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;
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