毫升电解溶液，每小时可制作氢气 20 升，纯度为 99.9%。
我国已建成大型制氢设备
equipment
大容量电解槽体
H2
大型制氢站
氢气纯化装置
氢气储罐群
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第十八章
氢和稀有气体
3. 制备 氕(11H)是丰度最大的氢同位素, 占99.9844%；同位
素21H叫氘, 占0.0156%。氚(31H)存在于高层大气中， 它是来自外层空间的中子轰击N原子产生的：

第18章--氢和稀有气体PPT课件


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 CO 分离出去。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
C (红热) + H2O(g) 1273K CO(g) + H2(g)
18 － 1 － 3 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 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。
2 LiBH4
4 LiH + AlCl3
LiAlH4 + 3 LiCl
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。
TiCl4 + 4 NaH
Ti + 4 NaCl + 2 H2(g)
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。 使用十分方便，但价格昂贵。
分子型氢化物的的结构分 3 种不同的情况。 缺电子氢化物，如 B2H6，其中心原子B未满足8电子 构型，两个 B 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 对，如 CH4 及其同族元素的氢化物。 有孤电子对的氢化物，如 NH3，H2O 和 HF 等氢化物。 它们的中心原子采用不等性杂化轨道与配体 H 原子成键。 如： NH3 分子为三角锥形 ， H2O 分子为“V” 形。 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。
4 OH–
O2 + 2 H2O + 2 e–
（2）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，

无机化学教学课件 18章 氢和稀有气体


7
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8
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9
18-1 氢
Hydrogen
18-1-1 氢的成键方式 Bonding mode on hydrogen
1. 失去电子
形成H+，无电子质子，由于强的极化作用难以单独存在，易以配位键
的形式与可以提供电子对的Lewis 碱结写为：H3O+
Fe2O3 >精7选23课K件ppt
CO2 + 2 H2
15
（3）其它
● 热化学循环法制 H2
2H2O(l)SO2 I2(s)298KH2SO4(aq)2HI(a)q
H2SO4(g)1 0 73KH2O(g)SO4(g)
1 2
O2(g)
2HI(g ) 873KH2(g)I2(g)
净反应
H2O(g)1 3 00KH2(g)
会用结构理论和热力学解释它们的某些化学现象；
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4
18-0 18-1 18-2
元素概述
Instruction to the elements
氢
Hydrogen
稀有气体
Rare Gases
精选课件ppt
5
18-0 第(18)VIIIA族元素概述
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6
“机遇号”重大发 现
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第18章 氢和稀有气体
Chapter 18 Hydrogen and Rare Gases
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1
氢、稀有气体
在周期表中
的位置
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2
H
氢是周期表中唯一尚未找到确切位
置的元素.· · · · · ·
精选课件ppt
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二. 获 得 电 子 氢原子获得一个电子,达到氦原子的 1s2 的 结构, 形成负氢离子 H- . 这是氢和活泼金属 在 高温下相化合形成离子型氢化物时的价键特征.
由于H- 离子的核外电子数是核的质子数的 2倍, 故核对核外两电子的吸引力很弱,使H-离子 半径很大(理论计算208pm),容易变形,这种弱的吸 引力使H-离子具有高的可压缩性.(125pm~155pm)
O
H
R
DNA 的双螺旋是两条螺旋形分子通过氢 键结合起来的超分子结构。
18-1-2 氢气的性质与制备
一. 氢在自然界中的分布 氢是宇宙间所有元素中含量最丰富的元素. 估计占所有原子总数的90%.
在地球上氢的含量也很丰富,约占地壳质量 的0.76%.
大气中少量的氢气,H2O,及其他无机化合物 和有机化合物中化合态的氢
氘(D)的化合物广泛地用于反应机理的研究 和NMR光谱分析(作溶剂),重水(D2O)能做为核裂 变反应的冷却剂.
氚(T)与核聚变有关;也可作为示踪原子,如 对地下水移动的研究,研究氢被金属吸附和氢在 金属表面上的吸附.
通过对水的电解,释放H的速度比释放D的速度 快6倍, 反复电解可得到富集了D2O 的水或纯D2O, 再以任一种从水中制 H2 的方法从 D2O中获得 D2 .
二. 氢的三种同位素
名称
符号 同位素丰度
氕/普通氢
1H
99.98%
氘
2H or D 0.0156%
氚
3H or T ~10-16 %
氢的三种同位素具有相同的电子构型(1s1 ), 化学性质十分相似,但单质或化合物的物理性质 上差别较大,这种差异源自核的质量数的不同.
——同位素效应.
氚(T)是一种不稳定的放射性同位素,半衰期
第 18 章 氢和稀有气体
主要内容
1
氢
2
稀有气体
3
主族元素总结
18.1 氢
18-1-2 氢 的 成 键 特 征
氢( H )是周期表中第一个元素, 具有最简单的 原子结构,由1个带 +1 正电荷的核和 1个电子组成. 基态时电子处于 1s 轨道( 1s1 );电负性为 2.2;电子 亲和势为 EA = - 72.8 kJ·mol-1; I = 1312 kJ·mol-1 ; r = 37 pm.
1H or H 2H or D
原子质量/u
1.0078 2.0141
解离能/kJ·mol-1 435.88 443.35
X2 熔点/K X2 沸点/K X2O的熔点/K X2O的沸点/K
13.96 20.39 273.15 373.15
18.73 23.67 276.96 374.57
氚 3H or T 3.0160 446.9 20.63 25.04 277.63 374.72
氢兼具有碱金属和卤素的某些性质而又有显 著的差别;是唯一值得单独考虑的元素.
四. 氢 的 性 质
1. 正 氢 和 仲 氢
氢分子可能组成为:H2 ,D2 (重氢),T2 (超重氢), HD,HT,DT.但H2是唯一主要单质.
氢分子H2 / D2中,两个氢原子核的自旋方向 不同导致氢分子有两种变体(自旋异构体). 两个氢原子核的自旋方向相同的为正氢. 两个氢原子核的自旋方向相反的为仲氢.
一. 失 去 电 子 失去一个电子,形成H+ 质子, r =1.5×10-3 pm
由于H+ 半径特别小,具有很强的正电场,能 使与它相邻的分子的电子云发生强烈的变形.除 了气态的质子流外,并不存在自由的质子,它总是 与别的分子或原子结合在一起的.如:H3O+,H9O4+, H5O2+ , NH4+ 等.
正氢
仲氢
2. 氢 气 的 物 理 性质
d H-H = 74.14 pm, 熔点:13.96 K, 沸点: 20.39K 273K时1 L H2O能溶解 0.02 L H2 ;无色无味.
三. 氢在周期表中的位置
从氢的原子结构和成键特征来看,1s1 属 s 区, 失去1个电子,成为H+ ,与碱金属相似;但它不是金 属,与碱金属没有多少化学类似性;
氢原子得到一个电子,形成H- 离子,可以形成 双原子分子,与卤素类似;但形成的化合物在性质 上有明显的差异.如NaH与水反应生成H2 ,但NaCl 不能与水反应生成Cl2 .
如 ZrH1.30 ，LaH2.87 均已制得。
4. 单电子 键和三中心二电子键
[ H·H ]+
H+ 长链的蛋白质分子之间就是靠氢键相联结 的, 如羟基的氧和氨基的氢之间有氢键。
HR O
C N CH C N CH C
O
HR O
H
R
O
H
N C CH N C CH N
为12.35年.
31H32He01e β衰变
氘和氚是核聚变反应的原料,如太阳发射出 来的巨大能量,来源于组成太阳的氢原子同位素 间的 核聚变反应:
2 1H3 1H 4 2He0 1n
用中子轰击锂6Li产生:T 6 3Li0 1n 4 2He3 1H
氢的三种同位素( X2 ) 的性质
名称
氢/氕
氘
符号
如LiH( r(H- ) = 137pm) →CsH( r(H-)=152pm)
H-离子只存在于离子性氢化物中,H- 离子具有 强的还原性:H2 +2e- →2H- , EӨ = -2.25 V
2H- +H2O→H2↑+2OH- , H- +H+ →H2 ↑ 三. 共用电子对—形成共价键
氢原子和其它非金属原子(除稀有气体外)结合, 共用电子对而形成共价型氢化物.
如 HX, NH3 , H2O, CH4 等, H原子的1s轨道与 非金属原子的价轨道或杂化轨道重叠形成共价单 键( σ键) .
除H—H键为非极性键外,在其余的共价型氢 化物中 , 所形成的共价键在某种程度都具有极性 键的特征.
四. 特 殊 键 型 1. 氢桥键 ( B—H—B )
三中心二电子氢桥键 3c-2e 氢桥键
2. 氢桥配位键
在特殊的情况,氢也可以作桥联配体,形 成氢桥配位键,如下图所示的 [Cr2H( CO)10]－ 配阴离子中就有桥氢配体(3c-2e )。
CO CO
－ CO CO
OC Cr
H Cr CO
OC CO
OC CO
3. 金属型氢化物
氢原子可以填充到许多过渡金属原子之间
的空隙中,形成一类非整比化合物,称之为金属型 氢化物。