文档介绍：第十章氢稀有气体
§10-1 氢
一、氢的同位素
,其中主要的是三种:氕(H)、氘(H)、氚(H)。
与D2 性质比较
①物理性质 D2 的熔点、沸点较高,熔化热、蒸发热较大;
②化学性质相同,但反应速率与平衡常数不同,D2 的活化能较大,反应速率较小。
二、氢的成键类型
,氢形成 H- 离子。
,与其它非金属结合形成极性共价键。
①非整比化合物(间隙化合物);②氢桥键;③氢键。
三、氢的性质
①物理性质密度最小、扩散速度最大的气体;几乎不溶于水,很难液化。
②化学性质活性分析:在较低温度下不活泼(∵离解能很大∴反应的活化能很高)
高温下活性大增(能发生链式反应,速度很大)
主要反应与非金属;与活泼金属;与氧化物卤化物;加氢反应;
①制备通过电弧或低压放电使H2离解。
②,化学活性大结合为H2放大量热(产生4000℃高温),很强还原性。
③应用焊接高熔点金属。
四、氢的制备
(前者价廉,后者较纯)
净化方法通过洗气瓶除杂。Pb(NO3)2(除H2S)、KOH(除SO2)、KMnO4(除PH3、AsH3)、
浓H2SO4(除H2O)。
①碳还原法(水煤气法);②电解法(电解水、电解饱和食盐水溶液);③转化法(由烃类如甲烷等催化转化)④工业生产副产物(媒干馏、天然气和石油气催化裂解、烃类脱氢等)
Si + 2 NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2 H2↑
。(目前催化效率可达23%,仍有待突破)
五、氢化物
(类盐型) 极活泼金属(ⅠA、Ca 、Sr 、Ba)与氢作用
白色盐状固体,极易水解,强还原性,在非水溶剂中与缺电子化合物结合成复合氢化物。
(分子型) 与非金属结合。熔点、沸点较低,通常条件下许多为气体。
(间充型) 氢与d区金属和Be 、Mg 、In 、Tl 作用。类型有间隙固溶体、间隙化合物。有金属光泽,导电、导热,熔点高,硬度大,脆性大,密度小于基体金属。
§10-2 稀有气体
一、发现史
,英测定氮气密度,
g·L-1, g·L-1,后与化学家莱姆赛合作从空气中分离出一种惰性的气体(约占空气的1%),取名为氩(不活泼之意)。历史上称为“第三位小数的胜利”。在后面的几年内从空气中陆续发现了He 、Kr 、Ne 、Xe ,1900年在放射性矿物中发现Rn 。
,用PtF6与O2反应,得到一种红色晶体,经鉴定为O2+[PtF6]-。 kJ·mol-1, kJ·mol-1相近,他用 PtF6与Xe在室温下进行反应,也得到一种红色晶体,经鉴定为Xe[PtF6],从而破除“惰性气体”不发生反应的旧观点,现已制得了数百种稀有气体的化合物。
二、He 的特性
, K。
,低温下有两种液相,其中液He (Ⅱ) 具有超导性。(尚无法解释)
(在接近0 K时需加25 atm 才成为固体)
(Ⅲ) 在地球上不存在,但在月球上因为无大气,则宇宙射线的中子与He (Ⅱ)结合,形成了He (Ⅲ),并经几十亿年积累。He (Ⅲ)与氘可发生热核聚变,放出大量能量,三趟宇宙飞船带回的He (Ⅲ)可供地球一年的动力。
三、稀有气体的一些用途
填充气球、飞艇;配制潜水用人造空气;气体温度计;分光器刻度划分标准;霓虹灯(发淡红色光);超低温致冷剂( K 低温)
霓虹灯(发红色光,再加入部分Hg蒸气,则发蓝色光);指示泡。
充填灯泡;氩弧焊保护性气体;冶炼保护性气体(拉半导体Si 、Ge单晶);氩灯(光度虽弱,但耗电极低,用于信号灯、机场跑道灯)
高压长弧氙灯;万次闪光灯。
其同位素用于测量脑血流量、肺功能、胰岛素分泌量等。
治疗肿瘤的医用放射源。
四、稀有气体的制取
液态空气的分馏,先分出N2 ,然后是稀有气体,最后是氧气。
五、稀有气体重要化合物
XeF2 ,XeF4 ,XeF6 。(强氧化性,易水解性。用作氧