氢和稀有气体

CuCl2 + 2 H —— 2 HCl + Cu 原子氢甚至能还原某些含氧酸盐，例 如： BaSO4 + 8 H —— BaS + 4 H2O
2 氢气的制备
（1） 实验室制法 实验室制 H2 常采用稀盐酸与金属锌反 应的方法。
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。
O
N
C
CH
R
N
长链的蛋白质分子自身可以形成螺旋 形构型，这种结构就是靠分子内氢键来稳 定的。 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
1 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：
似之处，但又不完全相同。
氢是唯一值得单独考虑的元素。
稀有气体
稀有气体基态的价电子构型除氦的 ns2 以外，其余均为 ns2 np6 。 在接近地球表面的空气中，1 000 dm3 空 气中约含有 9.3 103 cm3 氩、18 cm3 氖、 5.2 cm3 氦、 1.14 cm3 氪和 0.086 cm3 氙。
主要内容
11
氢 稀有气体
主族元素总结
2 2
33
通常列于碱金属 IA 族顶端
H 氢
稀有气体
He，Ne，Ar，Kr，Xe，Kr 氦、氖、氩、氪、氙 、氡
氢
H
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
氢存在于地球、太阳及木星等天体上，是
最丰富的元素
氢
H
氢与 IA，IVA，VIIA 元素的性质都有相
除 H2 分子外，大部分含氢化合物都具有
一定极性，呈现不同的物理性质和化学性质。
4 特殊键型
（1） 氢桥键 在第 13 章硼的氢化物中曾接触过氢 桥键，与经典共价键的区别在于它不是在 两个原子之间共用一对电子所形成的，而
是三中心两电子键，这主要是由于硼的缺
电子特点造成的。
（2） 氢桥配位键
在特殊的情况，氢也可以作桥联配体，形
氢键不能算作一种化学键，其键能的大
小介于化学键与范德华力之间。 生物体内的蛋白质是多个氨基酸以肽键 缩合而成的长链分子，长链的蛋白质分子之 间就是靠氢键相连接的。
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。
H
C O H N
R CH
O C N H
CH
R
C
O H
R
C O CH N H
1900 年，德国人道恩在某些放射性矿 物中又发现了氡。 至此，周期表中零族元素全部被发现。 由于它们的惰性，被命名为 “ 惰性气体元 素 ”。
18－1 氢
18－1－1 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。
1 失电子方式
氢的 1s 电子可以失去形成 H+ 离子， H+ 仅是一个质子，其极化能力很强 。 在水溶液中，有溶剂水参与的情况下， H+ 离子将与溶剂分子结合成 H3O+ 。
氡是镭等放射性元素蜕变的产物。
周期表中零族的 6 种稀有气体元素是在 1894 － 1900 年间陆续被发现的。 1894 年 ， 雷 利 （ Rayleigh ） 与 拉 姆 赛 （Ramsay）合作，报道了稀有气体氩。
1895 年，他们又从空气中发现了氦。
1898 年，拉姆赛等人从空气中连续分 离出来氖、氪和氙。
(3H)49
20.62
25.04
40.6(预测)
常温下，氢气无色，无味，无臭，在
水中溶解度很小。 分子间色散力很小，难于液化，沸点 是－253 ℃。
氢分子中 H－H 键的键能 435.88 kJmol-1，比一般单键的键能高出很多， 同一般双键的键能相近。 因此，常温下氢分子具有一定程度 的惰性，与许多物质反应很慢，但某些 特殊的反应也能迅速进行。
化剂，H2 和 CO 反应，可以合成一些有机 化合物，例如 CO + 2 H2 —— CH3OH（g）
原子氢是一种比分子氢更强的还原剂， 可同锗、锡、砷、锑、硫等直接作用生成 相应的氢化物。 As + 3 H —— AsH3 S + 2 H —— H2S
原子氢还能把某些金属氧化物或氯化
物迅速还原成金属，例如：
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：
阳极
2 H2O + 2 e– —— H2 + 2 OH–
2 得电子方式
氢原子能够获得一个电子，达到氦核结
构 1s2，形成含 H – 的氢化物。
H– 只存在于活泼金属的氢化物中，氢
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。
3 共用电子对 —— 共价键的形成
在大多数含氢化合物中，H 原子都与其它 元素的原子共用一对电子，或者说形成一个共 价键。
－ 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。 CO OC Cr CO CO
－
CO CO
CO
H OC
Cr CO
OC
（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。 如 ZrH1.30 ，LuH2.87 均已制得。
3 1H
——
3 2He
+ e–
氕 H 、氘 D 和氚 T 原子核外均有一个
电子，所以它们的化学性质基本相同。
但这三种同位素的质量相差较大，导致
它们的单质和化合物在物理性质上有很大差 别。
氕、氘、氚及其形成的氢单质的物理性质
同位素 (1H)，H (2H)，D 丰度/% 99.985 0.015 原子 质量 1.007825 2.014102 单质 单质 熔点/K 沸点/K 13.96 18.73 20.30 23.67 单质临界 温度/K 33.19 38.35
H2 和 F2 的混合物在没有光照时亦将 爆炸化合。 H2 和 Cl2 的混合物在光照下爆炸，发 生化合反应。 H2 和 O2 的混合物在常温下点燃会发 生爆炸反应。
高温下，H2 与活泼金属反应，生成金
属氢化物： H2 + 2 Na —— 2 NaH 这是制备金属氢化物的基本方法。
在特定的温度、压力下，采用特定的催