第十三章氫和稀有氣體第一頁，共二十五頁，2022年，8月28日13-1-1氫的存在和物理性質(zhì)同位素11H(氕)12D(氘)13T(氚)相對原子質(zhì)量amu1.0078252.0141023.01605自然界中含量99.9844%0.0156%不穩(wěn)定單質(zhì)氫是無色無嗅的氣體,沸點20.28K,在標況下的密度0.08987kg·L-1,是所有氣體中密度最低的.將氫氣深度冷凍并加壓可轉(zhuǎn)變成液體,在13.84K時轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鞴腆w.氫可被某些金屬(如鈀、鉑)吸附,如室溫時,一體積細鈀粉大約吸收900體積的氫氣.被吸附后的氫氣有很強的化學(xué)活潑性.氫有三種同位素:第二頁，共二十五頁，2022年，8月28日問題13-1.1:氫有哪幾種同位素?其性質(zhì)和用途有何不同?(C級掌握)答案13-1.2:什么是正氫和仲氫?性質(zhì)有何區(qū)別?(C級了解)答案第三頁，共二十五頁，2022年，8月28日解:氫有三種同位素,分別是普通氫或氕(11H或H),重氫或氘(12H或D)和氚(13H或T).它們的化學(xué)性質(zhì)相同,但由于所含中子數(shù)不同,從而引起的物理性質(zhì)如放射性等方面的性質(zhì)是不同的.如H2的沸點為20.4K,熔點為14.0K,而D2的沸點為23.5K,熔點為18.65K.另外它們的用途也不同.氘與原子反應(yīng)堆中的重水有關(guān),并廣泛應(yīng)用于反應(yīng)機理的研究和光譜分析.氚與核聚變反應(yīng)有關(guān),也可用做示蹤原子.第四頁，共二十五頁，2022年，8月28日解:在雙原子氫分子內(nèi),兩個氫原子核自旋方向相同的叫正氫,兩核自旋相反的叫仲氫.在低溫時,仲氫比例較高.正氫和仲氫的化學(xué)性質(zhì)相同,但物理性質(zhì)如熔點,沸點則稍有差異.第五頁，共二十五頁，2022年，8月28日一:氫的化學(xué)性質(zhì)13-1.3:總結(jié)氫的幾種成鍵情況,并各舉一例說明(C級掌握)

答案13-1.4:歸納總結(jié)H2的主要化學(xué)性質(zhì)(C級掌握)

答案13-1-2氫的化學(xué)性質(zhì)和氫化物第六頁，共二十五頁，2022年，8月28日解:主要有三種成鍵方式:(1)氫原子失去1個電子成為H+(質(zhì)子).如酸在水中的解離反應(yīng).(2)氫原子得到1個電子成為H-.主要存在于氫和ⅠA,ⅡA的金屬所形成的離子型氫化物的晶體中.如MgH2,LiH等(3)氫與其他電負性不大的非金屬原子通過共用電子對形成共價型氫化物.如CH4,H2O等.第七頁，共二十五頁，2022年，8月28日解:H2的主要化學(xué)性質(zhì)有:氫的可燃性

H2(g)+1/2O2(g)==H2O(l)

△Hθ=-286.5kJ/mol(2)氫的還原性

氫可以和許多金屬氧化物,鹵化物等在加熱的情況下相互發(fā)生反應(yīng),顯示氫的還原性

PdCl2(aq)+H2==Pd(s)+2HCl(aq)(3)氫的氧化性

氫可以和ⅠA族ⅡA族(除Be，Mg)活潑金屬相互反應(yīng)，生成離子型氫化物。

H2+2Li==2LiH第八頁，共二十五頁，2022年，8月28日(4)加合反應(yīng)

2H2+CO==CH3OH

CH≡CH+H2==CH2=CH2(5)氫與某些金屬生成金屬型氫化物

氫氣可以與某些金屬反應(yīng)生成一類外觀似金屬的金屬型氫化物，在這類氫化物中氫與金屬的比值有的是整數(shù)比，有的是非整數(shù)比的。第九頁，共二十五頁，2022年，8月28日氫與其它元素形成的二元化合物稱為氫化物.根據(jù)與氫化合的元素電負性不同,生成的氫化物可劃分為如下三種類型:離子型:ⅠA和ⅡA的氫化物;金屬型(過渡型):ⅠB到ⅧB的氫化物;分子型:ⅢA到ⅧA的氫化物二:氫的氫化物第十頁，共二十五頁，2022年，8月28日13-1.5:總結(jié)三種類型氫化物的性質(zhì)特點(C級了解)問題解:離子型氫化物一般穩(wěn)定性較差,在熔融溫度以前分解為單質(zhì)(除LiH、BaH2外),遇水分解成金屬氫氧化物和氫氣.均屬強還原劑,在高溫下可以還原金屬氯化物、氧化物及含氧酸鹽.第十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日

分子型氫化物屬于分子晶體,具有低熔沸點.有的可與水反應(yīng),而有的解離顯酸性或堿性.

金屬型氫化物有金屬光澤,密度比相應(yīng)的金屬要小.從化學(xué)性質(zhì)上,鈹、鎂、鑭系金屬、錒系金屬等的氫化物多類似于離子型氫化物;而In、Tl、銅族、鋅族金屬的氫化物則多類似于共價型氫化物,從而這類氫化物也稱為過渡型氫化物.第十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日性質(zhì)HeNeArKrXeRn原子序數(shù)21018365486原子量4.0020.1839.9583.80131.3222.0價電子結(jié)構(gòu)1s22s22p63s23p64s24p65s25p66s26p6范氏半徑(pm)122160191198--第I電離勢(kJ/mol)237220811521135111701037第II電離勢(kJ/mol)52503952266623502046-1.稀有氣體元素的基本性質(zhì)見下表。13-2-2存在,分離,性質(zhì),制備和用途一:稀有氣體的性質(zhì)第十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日13-2.1:為什么稀有氣體元素的電離勢隨原子序數(shù)的增大而依次減小?(C級掌握)問題解:因隨原子序數(shù)的增大其原子半徑也依次增大,最外層電子離核就越遠,核對其吸引力越弱,則電子越易失去,所以電離勢就依次減小.第十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日性

質(zhì)HeNeArKrXeRn顏

色無色無色無色無色無色無色光譜顏色

(放電管中)黃紅藍淡藍藍綠-氣體密度(g/L)0.17850.90021.78093.7085.8519.73熔

點(K)0.95*24.584.0116.6161.2202.2沸

點(K)4.2527.387.5120.3166.1208.2溶解度(mol/L,293K)13.814.737.973110.9-臨界溫度(K)5.2544.45153.15210.65289.75377.65氣化熱(kJ/mol)0.091.86.39.713.718.02.稀有氣體的物理性質(zhì)*:在2.6MPa下第十五頁，共二十五頁，2022年，8月28日13-2.2:為什么稀有氣體的單質(zhì)是由單原子而非雙原子組成?單質(zhì)的熔沸點,溶解度以及氣化熱均隨分子量的增大而增加?(C級掌握)

答案13-2.3:為什么稀有氣體單質(zhì)的熔沸點比一般共價化合物的都低?(B級掌握)

答案問題第十六頁，共二十五頁，2022年，8月28日解:因稀有氣體元素基態(tài)原子價電子層除氦為2個電子外,其余均為8電子構(gòu)型,它們的價電子層均已達飽和,是穩(wěn)定電子構(gòu)型,不能與另一個原子形成共價鍵,因此以單原子組成其單質(zhì).它們的單質(zhì)均為非極性共價分子,隨著原子序數(shù)的增加,其分子半徑增大,分子的變形性就增大,色散力也就增大,即分子間作用力增大,則分子的熔沸點,溶解度以及氣化熱也就隨之而增加.第十七頁，共二十五頁，2022年，8月28日解:因稀有氣體分子是球形對稱的單原子非極性分子,與一般共價分子相比,其分子體積較小,變形性也小,導(dǎo)致其分子間作用力即色散力很弱,所以單質(zhì)的熔沸點就比一般共價化合物的都低.如氦的沸點(4.25K)是已知物質(zhì)中最低的.第十八頁，共二十五頁，2022年，8月28日三:稀有氣體的制備(自學(xué))四:稀有氣體的用途(自學(xué))13-2.4:首次合成出的稀有氣體化合物是什么?其結(jié)構(gòu)如何?解:是Xe+PtF6-.它是一種橙黃色固體,為配合物.Xe+與PtF6-以離子鍵相結(jié)合,而PtF6-為正八面體構(gòu)型的離子.問題13-2-3稀有氣體化合物第十九頁，共二十五頁，2022年，8月28日氧化態(tài)化合物色態(tài)熔點(K)分子

形狀性

質(zhì)ⅡXeF2無色

晶體402直線形強氧化劑,水解為Xe,HF和O2,易溶于液態(tài)HF中ⅣXeF4同上390平面四邊形穩(wěn)定,完全水解后生成XeO3,Xe,O2,HFXeOF2同上304變形T型不穩(wěn)定一:氙的主要化合物第二十頁，共二十五頁，2022年，8月28日氧化態(tài)化合物色態(tài)熔點

(K)分子形狀性

質(zhì)ⅥXeF6無色晶體322.5變形八面體穩(wěn)定,可完全水解為XeO3和HF;與HCl反應(yīng)生成Xe,Cl2,HF.XeOF4同上227四方錐穩(wěn)定XeO3同上-三角錐體吸潮,在溶液中穩(wěn)定,爆炸性分解,是強氧化劑,與Mn2+,NH3,Fe2+,HCl等均可反應(yīng).ⅧXeO4同上-四面體易爆炸,氧化性比XeO3更盛.XeO64-無色鹽-八面體也以HXeO63-,H2XeO62-,H3XeO6-等形式存在,強氧化劑第二十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日二:稀有氣體化合物的分子結(jié)構(gòu)化合物價電子對數(shù)孤電子對數(shù)空間構(gòu)型分子形狀XeF253

XeF462

XeF671

第二十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日化合物價電子對數(shù)孤電子對數(shù)空間構(gòu)型分子形狀XeOF461

XeO341

XeO440

第二十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日13-2.5:請分別用價電子對互斥理論和雜化軌道理論解釋XeOF4分子的成鍵情況和分子空間構(gòu)型(B級掌握)解:價電子對互斥理論:m=(8-2-1×4)÷2=1,z=1+5=6.即有6對價電子,則價電子對空間構(gòu)型為八面體.由于6對價電子中有5對形成5個σ鍵,1對為孤對電子,該孤對電子處于從錐底伸向與錐體相反的方向,則分子空間構(gòu)型為四方錐體.問題第二十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日雜化軌道理論:中心Xe的價軌