哈尔滨医科大学：《无机化学》课程教学资源（PPT课件）第十二章 s 区元素

第十二章S区元素 第一节 氢 第二节 碱金属和碱土金属元素概述 第三节 碱金属和碱土金属元素的单质 第四节 碱金属和碱土金属元素的化合物 第五节 锂、铍的特殊性和对角线规则

第十二章 s 区元素 第一节 氢 第二节 碱金属和碱土金属元素概述 第三节 碱金属和碱土金属元素的单质 第四节 碱金属和碱土金属元素的化合物 第五节 锂、铍的特殊性和对角线规则

第一节氢 、 物理性质 二、 化学性质 三、 氢气的制备 四、 氢化物 合

第一节 氢 一、物理性质 二、化学性质 三、氢气的制备 四、氢化物

一、物理性质 氢元素在自然界主要以化合物的形式存在，水 是含氢最丰富的化合物。 氢元素有氕、氘、氚三种同位素。自然界中的 氢中，1H的摩尔分数为99.985%，H的摩尔分数为 0.015%,H的摩尔分数极小，大约1017个氢原子中 才有1个H原子。 D,O称为重水，在原子能工业中大量地用作核 反应堆的减速剂和冷却剂，也用于制造氢弹的装料 氘或氘化锂。重水还用于合成氘的各种标记化 合物

无机化学 一、物理性质 氢元素在自然界主要以化合物的形式存在，水 是含氢最丰富的化合物。 氢元素有氕、氘、氚三种同位素。自然界中的 氢中， 的摩尔分数为 99.985%， 的摩尔分数为 0.015%， 的摩尔分数极小，大约 1017 个氢原子中 才有 1个 原子。 D2O 称为重水，在原子能工业中大量地用作核 反应堆的减速剂和冷却剂，也用于制造氢弹的装料 ──氘或氘化锂。重水还用于合成氘的各种标记化 合物。 1 1 H 2 1 H 3 1 H 3 1 H

氢气是一种无色无味的气体，在0℃、101.325 kPa下密度为0.090gL1,约为空气密度的1/14。氢 气在水中的溶解度很小，0℃时1L水仅能溶解20 mL氢气。 氢气容易被镍、钯、铂等金属吸收而不改变金 属的结构，钯对氢气的吸收能力最强，室温下1体 积粉末状的金属铯大约吸收900体积的氢气。 氢气的沸点为20.38K,凝固点为13.92K,无 论在气态、液态或固态，氢气都不导电

无机化学 氢气是一种无色无味的气体，在 0 ℃、101.325 kPa 下密度为 0.090 g·L-1，约为空气密度的 1/14。氢 气在水中的溶解度很小，0 ℃ 时 1 L 水仅能溶解 20 mL 氢气。 氢气容易被镍、钯、铂等金属吸收而不改变金 属的结构，钯对氢气的吸收能力最强，室温下 1 体 积粉末状的金属铯大约吸收 900 体积的氢气。 氢气的沸点为 20.38 K，凝固点为 13.92 K，无 论在气态、液态或固态，氢气都不导电

二、化学性质 H—H键的键能为436 kJ.mol-1,比一般共价 单键高得多，而与共价双键接近。因此，在常温 下氢分子相对来说具有一定程度的化学惰性。 氢气与氟气在暗处也能迅速反应，在一250℃ 的低温也能与液态或固态氟反应。在常温常压下， 氢气与其他卤素单质和氧气都不发生反应。 氢气与卤素单质或氧气的混合物经点燃或光 照都会猛烈地发生化合反应。在某些温度下，当 混合气体中氢气的体积分数在一定范围内时甚至 会发生爆炸。氢气与氯气或溴气的混合物在高于 400℃时，在暗处发生爆炸式化合反应，而氢气与 典则在温度高于500℃时才能化合。在室温下， 在强光照射下氢气与氯气的混合气体极易爆炸

无机化学 二、化学性质 H—H 键的键能为 436 kJ·mol－1，比一般共价 单键高得多，而与共价双键接近。因此，在常温 下氢分子相对来说具有一定程度的化学惰性。 氢气与氟气在暗处也能迅速反应，在－250℃ 的低温也能与液态或固态氟反应。在常温常压下, 氢气与其他卤素单质和氧气都不发生反应。 氢气与卤素单质或氧气的混合物经点燃或光 照都会猛烈地发生化合反应。在某些温度下，当 混合气体中氢气的体积分数在一定范围内时甚至 会发生爆炸。氢气与氯气或溴气的混合物在高于 400 ℃时, 在暗处发生爆炸式化合反应, 而氢气与 碘则在温度高于 500 ℃时才能化合。在室温下， 在强光照射下氢气与氯气的混合气体极易爆炸

氢气在氧气或空气中燃烧，火焰可高达3000℃。 氢气与疏或硒在250C时可直接化合。氢气与 氨气在催化剂存在下或电弧放电情况下才能化合。 高温下氢气可以与碱金属、碱土金属（铍和镁除 外)、第14族金属单质等直接作用生成氢化物。 氢气与氧化锰及在金属活泼性顺序中排在锰后 的金属的氧化物在适当温度下加热时，发生化学反 应，金属氧化物被还原为金属： MnO+H,-Mn+H,O 在室温下，只要很少化合物直接被氢气还原， 如氯化钯溶液在常温下被氢气还原为金属钯： PdCl,+H,=Pd↓+2HCI

无机化学 氢气在氧气或空气中燃烧,火焰可高达3000 ℃。 氢气与硫或硒在 250 ℃时可直接化合。氢气与 氮气在催化剂存在下或电弧放电情况下才能化合。 高温下氢气可以与碱金属、碱土金属(铍和镁除 外)、第 14 族金属单质等直接作用生成氢化物。 氢气与氧化锰及在金属活泼性顺序中排在锰后 的金属的氧化物在适当温度下加热时，发生化学反 应，金属氧化物被还原为金属： MnO + H Mn + H O 2 2 在室温下，只要很少化合物直接被氢气还原， 如氯化钯溶液在常温下被氢气还原为金属钯： PdCl + H Pd + 2HCl 2 2 ↓

许多金属的卤化物或其他盐都能被氢气还原。 不能被氢气还原的卤化物，如果其中的金属元素能 生成氢化物，可以加入一种不生成氢化物的金属单 质作还原剂，来制备前一种金属元素的氢化物： 2LiCl+Mg+H,-MgCl,+2LiH CaCl2+Mg +H2 -MgCl2+CaH2

无机化学 许多金属的卤化物或其他盐都能被氢气还原。 不能被氢气还原的卤化物，如果其中的金属元素能 生成氢化物，可以加入一种不生成氢化物的金属单 质作还原剂，来制备前一种金属元素的氢化物: 2 2 2LiCl + Mg + H MgCl + 2LiH CaCl + Mg + H MgCl + CaH 2 2 2 2

三、氢气的制备 实验室常利用稀盐酸或稀硫酸与锌、铁等活泼 金属反应制取少量氢气。 在氯碱工业中，氢气是电解饱和食盐水溶液制 取NaOH的副产品。在工业生产中，主要是利用在 高温下用焦炭还原水蒸气制取氢气： ,0+C00° 催化剂 H2+CO 在野外工作时，常用氢化钙与水作用制取氢气： CaH,2H,O=Ca(OH),+2H, 也可以用硅与氢氧化钠溶液作用制取氢气： Si+2NaOH+H,O=Na,SiO,+2H21

无机化学 三、氢气的制备 实验室常利用稀盐酸或稀硫酸与锌、铁等活泼 金属反应制取少量氢气。 H O + C H + CO 2 2 在氯碱工业中，氢气是电解饱和食盐水溶液制 取 NaOH 的副产品。在工业生产中，主要是利用在 高温下用焦炭还原水蒸气制取氢气： 1000℃ 催化剂 在野外工作时，常用氢化钙与水作用制取氢气： 也可以用硅与氢氧化钠溶液作用制取氢气： CaH + 2H O Ca(OH) + 2H 2 2 2 2 ↑ Si + 2NaOH + H O Na SiO + 2H 2 2 3 2 ↑

四、氢化物 氢元素与其他元素生成的二元化合物，称为氢 化物。氢化物分为离子型氢化物、金属型氢化物和 分子型氢化物。 (一)离子型氢化物 氢元素与碱金属元素和碱土金属元素(B、Mg 元素除外)形成的氢化物称为离子型氢化物。 离子型氢化物都是白色晶体，常因含少量金属 而呈淡灰色至黑色，当温度超过500℃时熔化或分 解。离子型氢化物的密度都比相应金属的密度大

无机化学 四、氢化物 氢元素与其他元素生成的二元化合物，称为氢 化物。氢化物分为离子型氢化物、金属型氢化物和 分子型氢化物。 (一) 离子型氢化物 氢元素与碱金属元素和碱土金属元素(Be、Mg 元素除外)形成的氢化物称为离子型氢化物。 离子型氢化物都是白色晶体，常因含少量金属 而呈淡灰色至黑色，当温度超过 500℃ 时熔化或分 解。离子型氢化物的密度都比相应金属的密度大

离子型氢化物都能与水反应，放出氢气。反应 活性由锂到铯、由钙到钡依次增大。氢化钙的反应 活性远不如氢化锂。氢化钙与水温和地发生反应， 氢化锂、氢化锶、氢化钡则与水猛烈地发生反应， 而氢化钠、氢化钾、氢化如、氢化铯则与水极为剧 烈地发生反应。氢化钠与水反应放出的大量热能使 产生的氢气燃烧，氢化如和氢化铯甚至可以在干燥 的空气中燃烧。 氢化钙常用作氢气发生剂和干燥剂。 氢化锂与某些缺电子化合物反应制备配位氢化 物。LiAIH4和LBH4都具有较强的还原性， 常用于 有机化学反应中。 氢化钠比较价廉，而且又是比金属钠温和的还 原剂，因此常用于有机还原反应中

无机化学 离子型氢化物都能与水反应，放出氢气。反应 活性由锂到铯、由钙到钡依次增大。氢化钙的反应 活性远不如氢化锂。氢化钙与水温和地发生反应， 氢化锂、氢化锶、氢化钡则与水猛烈地发生反应， 而氢化钠、氢化钾、氢化铷、氢化铯则与水极为剧 烈地发生反应。氢化钠与水反应放出的大量热能使 产生的氢气燃烧，氢化铷和氢化铯甚至可以在干燥 的空气中燃烧。 氢化钙常用作氢气发生剂和干燥剂。 氢化锂与某些缺电子化合物反应制备配位氢化 物。LiAlH4 和 LiBH4 都具有较强的还原性，常用于 有机化学反应中。 氢化钠比较价廉，而且又是比金属钠温和的还 原剂，因此常用于有机还原反应中