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第11章 氢和稀有气体一、内容提要1．氢的性质氢原子的价电子层结构为1s 1，电负性为2.2。
氢失去1s 电子形成H +，H +仅是一个质子，半径极小（仅约1.5 10-3 pm ），有限强的静电场和极化力，故氧化态为+1的氢的化合物全是共价型的。
在水溶液中，水将与其结合为H 3O +。
当H 与电负性很小的活泼金属（如Na 、K 、Ca 等）形成氢化物时，H 获得1个电子形成负离子H -，H -离子因有较大的半径（154 pm ）而仅存在于离子型氢化物的晶体中。
（1） 氢的同位素氢有H 11（氕，符号H ）， H 21（氘，符号D ）和H 31（氚，符号T ）三种核素。
其中，H 31是一种不稳定的放射性同位素，它的半衰期t 1/2 = 12.4年。
H31→ He 23 + e - (或β)因此普通氢的性质基本上是氢同位素的性质。
氕、氘、氚互为同位素，具有相同的电子层结构，核外均有一个电子，所以它们的化学性质基本相同。
但因它们的质量成倍改变，因而导致它们的单质和化合物在物理性质上的差别，比其它元素的同位素之间显著。
在化学性质上的差别仅在于平衡常数和反应效率。
（2）分子氢（氢的单位）氢分子中H-H 键的键能为431.8 kJ ·mol -1，比一般的键高很多，相当于一般双键的键能。
因此，在常温下氢分子不活泼，与许多物质不发生反应。
氢分子解离成2 个原子需要吸收相当大的能量：H 2（g ）→2 H(g) ΔH ө = 431.8 kJ·mol -1但上述解离过程是熵增加，当温度足够高时，熵增加的效应将超过焓增加的影响，分子氢的化学活性大增。
例如：2 H C lH 22H 2Li 、N a 、C a 等金属M H 、M H 2盐型金属 氢化物非金属氢化物H 2非金属H 232NH金属 + H 2O低价金属氢化物H 2金属氢化物2H 2饱和烃催化剂22H 2催化剂R 2CHCH 2CHO（3）氢化物含氢的二元化合物统称为氢化物。
第五章氢和稀有气体§5—1 氢1—1氢在自然界中的分布氢是宇宙中最丰富的元素，除大气中含有少量自由态的氢以外，绝大部分的氢都是以化合物的形式存在。
氢在地球的地壳外层的三界(大气、水和岩石)里以原子百分比计占17％，仅次于氧而居第二位。
氢是太阳大气的主要组成部分，以原子百分比计，它占81．75％。
近年来，人们发现木星大气中也含有82％的氢。
可以说，在整个宇宙空间到处都有氢的出现。
氢有三种同位素：11H(氕、符号H)，12H(氘、符号D)和13H(氚，符号T)。
它们的质量数分别为1，2，3。
自然界中普通氢内：H的丰度最大，原子百分比占99．98％，12H具有可变的天然丰度，平均原子百分比为0．016％。
13H是一种不稳定的放射性同位素：3H→23He+β半衰期t1/2=12．4年1在大气上层，宇宙射线裂变产物中每1021个H原子中仅有一个13H原子。
然而人造同位素增加了13H的量，利用来自裂变反应器内的中子与Li靶作用可制得13H：1n + 36Li →13H +24He氢的同位素因核外均含1个电子，所以它们的化学性质基本相同，由于它们质量相差较大，色散力大小不一样，导致了它们的单质和化合物在物理性质上的差异(见表5—1)。
l一2氢的成键特征氢原子的价电子层构型为1s1，电负性为2.2。
因此，当氢同其它元素的原子化合时，其成键特征如下：(1)形成离子键当它与电负性很小的活泼金属(Na，K，Ca等)形成氢化物时，它将获得一个电子形成H-离子。
这个离子因有较大的半径(208pm)，仅存在于离子型氢化物的晶体中。
(2)形成共价键(a)形成一个非极性的共价单键，如H2分子。
(b)当氢原子同非金属元素的原子化合时，形成极性共价键，键的极性随非金属元素原子的电负性增大而增强。
(3)独特的键型(a)氢原子可以间充到许多过渡金属晶格的空隙中，形成一类非整比化合物，一般称之为金属氢化物，例如ZrH1.30瑚和LaH2.87等。
北师⼤《⽆机化学》第四版习题答案下册第13章氢和稀有⽓体13-1 氢作为能源，其优点是什么？⽬前开发中的困难是什么？ 1、解：氢作为能源，具有以下特点：（1）原料来源于地球上储量丰富的⽔，因⽽资源不受限制；（2）氢⽓燃烧时放出的热量很⼤；（3）作为燃料的最⼤优点是燃烧后的产物为⽔，不会污染环境；（4）有可能实现能量的储存，也有可能实现经济⾼效的输送。
发展氢能源需要解决三个⽅⾯的问题：氢⽓的发⽣，氢⽓的储备和氢⽓的利⽤13-2按室温和常压下的状态（⽓态液态固态）将下列化合物分类，哪⼀种固体可能是电的良导体？BaH 2;SiH 4;NH 3;AsH 3;PdH 0.9;HI13-3试述从空⽓中分离稀有⽓体和从混合⽓体中分离各组分的根据和⽅法。
3、解：从空⽓中分离稀有⽓体和从混合稀有⽓体中分离各组分，主要是利⽤它们不同的物理性质如：原⼦间不同的作⽤⼒、熔点沸点的⾼低以及被吸附的难易等差异达到分离的⽬的。
13-4试说明稀有⽓体的熔点、沸点、密度等性质的变化趋势和原因？4、解：氦、氖、氩、氪、氙，这⼏种稀有⽓体熔点、沸点、密度逐渐增⼤。
这主要是由于惰性⽓体都是单原⼦分⼦，分⼦间相互作⽤⼒主要决定于分⼦量。
分⼦量越⼤，分⼦间相互作⽤⼒越⼤，熔点沸点越来越⾼。
密度逐渐增⼤是由于其原⼦量逐渐增⼤，⽽单位体积中原⼦个数相同。
13-5你会选择哪种稀有⽓体作为：（a ）温度最低的液体冷冻剂；（b ）电离能最低安全的放电光源；（c ）最廉价的惰性⽓氛。
13-6⽤价键理论和分⼦轨道理论解释HeH 、HeH +、He 2+粒⼦存在的可能性。
为什么氦没有双原⼦分⼦存在？13-7 给出与下列物种具有相同结构的稀有⽓体化合物的化学式并指出其空间构型： (a) ICl 4- (b)IBr 2- (c)BrO 3- (d)ClF7、解： 4XeF 平⾯四边形 2XeF 直线形3XeO 三⾓锥 XeO 直线形13-8⽤ VSEPR 理论判断XeF 2 、XeF 4、XeF 6、XeOF 4及ClF 3的空间构型。
