元素化学 稀有气体及氢化物

化学性质
XeF4 + H 2 Xe + 4 HF ; →
130o C
3 3 XeF4 + 6 H 2O XeO3 + 2 Xe + O2 + 12 HF ; → 2 HF XeF4 + Pt → PtF4 + Xe; XeOF2 + H 2 Xe + 2 HF →
400o C
完全水解与不完全水解
• 其它反应： 其它反应：
XeF6 +SiO 2 → XeO F4 +SiF4 ↑ 2XeF6 +XO 3 → 3XeO F4
盛放 氟化 物的 容器？ 容器？
5.结构： 结构： 结构 a.XeF2——sp3d杂化，直线形，孤对电子 杂化， 杂化 直线形， 3； ； b.XeF4——sp3d2杂化，平面正方形，孤对 杂化，平面正方形， 电子2； 电子 ； c.XeF6——sp3d3杂化，变形八面体，孤对 杂化，变形八面体， 电子1。 电子 。 *电离能小的稀有气体原子当与电负性很大 电离能小的稀有气体原子当与电负性很大 电离能小的 的原子接近时，5p电子跃迁到5d轨道上 电子跃迁到5d轨道上， 的原子接近时，5p电子跃迁到5d轨道上， 以单电子形成共价键。 以单电子形成共价键。
5、稀有气体的应用 、
• 光学：氦、氖激光器、氩离子激光器、霓 光学： 氖激光器、氩离子激光器、 虹灯； 虹灯； • 冶金：氩和氦焊接提供惰性气氛； 冶金：氩和氦焊接提供惰性气氛； • 医学：氙灯能放射紫外线，氪、氙、氡的 医学：氙灯能放射紫外线， 同位素被用来测量脑血流量； 同位素被用来测量脑血流量； • 核聚变原料； 核聚变原料； • 其它：代替氢气（氦气球），超低温技术 其它：代替氢气（氦气球）， ），超低温技术
1、稀有气体的发现 、
• 第一发现的是氩； 第一发现的是氩； • 从地球之外发现的氦； 从地球之外发现的氦； • 经过多方努力，从空气的分馏物中又发现了氖， 经过多方努力，从空气的分馏物中又发现了氖， 意外地又发现了氪； 意外地又发现了氪； • 空气中分馏得到氙； 空气中分馏得到氙； • 从放射性矿物中发现了氡。 从放射性矿物中发现了氡。 *契而不舍的科学家 契而不舍的科学家——莱姆赛（He、Ar、Ne、 莱姆赛（ 契而不舍的科学家 莱姆赛 He、Ar、Ne、 Ke、Xe的发现均与他有关 的发现均与他有关) Ke、Xe的发现均与他有关)； *元素周期系的指导作用。 元素周期系的指导作用。
2、稀有气体的分布 、
• 在地壳（包括大气层、水层和岩石圈）、 在地壳（包括大气层、水层和岩石圈）、 太阳和其它星球上都有分布； 太阳和其它星球上都有分布； • 分布量极不均匀：地壳中含量极少；但就 分布量极不均匀：地壳中含量极少； 整个宇宙而言其含量居第二。 整个宇宙而言其含量居第二。
3、稀有气体的分离 、
1175kJ/mol
O2+PtF6-
• 等体积的 等体积的PtF6与Xe混合，得到一种红色的离子 混合， 混合 得到一种红色的离子 固体： 型固体：Xe+PtF6- ∆rHm0=-66.56kJ/mol
（1）氙的化学： ）氙的化学： • 稀有气体原子中最活泼的一个； 稀有气体原子中最活泼的一个； • 最先合成出的稀有气体化合物： 最先合成出的稀有气体化合物：
• 利用稀有气体的沸点不同： 利用稀有气体的沸点不同： He：-268.9 ； Ne：-243.1； Ar：-185.9 ； ： ： ； ： Ke：-153.4 ； Xe：-108.1 ； N2：-195.8； ： ： ； O2：-183.0 设计的分馏方案： Ar逸出（O2不逸出？） 逸出（ 不逸出？ 设计的分馏方案： 逸出
蒸馏 [O2、Xe、Ke、Ar]（液态） 、 、 （液态） 、 空气液化 +Cu （？） [Ke、Xe、O2 ] 、 、 液化除氮 [N2、He、Ne]（气态） 、 （气态） 、 （？） [He、Ne] 、 +Ca
• 用Cu脱氧：Cu＋O2 CuO 脱氧： ＋ 脱氧 T<500K（？），可以将稀有气体中的氧降 （ ），可以将稀有气体中的氧降 至ppm级； 级 • 用Ca脱氮：3Ca＋N2 Ca3N2 脱氮： 脱氮 ＋ T～700K，须先脱氧！（？） ！（？ ～ ，须先脱氧！（
第三章 稀有气体、氢 及其化合物
一、稀有气体的一般性质
• 最外层都有 个电子； 最外层都有8个电子 个电子； • 化学性质非常不活泼：高电离能、接近于 化学性质非常不活泼：高电离能、 零的电子亲合能(?)； 零的电子亲合能 ； • 单原子分子的形式存在，彼此之间仅存微 单原子分子的形式存在， 弱的分子间力； 弱的分子间力； • 熔、沸点、蒸发热、水中的溶解度均低； 沸点、蒸发热、水中的溶解度均低； • 一般靠物理方法（分级蒸馏或选择性吸附） 一般靠物理方法（分级蒸馏或选择性吸附） 进行分离。 进行分离。
• 英国化学家卡的文什实验时发现残余气体。 英国化学家卡的文什实验时发现残余气体。 • 100年后，英国物理学家发现由空气得到的氮 年后， 年后 的密度和用氮化物制得的氮的密度不一样 前者1.2572g/L，后者 （前者 ，后者1.2507g/L)Ne,经光 经光 谱分析，才发现为一种新的元素Ke。 谱分析，才发现为一种新的元素 。 • 日全食观察中，在太阳光谱中发现的新元素 日全食观察中， He。
加拿大化学家巴特列发现： 加拿大化学家巴特列发现： • O2+PtF6 O2+PtF6• 极强的氧化剂 极强的氧化剂PtF6从O2中夺取了电子的结果； 中夺取了电子的结果；
直径 电离能I 电离能 1 晶格能
Xe
400pm
180kJ/mol
1170kJ/mol
XePtF6?
O2
400pm
180kJ/mol
化学性质
讨论
1.都具有氧化性，且随n值增大，氧化性增强： 都具有氧化性，且随 值增大 氧化性增强： 值增大， 都具有氧化性 • XeF2、XeF4、XeF6同H2反应的温度分别是 400、130、25°C ； 、 、 ° 同水反应生成XeO3，而XeF2不 • XeF4、XeF6同水反应生成 反应； 反应； 2.都是氟化剂：随n增大，氟化能力增大（同 都是氟化剂： 增大， 都是氟化剂 增大 氟化能力增大（ 氧化能力）； 氧化能力）； 3.XeF6的化学性质最活泼：室温下 的化学性质最活泼：室温下XeF2、 XeF4不与 不与SiO2反应，而XeF6在室温下就反 反应， 应。
二、稀有气体元素的化合物
• 最初探究卤化物的形成 最初探究卤化物的形成——基本不成功； 基本不成功； 基本不成功 • 稀有气体的包合物： 稀有气体的包合物： 1。包合物：大分子（主体分子）包容着小分 。包合物：大分子（主体分子） 客体分子），靠分子间力结合； ），靠分子间力结合 子（客体分子），靠分子间力结合； 2。稀有气体的水包合物 。稀有气体的水包合物——稀有气体分子填 稀有气体分子填 充在氢键骨架之中； 充在氢键骨架之中； 3。稀有气体的氢醌包合物 。稀有气体的氢醌包合物——稀有气体分子 稀有气体分子 填充在氢醌组合形成的骨架中； 填充在氢醌组合形成的骨架中； • 复合氟化物 复合氟化物——开创了稀有气体化合物的合 开创了稀有气体化合物的合 成
8
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*注意合成条件和不同的浓度配比： 注意合成条件和不同的浓度配比： 注意合成条件和不同的浓度配比 只能在密闭的镍反应器中加热进行。 只能在密闭的镍反应器中加热进行。
稀有气体元素的化合物为什么 首先合成出的是Xe的 首先合成出的是 的？
氟与氙的化合物： 氟与氙的化合物： • 催化剂对氙的氟化物的形成尤为重要， 催化剂对氙的氟化物的形成尤为重要， 特别是钴、 特别是钴、镍、钙的氟化物以及银和镍 的氧化物； 的氧化物； • 有些化合物还可以选择性的催化：如 有些化合物还可以选择性的催化： MgF2催化生成 催化生成XeF2，NiF2只催化生成 XeF6； • F与Xe体系只生成 体系只生成XeFn，n＝2、4、6没 与 体系只生成 ， ＝ 、 、 没 有奇数的化合物。 有奇数的化合物。
的特点： （2）XeFn的特点： ） 的特点
• 制备以加热合成较有意义，控制不同的 制备以加热合成较有意义，控制不同的F 的平衡体系的特点； －Xe比，利用 －Xe的平衡体系的特点； 比 利用F－ 的平衡体系的特点
物理性质
• 密度、熔点、键能、键长均随n值增大而减 密度、熔点、键能、键长均随 值增大而减 小； • 有时，某些性质呈现两头大中间小的趋势： 有时，某些性质呈现两头大中间小的趋势： 如在无水HF中的溶解度唯独 中的溶解度唯独XeF4不溶，其 不溶， 如在无水 中的溶解度唯独 它都溶； 它都溶；
Xe+F2 XeF2 → Xe+2F2 XeF4 → Xe+3F2 XeF6 →
573K,6.18×10 5Pa Xe:F2 =1:20 873K,6.18×10 5Pa Xe:F2 =1:5 637K,1.03×10 5Pa Xe:F2 =2:1
K=8.79 × 10 4 K=1.07 × 10 K=1.01× 10
区别于 氟化剂 是氟的 受体
注意氟桥键与一般氟氙键的区别！ 注意氟桥键与一般氟氙键的区别！
• 与水反应： 与水反应：
1 XeF2 +H2O → Xe+2HF+ O2 2 6XeF4 +12H2O → 2XeO3 +4Xe+24HF+3O2 XeF6 +3H2O → XeO3 +6HF XeF6 +3H2O → XeOF4 +2HF
X eF6 + 3 H 2 X e + 6 H F ; → X eF6 + 6 H g X e + 3 H g 2 F 2 ; → X eF6 + H 2 O X eO F 4 + 2 H F ; → X eF6 + 3 H 2 O X eO 3 + 6 H F ; → 2 X eF6 + S iO 2 2 X eO F 4 + S iF 4 ; → 2 X eO F + S iO 2 2 X e 2 O 2 F 2 + S iF 4 ; → → 2 X e 2 O 2 F 2 + S iO 2 2 X eO 3 + S iF 4 ; → X eF6 + 6 H C l X e + 3 C l 2 + 6 H F ; → X eF6 + 8 N H 3 X e + N 2 + 6 N H 4 F