第18章氢和稀有气体讲解
合集下载
氢和稀有气体
他设法从空气中除去氮气和氧气后，发觉还有极少旳气体， 约占总体积旳 1％ 。这种剩余气体不同任何物质发生反应，但在 放电管中发生特殊旳辉光，有特征旳波长。于是， Ramsay 宣告 他在空气中发觉了一种新元素，命名为 “氩” ( 拉丁文名旳原意 是 “不活泼” ) 。
这一发觉惊动了科学界，因为当初普遍以为空气已研究得够 清楚了，所以 Ramsay 旳工作具有划时代旳历史意义。
2 氙旳氟化合物旳生成 氙旳氟化物能够由两种单质直接化合生成，反应在一定旳温 度和压强下，在镍制旳容器中进行。为何在镍制容器中进行？
Xe ( g ) + F2 ( g ) ——— XeF2 ( g ) Xe 大过量，防止 XeF4 旳生成 ；
Xe ( g ) + 2 F2 ( g ) ——— XeF4 ( g ) F2 过量，但反应时间应短些，防止 XeF6 旳生成； Xe ( g ) + 3 F2 ( g ) ——— XeF6 ( g ) F2 大过量，反应时间长。 F2 和 Xe 旳混合气体在光照下，也能够直接化合成 XeF2 晶体 。
认识到 “ 惰气 ” 也不是绝对惰性旳。他旳工作为开拓 “ 惰气 ” 元 素化学Ba打rt下let了t 基曾础使。O2 同六氟化铂反应，而生成一种新旳化合物 O2+ [ PtF6 ]－ 。他联想到 “惰气” 氙 Xe 旳第一电离能 ( 1171.5 kJ·mol－1 ) 同 O2 分子旳第一电离能 ( 1175.7 kJ·mol－1 ) 相近旳 事实，由此推测到 PtF6 氧化 Xe 旳可能性 。
杂化方式 sp3 不等性
杂化方式 sp3 等性
分子构型 三角锥
分子构型 正四面体
XeOF4 价层电子总数
对数 电子对构型
这一发觉惊动了科学界，因为当初普遍以为空气已研究得够 清楚了，所以 Ramsay 旳工作具有划时代旳历史意义。
2 氙旳氟化合物旳生成 氙旳氟化物能够由两种单质直接化合生成，反应在一定旳温 度和压强下，在镍制旳容器中进行。为何在镍制容器中进行？
Xe ( g ) + F2 ( g ) ——— XeF2 ( g ) Xe 大过量，防止 XeF4 旳生成 ；
Xe ( g ) + 2 F2 ( g ) ——— XeF4 ( g ) F2 过量，但反应时间应短些，防止 XeF6 旳生成； Xe ( g ) + 3 F2 ( g ) ——— XeF6 ( g ) F2 大过量，反应时间长。 F2 和 Xe 旳混合气体在光照下，也能够直接化合成 XeF2 晶体 。
认识到 “ 惰气 ” 也不是绝对惰性旳。他旳工作为开拓 “ 惰气 ” 元 素化学Ba打rt下let了t 基曾础使。O2 同六氟化铂反应，而生成一种新旳化合物 O2+ [ PtF6 ]－ 。他联想到 “惰气” 氙 Xe 旳第一电离能 ( 1171.5 kJ·mol－1 ) 同 O2 分子旳第一电离能 ( 1175.7 kJ·mol－1 ) 相近旳 事实，由此推测到 PtF6 氧化 Xe 旳可能性 。
杂化方式 sp3 不等性
杂化方式 sp3 等性
分子构型 三角锥
分子构型 正四面体
XeOF4 价层电子总数
对数 电子对构型
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
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
无机化学 第十八章 氢和稀有气体
第十八章氢和稀有气体§18-1 氢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。
氢的电子层构型为1s 1，电负性为2.2。
一、氢在自然界的分布二、氢的成键特征§18.1 氢第十八章氢和稀有气体1)、氢原子可以填充到许多过渡金属晶格的空隙中，形成一类非整比化合物，一般称之为金属氢化物。
如，LaH 2.87。
ZrH 1.302)、氢桥键3)、氢键3.独特的键型1)、H 2 (非极性)2)、极性共价键H 2O, HCl 2.形成共价键§18.1 氢第十八章氢和稀有气体H 2分子具有高键焓(436 kJ.mol -1)和短键长(74pm)，由于分子质量小，电子数少，分子间力非常弱，只有到20K 时才液化。
H 2的高键能，决定了H 2有一定的惰性，在常温下与许多元素的反应很慢，但在加热和光照时反应迅速发生。
2H 2 + O 2 = 2H 2O (加热)H 2 + Cl 2= 2HCl (光照)三、氢的性质和用途§18.1 氢第十八章氢和稀有气体高温下氢是一个很好的还原剂制备许多高纯金属：CuO + H 2= Cu + H 2O TiCl 4+ 2H 2= Ti + 4HCl在适当温度、压力和相应催化剂的条件下，H 2可以和一系列的有机不饱和化合物加氢反应。
§18.1 氢第十八章氢和稀有气体C 6H 5COCH 3 + H 2 →C 6H 5CHOHCH 3 (催化剂)RCHO + H 2 →RCH 2OH (催化剂)C 6H 5NO 2 + H 2 →C 6H 5NH 2 (催化剂)具有前景的是光解水和光电池获得电能电解水，可解决石油资源的枯竭和环境问题。
H 2在地壳中的存在量很低，主要是以水的形式存在。
最经济的方法是用C 和CH 4高温还原H 2O 。
CH 4 + H 2O →CO(g) + 3H 2(g) (1000℃)C(s) + H 2O(g) →CO(g) + H 2(g) (1000℃)CO(g) + H 2O(g) →CO 2(g) + H 2(g) (高温)四、氢的制备（化学法、电解法、工业法）氢也是氯碱工业生产NaOH 和Cl 2的副产物。
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：
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
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。
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
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
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)
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)
无机化学教学课件 18章 氢和稀有气体
7
精选课件ppt
8
精选课件ppt
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；
精选课件ppt
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
精选课件ppt
6
“机遇号”重大发 现
精选课件ppt
第18章 氢和稀有气体
Chapter 18 Hydrogen and Rare Gases
精选课件ppt
1
氢、稀有气体
在周期表中
的位置
精选课件ppt
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第18章 氢和稀有气体
教学目标： 1.了解氢的成键方式，氢气及氢化物的性质、制备和 用途。了解稀有气体单质和化合物的性质和用途， 建议掌握氙的氟化物和氧化物的强氧化性。 2. 掌握用VSEPR理论判断稀有气体化合物的结构。 3. 掌握非金属氢化物和含氧酸的酸碱性递变规律和 原因；含氧酸盐的热稳定性和溶解性规律；含氧酸 及其盐的氧化还原性递变规律和原因。
4．掌握主族金属的物理化学性质和次级周期性。
18-1 氢
18-1-1 氢的成键方式
1 失去电子 氢的 1s 电子可以失去形成 H+ 离子，H+ 仅是一个质子。 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+ 。
2 获得电子
氢原子能获得1个电子，达到氦的结构 1s2，形成含 H– 离 子的活泼金属的氢化物。
氢有三种同位素：普通氢或氕(11H或H)、重氢或氘(21H或D) 和氚(31H或T)。
氢气是无色、无嗅、无味的可燃性气体，比空气轻，具有
很大的扩散速度和很好的导热性，在水中的溶解度很小。氢气 容易被镍、钯、铂等金属吸附。
H2 中 H-H 键能比一般单键高很多，常温下 H2 不活泼，只有
某些特殊的反应能迅速进行，如H2同F2在暗处能迅速化合。
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1对 电子，或者说形成1个共价键。
4 特殊键型
(1) 氢桥键 (2)氢桥配位键 (3)氢键
18-1-2 氢气的性质与制备 1 氢气的性质
氢是宇宙中最丰富的元素，在地壳和海洋中化合形式的氢
若以质量计，在丰度序列中占第九位。
多反常的性质，例如超导性、低粘滞性等。
CuCl2 + 2H = Cu + 2HCl
BaSO4 + 8H = BaS + 4H2O
2 氢气的制备
（1）实验室制法 实验室里，常利用稀盐酸或稀硫酸与锌等活泼金属作用 制取氢气。该法制得的氢需要经过纯化。
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 H 2 O + 2 e– H2 + 2 OH–
姆赛 ) 与雷利合作，他们经过不懈的努力，除去空气的所有已
知成分，在 1894 年第一次从空气中分离出氩 Ar 。随后，He、 Ne、Kr和Xe也从空气中先后分离出来。
18-2-1 稀有气体的性质和用途
物理性质：无色、无嗅、无味的单原子气体。 He 氦是所有气体中最难液化的，大约 2.2K 时液氦会由 一种液态转变到另一种液态。温度在2.2K以下的液氦具有许
离子型氢化物以及复合氢化物均具有很强的还原性。 TiCl4 + 4 NaH = Ti + 4 NaCl + 2 H2(g)
2
分子型氢化物
p 区元素的氢化物属于分子型晶体，这类氢化物具有熔、
沸点低的特点，通常条件下多为气体。 它们在水中的行为大不相同：HCl，HBr，HI 等在水中完 全解离，使溶液显强酸性；H2S，HF 等在水中部分解离显弱酸 性；NH3 和 PH3 等使其水溶液显弱碱性；硅、硼的氢化物同水 作用时生成含氧酸并放出氢气；甲烷与水基本不发生作用。
有的物理性质。
18-2 稀有气体
价电子 层结构
He
Ne
Ar
3s23p6
Kr
4s24p6
Xe
5s25p6
Rn
6s26p6
1s2 2s22p6
稀有气体的发现： “第三位小数的胜利”
英国物理学家 Rayleigh( 雷利 ) 发现，分解氮的化合物得来
的氮气每升 1.251g ，而从空气中分离出来的氮气每升 1.257g 。 他坚信自己的实验结果，但又百思不得其解。W. Ramsay ( + 2 H 2 O + 4 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，在阳
极上生成 Cl2，电解池中得到 NaOH 的同时，阴极上放出 H2 。
工业生产上大量需要的氢气是靠催化裂解天然气得到的。 CH4 + H2O = CO + 3 H2
C3H18 + 3 H2O = 3 CO + 7 H2
工业生产上也利用水蒸气通过红热的炭层来获得氢气，可 通过红热的氧化铁后用水洗涤，将CO除去。 C (红热) + H2O(g) 1273K CO(g) + H2(g)
18-1-3 氢气的用途
氢气重要的用途之一是作为合成氨工业的原料。
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。 WO3 + 3 H2 = W + 3 H2O TiCl4 + 2 H2 = Ti + 4 HCl 氢气在氧气或空气中燃烧时，火焰温度可以达到3273K左 右，工业上利用此反应切割和焊接金属。 氢气是重要的无污染燃料。
18-1-4 氢化物
1 离子型氢化物 氢同碱金属及多数碱土金属在较高的温度下直接化合时， 生成离子型氢化物，其中含有 H- 离子。 离子型氢化物可与水发生剧烈反应，放出氢气。
NaH(s) + H2O(l) = H2(g) + NaOH(aq)
在非水极性溶剂中，离子型氢化物能与一些缺电子化合物 结合生成复合氢化物，如： 4 LiH + AlCl3 = LiAlH4 + 3 LiCl
在较高温度下，可与许多金属（NaH）和非金属（HCl）反 应得到相应的氢化物。
高温下，氢气是一个非常好的还原剂（CuO），还可使许多 有机化合物加氢还原。
检验反应：PdCl2(aq) + H2 = Pd(s) + 2HCl(aq) H2受热发生离解，得到原子氢，它是更强的还原剂。 As + 3H = AsH3
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。
3 金属型氢化物
d 区元素和 f 区元素一般都能形成金属型氢化物。从组成
上看，这些氢化物有的是整比化合物，如 CrH2，NiH，CuH 和 ZnH2；有的则是非整比化合物，如 PdH0.8 和一些 f 区元素
的氢化物等。
Pt 在任何条件下都不能形成氢化物，但氢可在 Pt 表面上 形成化学吸附氢化物，从而使 Pt 在加氢反应中有广泛的催化 作用。 这些金属氢化物基本上保留着金属光泽，导电性等金属特
教学目标： 1.了解氢的成键方式，氢气及氢化物的性质、制备和 用途。了解稀有气体单质和化合物的性质和用途， 建议掌握氙的氟化物和氧化物的强氧化性。 2. 掌握用VSEPR理论判断稀有气体化合物的结构。 3. 掌握非金属氢化物和含氧酸的酸碱性递变规律和 原因；含氧酸盐的热稳定性和溶解性规律；含氧酸 及其盐的氧化还原性递变规律和原因。
4．掌握主族金属的物理化学性质和次级周期性。
18-1 氢
18-1-1 氢的成键方式
1 失去电子 氢的 1s 电子可以失去形成 H+ 离子，H+ 仅是一个质子。 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+ 。
2 获得电子
氢原子能获得1个电子，达到氦的结构 1s2，形成含 H– 离 子的活泼金属的氢化物。
氢有三种同位素：普通氢或氕(11H或H)、重氢或氘(21H或D) 和氚(31H或T)。
氢气是无色、无嗅、无味的可燃性气体，比空气轻，具有
很大的扩散速度和很好的导热性，在水中的溶解度很小。氢气 容易被镍、钯、铂等金属吸附。
H2 中 H-H 键能比一般单键高很多，常温下 H2 不活泼，只有
某些特殊的反应能迅速进行，如H2同F2在暗处能迅速化合。
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1对 电子，或者说形成1个共价键。
4 特殊键型
(1) 氢桥键 (2)氢桥配位键 (3)氢键
18-1-2 氢气的性质与制备 1 氢气的性质
氢是宇宙中最丰富的元素，在地壳和海洋中化合形式的氢
若以质量计，在丰度序列中占第九位。
多反常的性质，例如超导性、低粘滞性等。
CuCl2 + 2H = Cu + 2HCl
BaSO4 + 8H = BaS + 4H2O
2 氢气的制备
（1）实验室制法 实验室里，常利用稀盐酸或稀硫酸与锌等活泼金属作用 制取氢气。该法制得的氢需要经过纯化。
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 H 2 O + 2 e– H2 + 2 OH–
姆赛 ) 与雷利合作，他们经过不懈的努力，除去空气的所有已
知成分，在 1894 年第一次从空气中分离出氩 Ar 。随后，He、 Ne、Kr和Xe也从空气中先后分离出来。
18-2-1 稀有气体的性质和用途
物理性质：无色、无嗅、无味的单原子气体。 He 氦是所有气体中最难液化的，大约 2.2K 时液氦会由 一种液态转变到另一种液态。温度在2.2K以下的液氦具有许
离子型氢化物以及复合氢化物均具有很强的还原性。 TiCl4 + 4 NaH = Ti + 4 NaCl + 2 H2(g)
2
分子型氢化物
p 区元素的氢化物属于分子型晶体，这类氢化物具有熔、
沸点低的特点，通常条件下多为气体。 它们在水中的行为大不相同：HCl，HBr，HI 等在水中完 全解离，使溶液显强酸性；H2S，HF 等在水中部分解离显弱酸 性；NH3 和 PH3 等使其水溶液显弱碱性；硅、硼的氢化物同水 作用时生成含氧酸并放出氢气；甲烷与水基本不发生作用。
有的物理性质。
18-2 稀有气体
价电子 层结构
He
Ne
Ar
3s23p6
Kr
4s24p6
Xe
5s25p6
Rn
6s26p6
1s2 2s22p6
稀有气体的发现： “第三位小数的胜利”
英国物理学家 Rayleigh( 雷利 ) 发现，分解氮的化合物得来
的氮气每升 1.251g ，而从空气中分离出来的氮气每升 1.257g 。 他坚信自己的实验结果，但又百思不得其解。W. Ramsay ( + 2 H 2 O + 4 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，在阳
极上生成 Cl2，电解池中得到 NaOH 的同时，阴极上放出 H2 。
工业生产上大量需要的氢气是靠催化裂解天然气得到的。 CH4 + H2O = CO + 3 H2
C3H18 + 3 H2O = 3 CO + 7 H2
工业生产上也利用水蒸气通过红热的炭层来获得氢气，可 通过红热的氧化铁后用水洗涤，将CO除去。 C (红热) + H2O(g) 1273K CO(g) + H2(g)
18-1-3 氢气的用途
氢气重要的用途之一是作为合成氨工业的原料。
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。 WO3 + 3 H2 = W + 3 H2O TiCl4 + 2 H2 = Ti + 4 HCl 氢气在氧气或空气中燃烧时，火焰温度可以达到3273K左 右，工业上利用此反应切割和焊接金属。 氢气是重要的无污染燃料。
18-1-4 氢化物
1 离子型氢化物 氢同碱金属及多数碱土金属在较高的温度下直接化合时， 生成离子型氢化物，其中含有 H- 离子。 离子型氢化物可与水发生剧烈反应，放出氢气。
NaH(s) + H2O(l) = H2(g) + NaOH(aq)
在非水极性溶剂中，离子型氢化物能与一些缺电子化合物 结合生成复合氢化物，如： 4 LiH + AlCl3 = LiAlH4 + 3 LiCl
在较高温度下，可与许多金属（NaH）和非金属（HCl）反 应得到相应的氢化物。
高温下，氢气是一个非常好的还原剂（CuO），还可使许多 有机化合物加氢还原。
检验反应：PdCl2(aq) + H2 = Pd(s) + 2HCl(aq) H2受热发生离解，得到原子氢，它是更强的还原剂。 As + 3H = AsH3
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。
3 金属型氢化物
d 区元素和 f 区元素一般都能形成金属型氢化物。从组成
上看，这些氢化物有的是整比化合物，如 CrH2，NiH，CuH 和 ZnH2；有的则是非整比化合物，如 PdH0.8 和一些 f 区元素
的氢化物等。
Pt 在任何条件下都不能形成氢化物，但氢可在 Pt 表面上 形成化学吸附氢化物，从而使 Pt 在加氢反应中有广泛的催化 作用。 这些金属氢化物基本上保留着金属光泽，导电性等金属特