西昌学院：《无机化学》课程教学资源（PPT课件）第十三章 氢和稀有气体 Hydrogen and rare gases

第四篇元素化学（一）非金属 第13章氢和稀有气体 Chapter 13 Hydrogen and rare gases

第13 章氢和稀有气体 Chapter 13 Hydrogen and rare gases 第四篇 元素化学(一) 非金属

元素化学学习 要求 1. 物质的存在 2. 物质的性质（物理性质、化学性质） 3. 重要单质、化合物的主要工业和实验室制法； 4. 重要单质、化合物的用途（应用） 参考资料：《基础元素化学》 西昌学院精品课程：http:/www.xcac,sc.cn

1. 物质的存在 元素化学学习 要求 4. 重要单质、化合物的 用途（应用） 2. 物质的性质(物理性质、化学性质) 3. 重要单质、化合物的主要工业和实验室制法； 参考资料：《基础元素化学》 西昌学院精品课程：http://www.xcac.sc.cn

本章教学要求 了解氢在周期表中的位置； 2. 了解氢的存在和用途，掌握氢的主要工业和实 验室制法； 3.认识氢的三种同位素； 4.掌握二元氢化物的分类及其特点 5. 了解稀有气体的发现简史，单质、化合物的性质 6. 掌握用VSEPR理论来判断稀有气体化合物的结构

1. 了解氢在周期表中的位置； 本章教学要求 5. 了解稀有气体的发现简史，单质、化合物的性质 6. 掌握用VSEPR理论来判断稀有气体化合物的结构。 4. 掌握二元氢化物的分类及其特点； 3. 认识氢的三种同位素； 2. 了解氢的存在和用途，掌握氢的主要工业和实 验室制法；

13.1 本章内容 氢 hydrogen 13.2 稀有气体 rare gases

本 章 内 容 13.1 氢 hydrogen 13.2 稀有气体 rare gases

He Li Be B N Ne Na Mg H Si P K Ca Sc Ti V C Cu Zn Ga Ge As Se Br K Rb Sr Y Zr Nb M Ag Cd In Sn Sb Te Xe Cs La Ta W Re ne 4 Rn 氢是周期表中唯一尚未找到确切位 118 置的元素 sblo La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Ac Th Pa U Np Am Cm Bk fblock

H 氢是周期表中唯一尚未找到确切位 置的元素.· · · · · ·

13.1氢 13.1.1氢的存在和物理性质 氢是宇宙中丰度最高的元素，在地球上的丰度排在第15位.某些矿物 (例如石油、天然气)和水是氢的主要资源，大气中H,的含量很低是因为 它太轻而容易脱离地球引力场 元素的相对丰度是指该元素相对于该原子的原子数 偶数的元素比与之相邻的奇数元素更稳定 偶数 102030405060708090 原子序数

13.1.1 氢的存在和物理性质 氢是宇宙中丰度最高的元素，在地球上的丰度排在第15位. 某些矿物 ( 例如石油、天然气)和水是氢的主要资源，大气中 H2的含量很低是因为 它太轻而容易脱离地球引力场. 13.1 氢 10 20 30 40 50 60 70 80 90 8 6 4 2 0 –2 Pb Bi Pb Th Xe Sc Fe O 原子序数 lo g（相 对 丰 度） 偶数Z 奇数Z 元素的相对丰度是指该元素相对于该原子的原子数 偶数的元素比与之相邻的奇数元素更稳定

★氢的存在状态 氢的状态 金属氢(S) 液态氢① 固态氢(s) 密度/gcm3 0.562 0.071 0.089 H,(g) 3x10%kPa (s) 11000K 2.5×108kPa H,(g) H(s) 77K 金刚石砧 大气层顶 ★木星结构 云层顶 根据先锋飞船探测得知， 李全周餐 液 岩石核心 木星大气含氢82%，氨17%， 其它元素<1%

大 气 层 顶 云 层 顶 液 氢 液态金属氢 岩 石 核 心 ★ 木星结构 根据先锋飞船探测得知， 木星大气含氢82%，氦17%， 其它元素<1%. ★ 氢的存在状态 (s) 11000K 3 10 kPa H (g) 8 2 属氢  H(s) 77K 2.5 10 kPa H (g) 8 2  金刚石砧 氢的状态 金属氢(s) 液态氢(l) 固态氢(s) 密度/g·cm-3 0.562 0.071 0.089

核性质 ★同位素 主要同位素有3种，此外还有瞬间即逝的H和5H重氢以重水 (D20)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 英文名称 表示方法 符号 说明 氕（音撒） protium H H 稳定同位素 氘（音刀） deuterium ?H D 稳定同位素 氘（音川 tritium 3H T 放射性同位素 *气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”， ★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，例如1BF3与BF3的键焓、蒸汽压和路易斯酸性几 乎相等.然而，质量相对差特大的氢同位素却表现不同，例如： H D H2O D20 标准沸点/℃ -252.8 -249.7 100.00 101.42 平均键焓/kJmo1 436.0 443.3 463.5 470.9

★ 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%. 核性质 ★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，例如 10BF3与 11BF3的键焓、蒸汽压和路易斯酸性几 乎相等. 然而，质量相对差特大的氢同位素却表现不同，例如： 中文名 英文名称 表示方法 符号 说明 氕*(音撇) protium 1H H 稳定同位素 氘 (音刀) deuterium 2H D 稳定同位素 氚(音川) tritium 3H T 放射性同位素 * 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”. H2 D2 H2O D2O 标准沸点/℃ –252.8 –249.7 100.00 101.42 平均键焓/ kJ•mol–1 436.0 443.3 463.5 470.9

H2O和D2,O之间沸点的差异反映了O··H 一0氢键不如0···D一0氢键强.相同化学环境 下键焓高于键焓的现象在很大程度上是由零点能 的差别引起的.零点能低时键焓相对比较高，零点 势 能高时键焓相对比较低.氢同位素造成的性质差 H-H键培 别大得足以找到某些实际应用.例如，由于DO中 D-D键培 D-O键的键焓相对比较高，电解速率应当低于， H的零点能 其结果是在电解水而得到的残液中得以富集。 D的零点能 ★制备 H,D2分子的势能曲线 利用重水与水的差别，富集重水，再以任一种从水中制H2的方 法从D2O中获得D. 慢中子轰击锂产生H：Li+n→H+He 我国首座重水堆核电站一 泰山三核用上国产核燃料

★制备 利用重水与水的差别，富集重水，再以任一种从水中制 H2的方 法从 D2O 中获得 D. 慢中子轰击锂产生 3 1H ： Li n H He 4 2 3 1 1 0 6 3    H2O 和 D2O 之间沸点的差异反映了O· · ·H —O 氢键不如 O· · ·D—O氢键强. 相同化学环境 下 键焓高于键焓的现象在很大程度上是由零点能 的差别引起的.零点能低时键焓相对比较高，零点 能高时键焓相对比较低. 氢同位素造成的性质差 别大得足以找到某些实际应用. 例如，由于D2O中 D–O键的键焓相对比较高，电解速率应当低于， 其结果是在电解水而得到的残液中得以富集. 我国首座重水堆核电站— 泰山三核用上国产核燃料 势 能 H–H 键焓 D–D 键焓 H2的零点能 D2的零点能 H2 , D2分子的势能曲线 R

13.1.2氢的性质和氢化物 H在化学反应中的几种成键情况 (1)氢原子失去1个电子成质子H; (2)氢原子失去1个电子成质子H; (③)氢原子与其它电负性不大的非金属原子通过共价键 结合，形成共价型氢化物

H2在化学反应中的几种成键情况 13.1.2 氢的性质和氢化物 (1) 氢原子失去1个电子成质子H+ ; (2)氢原子失去1个电子成质子H- ; (3) 氢原子与其它电负性不大的非金属原子通过共价键 结合，形成共价型氢化物