第 13 章 氢和稀有气体

第 11 章 氢 和 稀 有 气 体 教 学 要 求 1 掌 握 氢 原 子 的 性 质 成 键 特 征 氢 化 物 2 了 解 稀 有 气 体 的 原 子 结 构 性 质 和 用 途 教 学 重 点 氢 的 物 理 性 质 与 化 学 性 质 教 学 难 点 稀 有 气 体 化 合 物 的 性 质 教 学 时 数 4 学 时 教 学 内 容 11-1 氢 11-2 稀 有 气 体 教 学 方 法 与 媒 体 讲 解,ppt 展 示 11-1 氢 11.1.1 概 述 1 氢 在 周 期 表 中 的 位 置 氢 是 周 期 表 中 的 第 一 个 元 素, 它 在 所 有 元 素 中 具 有 最 简 单 的 原 子 结 构 它 由 一 个 带 +1 电 荷 的 核 和 一 个 轨 道 电 子 组 成 碱 金 属 也 都 具 有 一 个 外 层 轨 道 电 子, 但 它 们 在 反 应 中 很 容 易 失 去 这 个 电 子 而 生 成 正 离 子 ; 与 此 相 反, 氢 不 容 易 失 去 这 个 电 子, 而 是 使 这 个 电 子 配 对 生 成 一 个 共 价 键 卤 素 像 氢 一 样, 比 稀 有 气 体 结 构 缺 少 一 个 电 子 在 许 多 反 应 中, 卤 素 容 易 获 得 一 个 电 子 而 生 成 负 离 子 ; 但 氢 只 有 在 同 高 电 正 性 的 金 属 反 应 时 才 会 获 得 电 子 而 生 成 负 离 子 氢 的 这 些 独 特 性 质 是 由 氢 的 独 特 的 原 子 结 构 氢 原 子 特 别 小 的 半 径 和 低 的 电 负 性 决 定 的 因 为 它 的 性 质 与 碱 金 属 和 卤 素 的 性 质 都 不 相 同, 使 得 很 难 把 它 放 在 周 期 表 中 的 一 个 合 适 位 置 上 在 元 素 周 期 表 中, 按 原 子 序 数 把 氢 放 在 第 IA 族 元 素 的 位 置 上 2 氢 的 同 位 素 同 一 种 元 素 的 原 子 具 有 不 同 的 质 量 数, 这 些 原 子 就 叫 同 位 素 质 量 数 产 生 差 异 的 原 因 是 原 子 核 中 含 有 不 同 的 中 子 氢 有 三 种 同 位 素 : 1 1H ( 氕, 符 号 H), 2 1H ( 氘, 符 号 D) 和 3 1H ( 氚, 符 号 T) 在 它 们 的 核 中 分 别 含 有 0 1 和 2 个 中 子, 它 们 的 质 量 数 分 别 为 1,

陇 南 师 范 高 等 专 科 学 校 生 化 系 无 机 化 学 ( 下 册 ) 2,3 自 然 界 中 普 通 氢 内 H 同 位 素 的 丰 度 最 大, 原 子 百 分 比 占 99.98%, D 占 0.016%,T 的 存 在 量 仅 为 H 的 10-17 11.1.2 氢 的 物 理 性 质 和 化 学 性 质 1 物 理 性 质 单 质 氢 是 由 两 个 H 原 子 以 共 价 单 键 的 形 式 结 合 而 成 的 双 原 子 分 子, 其 键 长 为 74pm 氢 是 已 知 的 最 轻 的 气 体, 无 色 无 臭, 几 乎 不 溶 于 水 ( 273K 时 1dm 3 的 水 仅 能 溶 解 0.02dm 3 的 氢 ), 氢 比 空 气 轻 14.38 倍, 具 有 很 大 的 扩 散 速 度 和 很 高 的 导 热 性 将 氢 冷 却 到 20K 时, 气 态 氢 可 被 液 化 液 态 氢 可 以 把 除 氦 以 外 的 其 它 气 体 冷 却 都 转 变 为 固 体 同 温 同 压 下, 氢 气 的 密 度 最 小, 常 用 来 填 充 气 球 2 化 学 性 质 ⑴ 常 温 下 氢 气 不 活 泼 但 在 常 温 下 能 与 单 质 氟 在 暗 处 迅 速 反 应 生 成 HF, 而 与 其 它 卤 素 或 氧 不 发 生 反 应 高 温 下, 氢 气 是 一 个 非 常 好 的 还 原 剂 1 氢 气 能 在 空 气 中 燃 烧 生 成 水, 氢 气 燃 烧 时 火 焰 可 以 达 到 3273K 左 右, 工 业 上 常 利 用 此 反 应 切 割 和 焊 接 金 属 2H 2 (g)+o 2 (g)=2h 2 O(l) r H θ m =-571.66kJ/mol 2 高 温 下, 氢 气 还 能 同 卤 素 N 2 等 非 金 属 反 应, 生 成 共 价 型 氢 化 物 大 量 的 氢 用 于 生 产 氨 3 高 温 下 氢 气 与 活 泼 金 属 反 应, 生 成 金 属 氢 化 物 H 2 + 2Na 2NaH 4 高 温 下, 氢 气 还 能 还 原 许 多 金 属 氧 化 物 或 金 属 卤 化 物 为 金 属 : H 2 + CuO == Cu + H 2 O 3H 2 + WO 3 === W + 3H 2 O 能 被 还 原 的 金 属 是 那 些 在 电 化 学 顺 序 中 位 置 低 于 铁 的 金 属 这 类 反 应 多 用 来 制 备 纯 金 属 ⑵ 在 有 机 化 学 中, 氢 的 重 要 反 应 是 加 氢 反 应 和 还 原 反 应 这 类 反 应 广 泛 应 用 于 将 植 物 油 通 过 加 氢 反 应, 由 液 体 变 为 固 体, 生 产 人 造 黄 油 也 用 于 把 硝 基 苯 还 原 成 苯 胺 ( 印 染 工 业 ), 把 苯 还 原 成 环 己 烷 ( 生 产 尼 龙 -66 的 原 料 ) 在 催 化 剂 作 用 下 氢 同 CO 反 应 生 成 甲 醇 等 等 ⑶ 氢 分 子 虽 然 很 稳 定, 但 在 高 温 下, 在 电 弧 中, 或 进 行 低 压 放 电, 或 在 紫 外 线 的 照 射 下, 氢 分 子 能 发 生 离 解 作 用, 得 到 原 子 氢 H 2 2 H Δ r H m = 436kJ/mol 所 得 原 子 氢 仅 能 存 在 半 秒 钟, 随 后 便 重 新 结 合 成 分 子 氢, 并 放 出 大 量 的 热, 温 度 高 达 4273K, 形 成 原 子 氢 焰, 用 于 焊 接 高 熔 点 金 属 2

第 11 章 氢 和 稀 有 气 体 原 子 氢 是 一 种 比 分 子 氢 更 强 的 还 原 剂 它 可 以 与 锗 锡 砷 锑 硫 等 直 接 作 用 生 成 相 应 氢 化 物 ; 还 能 将 某 些 金 属 氧 化 物 或 卤 化 物 迅 速 还 原 为 金 属, 甚 至 能 将 某 些 含 氧 酸 盐 还 原 11.1.3 氢 的 成 键 特 征 As+3H== AsH 3 CuCl 2 +2H==Cu+2HCl BaSO 4 +8H==BaS+4H 2 O 氢 原 子 的 价 电 子 层 结 构 为 1s 1 子 化 合 时, 可 以 形 成 : 1 离 子 键, 电 负 性 为 2.2, 当 氢 原 子 同 其 它 元 素 的 原 当 H 与 电 负 性 很 小 的 活 泼 金 属 ( 如 Na K Ca 等 ) 形 成 氧 化 物 时, H 获 得 1 个 电 子 形 成 氢 负 离 子 这 个 离 子 因 具 有 较 大 的 半 径 208pm, 仅 存 在 于 离 子 型 氢 化 物 的 晶 体 中 2 共 价 键 1 两 个 H 原 子 能 形 成 一 个 非 极 性 的 共 价 单 键, 如 H 2 分 子 2 H 原 子 与 非 金 属 元 素 的 原 子 化 合 时, 形 成 极 性 共 价 键, 例 如 HCl 分 子 键 的 极 性 随 非 金 属 元 素 原 子 的 电 负 性 增 大 而 增 强 3 特 殊 的 键 型 1 H 原 子 可 以 填 充 到 许 多 过 渡 金 属 晶 格 的 空 隙 中, 形 成 一 类 非 整 比 化 合 物, 一 般 称 之 为 金 属 型 氢 化 物, 例 如 : ZrH 1.30 和 LaH 2.87 等 2 在 硼 氢 化 合 物 ( 例 如 乙 硼 烷 B 2 H 6 ) 和 某 些 过 渡 金 属 配 合 物 ( 例 如 H[Cr(CO) 5 ] 2 ) 中 均 存 在 着 氢 桥 键 3 能 形 成 氢 键 在 含 有 强 极 性 键 的 共 价 氢 化 物 中, 近 乎 裸 露 的 H 原 子 核 可 以 定 向 吸 收 邻 近 电 负 性 高 的 原 子 ( 如 F O N 等 ) 上 的 孤 电 子 对 而 形 成 分 子 间 或 分 子 内 氢 键 例 如 在 HF 分 子 间 存 在 着 很 强 的 氢 键 11.1.4 氢 化 物 氢 与 其 它 元 素 形 成 的 二 元 化 合 物 叫 做 氢 化 物 除 稀 有 气 体 以 外, 大 多 数 的 元 素 都 能 与 氢 结 合 生 成 氢 化 物 依 据 元 素 电 负 性 的 不 同, 氢 化 物 可 以 分 为 三 大 类 : 1 离 子 型 或 类 盐 型 氢 化 物 ⑴ 在 周 期 表 中 的 位 置 在 周 期 表 中, 活 泼 性 最 强 的 碱 金 属 和 碱 土 金 属 能 够 与 氢 在 较 高 的 温 度 下 直 接 化 合, 氢 获 得 一 个 电 子 成 为 离 子, 生 成 离 子 型 氢 化 物 2Na+H 2 ===2NaH Ca+H 2 ===CaH 2 3

陇 南 师 范 高 等 专 科 学 校 生 化 系 无 机 化 学 ( 下 册 ) 碱 金 属 氢 化 物 具 有 NaCl 晶 格,H - 离 子 占 在 面 心 立 方 晶 格 的 结 点 上, H - 与 X - 所 带 电 荷 相 同, 它 的 半 径 在 F - 和 Cl - 的 半 径 大 小 之 间 ( 理 论 值 208pm, 实 测 值 126~154pm), 如 此 大 的 变 化 幅 度 说 明 原 子 核 对 核 外 电 子 的 控 制 较 松 弛 ⑵ 物 理 性 质 离 子 型 氢 化 物 都 是 白 色 盐 状 晶 体, 常 因 含 少 量 金 属 而 显 灰 色 除 LiH 和 BaH 2 具 有 较 高 的 熔 点 ( LiH 965K, BaH 2 1473K ) 外, 其 它 氢 化 物 均 熔 化 前 就 分 解 成 单 质 离 子 型 氢 化 物 不 溶 于 非 水 溶 剂, 但 能 溶 解 在 熔 融 的 碱 金 属 卤 化 物 中 离 子 型 氢 化 物 熔 化 时 能 导 电, 并 在 阳 极 上 放 出 氢 气, 这 一 事 实 证 明 了 离 子 型 氢 化 物 都 含 有 负 氢 离 子 ⑶ 化 学 性 质 H - 半 径 较 大, 容 易 变 形, 离 子 型 氢 化 物 具 有 很 高 的 活 性 1 离 子 型 氢 化 物 都 具 有 很 高 的 反 应 活 性, 与 水 发 生 激 烈 的 反 应, 放 出 氢 气 : NaH + H 2 O === NaOH + H 2 利 用 这 一 特 性, 有 时 可 用 离 子 型 氢 化 物 如 CaH 2 除 去 水 蒸 气 或 溶 剂 中 微 量 的 水 分 但 水 量 较 多 时 不 能 使 用 此 法, 因 为 这 是 一 个 放 热 反 应, 能 使 产 生 的 氢 气 燃 烧 这 个 反 应 的 实 质 是 H + + H - === H 2 2 离 子 型 氢 化 物 都 是 强 还 原 剂, 尤 其 在 高 温 之 下 可 还 原 金 属 氯 化 物 氧 化 物 和 含 氧 酸 盐 : TiCl 4 + 4NaH =====Ti + 4NaCl + 2H 2 PbSO 4 +2CaH 2 =====PbS+2Ca(OH) 2 3 离 子 型 氢 化 物 在 非 水 溶 剂 中 能 与 一 些 缺 电 子 化 合 物 ( 如 B 3+ Al 3+ Ga 3+ ) 结 合 成 复 合 氢 化 物, 而 表 现 出 强 碱 性 例 如 : 乙 醚 2LiH + B 2 H 6 ==== 2Li[BH 4 ] 4 乙 醚 4LiH + AlCl 3 ==== Li[AlH 4 ] + 3LiCl 4

第 11 章 氢 和 稀 有 气 体 这 类 氢 化 物 还 有 LiGaH 4 Al(BH 4 ) 3 等, 它 们 被 广 泛 的 用 于 有 机 和 无 机 合 成 中 作 为 还 原 剂 或 在 野 外 用 做 生 氢 剂, 因 为 它 们 与 水 猛 烈 反 应 生 成 氢 气 虽 然 十 分 方 便, 但 价 格 十 分 昂 贵 2 共 价 型 或 分 子 型 氢 化 物 ⑴ 在 周 期 表 中 的 位 置 在 周 期 表 中, p 区 元 素 的 单 质 ( 稀 有 气 体 铟 铊 除 外 ) 与 氢 结 合 生 成 的 氢 化 物 属 于 共 价 型 氢 化 物, 亦 称 为 分 子 型 氢 化 物 根 据 它 们 结 构 中 电 子 数 和 键 数 的 差 异, 分 三 种 存 在 形 式 : 1 缺 电 子 氢 化 物 第 IIIA 族 B 与 Al 的 氢 化 物 都 属 于 缺 电 子 氢 化 物 例 如 在 B 2 H 6 分 子 中, 中 心 原 子 硼 未 满 足 8 电 子 构 型, 在 这 个 分 子 中, 两 个 B 原 子 通 过 氢 桥 键 连 在 一 起, 形 成 一 个 三 中 心 两 电 子 键 再 如, 由 于 氢 化 铝 也 是 缺 电 子 化 合 物, 所 以 氢 化 铝 是 聚 合 型 的 (AlH 3 )n. 两 个 Al 原 子 之 间 也 是 通 过 氢 桥 键 连 结 在 一 起 的 5

陇 南 师 范 高 等 专 科 学 校 生 化 系 无 机 化 学 ( 下 册 ) 2 满 电 子 氢 化 物 第 IVA 族 的 C Si 等 均 有 4 个 价 电 子, 在 形 成 CH 4 SiH 4 时, 中 心 原 子 的 价 电 子 全 部 参 与 成 键, 没 有 剩 余 的 非 键 合 电 子, 满 足 了 8 电 子 构 型, 形 成 满 电 子 氢 化 物 CH 4 SiH 4 等 均 为 正 四 面 体 结 构 3 富 电 子 氢 化 物 第 V VI VIIA 族 的 氢 化 物 都 属 于 富 电 子 氢 化 物 例 如 NH 3 H 2 O HF 等, 中 心 原 子 成 键 后, 还 有 剩 余 未 成 键 的 孤 电 子 对, 由 于 孤 电 子 对 对 成 键 电 子 的 排 斥 作 用, 使 NH 3 分 子 成 为 三 角 锥 形, H 2 O 分 子 为 V 形, HF 是 通 过 氢 键 而 缔 合 的 链 状 结 构 等 ⑵ 物 理 性 质 p 区 氢 化 物 属 于 分 子 型 晶 体, 它 们 是 由 单 个 的 饱 和 共 价 分 子 通 过 很 弱 的 范 德 华 力, 或 在 某 些 情 况 下 通 过 氢 键 把 分 子 结 合 在 一 起 而 构 成 的 这 种 结 构 使 得 共 价 型 氢 化 物 的 熔 沸 点 比 较 低, 一 般 条 件 下 多 为 气 体, 比 较 软, 有 挥 发 性, 没 有 导 电 性 等 ⑶ 化 学 性 质 由 于 分 子 型 氢 化 物 共 价 键 的 极 性 差 别 较 大, 所 以 它 们 的 化 学 性 质 比 较 复 杂 例 如 单 就 与 水 的 反 应 来 说 : 1 C Ge Sn P As Sb 等 的 氢 化 物 不 与 水 作 用 2 Si B 的 氢 化 物 与 水 作 用 时 放 出 氢 气 SiH 4 + 4H 2 O H 4 SiO 4 + 4H 2 3 N 的 氢 化 物 NH 3 在 水 中 溶 解 并 发 生 加 合 作 用 而 使 溶 液 显 弱 碱 性 : 4 S Se Te F 等 的 氢 化 物 H 2 S H 2 Se H 2 Te HF 等 在 水 中 除 发 生 溶 解 作 用 外, 还 会 发 生 弱 的 酸 式 电 离 而 使 溶 液 显 弱 酸 性 5 Cl Br I 的 氢 化 物 在 水 中 则 发 生 强 的 酸 式 电 离 而 使 溶 液 显 强 酸 性 HCl HBr 和 HI 都 具 有 还 原 性, 同 族 氢 化 物 的 还 原 能 力 随 原 子 序 数 的 增 加 而 增 强 3 金 属 型 或 过 渡 型 氢 化 物 6

第 11 章 氢 和 稀 有 气 体 ⑴ 在 周 期 表 中 的 位 置 d 区 或 过 渡 金 属 的 钪 族 钛 族 钒 族 以 及 铬 镍 钯 镧 系 和 锕 系 的 所 有 元 素, 还 有 s 区 的 Be 和 Mg, 与 氢 生 成 确 定 的 二 元 氢 化 物 它 们 被 称 为 过 渡 型 氢 化 物 ⑵ 性 质 过 渡 型 氢 化 物 基 本 上 保 留 着 金 属 的 外 观 特 征, 有 金 属 光 泽, 具 有 导 电 性, 它 们 的 导 电 性 随 氢 含 量 的 改 变 而 改 变 这 些 氢 化 物 还 表 现 有 其 它 金 属 性 如 磁 性 等 所 以 这 些 氢 化 物 又 叫 做 金 属 型 氢 化 物 1 金 属 型 氢 化 物 的 密 度 比 母 体 金 属 的 密 度 低, 某 些 过 渡 金 属 能 够 可 逆 的 吸 收 和 释 放 氢 气 2 在 大 多 数 情 况 下, 金 属 型 氢 化 物 的 性 质 与 母 体 金 属 的 性 质 非 常 相 似 例 如 它 们 都 具 有 强 还 原 性 等 3 从 组 成 上 看, 金 属 型 氢 化 物 有 的 是 正 比 化 合 物, 如 CrH 2 NiH, 有 的 是 非 整 比 化 合 物, 如 VH 0.56 TaH 0.76 ZrH 1.75 等 4 过 渡 金 属 吸 氢 后 往 往 发 生 晶 格 膨 胀, 产 物 的 密 度 比 母 体 金 属 的 大 5 在 大 多 数 情 况 下, 金 属 型 氢 化 物 的 性 质 与 母 体 金 属 的 性 质 非 常 相 似 例 如 它 们 都 具 有 强 还 原 性 等 6 1 体 积 金 属 Pd 可 吸 收 900 体 积 H 2, 减 压 或 加 热 可 使 其 分 解, 利 用 这 个 性 质 可 以 制 备 高 纯 氢, 也 可 作 可 逆 储 氢 材 料 11.1.5 制 备 方 法 ( 自 学 ) (1) 实 验 室 方 法 1 化 学 法 常 利 用 稀 盐 酸 或 稀 硫 酸 与 锌 或 铁 等 活 泼 金 属 作 用 制 备 氢 气 需 经 纯 化 后 才 能 得 到 纯 净 的 氢 气 实 验 室 制 氢 气 中 杂 质 来 源 与 除 去 方 法 7

陇 南 师 范 高 等 专 科 学 校 生 化 系 无 机 化 学 ( 下 册 ) 氢 气 中 杂 质 杂 质 来 源 除 去 方 法 H 2 S 锌 中 含 微 量 ZnS H 2 S + Pb 2+ + 2H 2 O PbS + 2H 3 O + AsH 3 锌 和 硫 酸 中 含 微 量 As AsH 3 +3Ag 2 SO 4 +3H 2 O 6Ag+H 3 AsO 3 +3H 2 SO 4 SO 2 锌 还 原 H 2 SO 4 产 生 SO 2 + 2KOH K 2 SO 3 + H 2 O 2 电 解 法 在 电 解 法 中, 采 用 质 量 分 数 为 25% 的 NaOH 或 KOH 溶 液 作 为 电 解 液, 电 解 法 制 得 的 氢 气 比 化 学 法 纯 (2) 工 业 生 产 方 法 1 用 碳 来 还 原 水 蒸 气 制 取 氢 气 用 赤 热 的 碳 与 水 蒸 气 在 1273K 的 高 温 下 反 应 的 H 2 与 CO 的 混 合 气 体 俗 称 水 煤 气 水 煤 气 可 以 用 做 工 业 燃 料, 此 时 H 2 与 CO 不 必 分 离, 为 了 制 备 H 2, 必 须 分 离 CO 具 体 分 离 方 法 是 : 用 氧 化 铁 Fe 2 O 3 为 催 化 剂, 将 水 煤 气 与 水 蒸 气 一 起 通 过 红 热 的 Fe 2 O 3,CO 就 回 转 变 成 CO 2, 然 后 在 下 用 水 洗 涤 CO 2 和 H 2 的 混 合 气 体, 使 CO 2 溶 于 水 而 分 离 出 H 2 用 煤 来 制 取 氢 的 方 法, 成 本 过 于 昂 贵 2 在 天 然 气 丰 富 的 国 家 里, 采 用 烃 类 裂 解 的 方 法 ( 甲 烷 高 温 裂 解 ) 制 取 氢 其 它 烃 类 如 石 脑 油 和 柴 油 也 可 以 用 作 氢 原 料 * 石 脑 油 是 石 油 产 品 之 一 英 文 名 称 Naphtha, 别 名 轻 汽 油 化 工 轻 油, 是 由 C 4 -C 12 烷 烃 环 烷 烃 芳 烃 烯 烃 组 成 的 混 合 物 3 水 蒸 气 转 换 法 制 取 氢 得 到 水 煤 气 也 必 须 分 离 出 CO, 方 法 繁 琐, 不 如 用 烃 类 直 接 裂 解 的 方 法 4 在 石 油 化 学 工 业 中, 由 烷 烃 制 取 烯 烃 反 应 的 副 产 物 即 氢 气 可 直 接 用 于 合 成 氨 或 石 油 的 精 细 加 工 等 生 产 中 5 盐 型 氢 化 物 与 水 反 应 也 可 以 制 取 氢 气 : NaH + H 2 O NaOH + H 2 6 用 硅 与 碱 反 应 制 备 氢 气 : Si + 2NaOH + H 2 O Na 2 SiO 3 + 2H 2 7 配 合 催 化 太 阳 能 分 解 水 法 8

第 11 章 氢 和 稀 有 气 体 νh 三 (2,2 联 吡 啶 ) 合 钌 (Ⅱ)(2a) 2a*( 已 活 化 ) 1 2(2a*) H2O H 2 O2 2(2a) 2 光 能 2a 既 是 电 子 给 予 体, 又 是 电 子 接 受 体, 在 光 能 的 激 发 下, 可 以 向 水 分 子 转 移 电 子, 使 H + 变 为 H 2 放 出. 最 近, 日 本 有 人 把 太 阳 能 电 池 板 与 水 电 解 槽 连 接 在 一 起, 电 解 部 分 的 材 料 在 产 生 氢 气 一 侧 使 用 钼 氧 化 钴, 产 生 氧 气 一 侧 则 使 用 镍 氧 化 钴 使 用 1 平 方 米 太 阳 能 电 池 板 和 100 毫 升 电 解 溶 液, 每 小 时 可 制 作 氢 气 20 升, 纯 度 为 99.9%. 8 生 物 分 解 水 制 氢 生 物 体 分 解 水 不 需 要 电 和 高 温, 科 学 家 们 试 图 修 改 光 合 作 用 的 过 程 来 完 成 这 一 技 术 小 规 模 的 实 验 已 成 功 9 海 水 制 氢 原 理 : 当 可 见 光 照 射 在 半 导 体 膜 上 时, 电 子 被 激 发 进 入 导 带 而 留 下 空 穴 ( 低 能 级 的 电 子 空 间 ). 在 导 带 中 电 子 移 动 到 金 属 薄 膜 与 海 水 之 间 表 面 上, 水 即 被 还 原 产 生 H 2 同 时, 空 穴 迁 移 到 半 导 体 与 电 解 质 间 的 表 面, 来 自 Fe 2+ 的 电 子 填 充 空 穴 美 国 密 西 根 州 立 大 学 H. Ti Tien 教 授 的 装 置 可 见 光 硒 化 镍 镉 半 导 体 箔 H 2 (g) Fe(Ⅱ ),Fe(Ⅲ) 电 解 质 溶 液 海 水 制 氢 的 装 置 示 意 图 海 水 11.1.6 氢 能 源 ( 自 学 ) 我 们 知 道 氢 气 可 以 燃 烧, 并 且 在 燃 烧 时 产 生 大 量 的 热 按 每 千 克 燃 料 燃 烧 放 出 的 热 量 : H 2 气 120918kJ B 5 H 9 ( 戊 硼 烷 ) 64183kJ C 5 H 12 ( 戊 烷 ) 45367kJ 相 比 之 下, 氢 气 燃 烧 放 出 的 热 量 大 约 是 戊 烷 ( 汽 油 的 主 要 组 分 之 一 ) 的 三 倍 氢 气 可 算 是 一 种 高 能 燃 料 9

陇 南 师 范 高 等 专 科 学 校 生 化 系 无 机 化 学 ( 下 册 ) 氢 气 和 电 力 一 样, 是 一 种 二 级 能 源, 因 为 要 取 得 氢 气 必 须 用 一 种 来 自 一 级 能 源 如 石 油 煤 炭 太 阳 能 或 原 子 能 取 得 的 能 量, 并 把 这 种 能 量 转 化 为 电 能, 再 用 电 解 或 其 它 方 法 分 解 水 而 产 生 氢 气 使 用 氢 气 作 为 气 体 燃 料 的 最 大 优 点 是 它 不 会 造 成 污 染, 它 唯 一 燃 烧 产 物 是 水 气, 这 对 人 和 环 境 都 无 害 另 外, 氢 气 本 身 也 无 毒, 可 以 用 管 道 把 它 输 送 到 千 家 万 户, 在 充 分 注 意 安 全 使 用 的 条 件 下, 可 以 代 替 煤 气 或 天 然 气 作 为 民 用 和 工 业 用 的 燃 料 气 作 为 能 源, 氢 有 以 下 特 点 : (l) 所 有 元 素 中, 氢 重 量 最 轻 在 标 准 状 态 下, 它 的 密 度 为 0.0899g/l; 在 -252.7 C 时, 可 成 为 液 体, 若 将 压 力 增 大 到 数 百 个 大 气 压, 液 氢 就 可 变 为 金 属 氢 (2) 所 有 气 体 中, 氢 气 的 导 热 性 最 好, 比 大 多 数 气 体 的 导 热 系 数 高 出 10 倍, 因 此 在 能 源 工 业 中 氢 是 极 好 的 传 热 载 体 (3) 氢 是 自 然 界 存 在 最 普 遍 的 元 素, 据 估 计 它 构 成 了 宇 宙 质 量 的 75%, 除 空 气 中 含 有 氢 气 外, 它 主 要 以 化 合 物 的 形 态 贮 存 于 水 中, 而 水 是 地 球 上 最 广 泛 的 物 质 据 推 算, 如 把 海 水 中 的 氢 全 部 提 取 出 来, 它 所 产 生 的 总 热 量 比 地 球 上 所 有 化 石 燃 料 放 出 的 热 量 还 大 90O0 倍 (4) 除 核 燃 料 外 氢 的 发 热 值 是 所 有 化 石 燃 料 化 工 燃 料 和 生 物 燃 料 中 最 高 的, 为 142,351kJ/kg, 是 汽 油 发 热 值 的 3 倍 (5) 氢 燃 烧 性 能 好, 点 燃 快, 与 空 气 混 合 时 有 广 泛 的 可 燃 范 围, 而 且 燃 点 高, 燃 烧 速 度 快 (6) 氢 本 身 无 毒, 与 其 他 燃 料 相 比 氢 燃 烧 时 最 清 洁, 除 生 成 水 和 少 量 氮 化 氢 外 不 会 产 生 诸 如 一 氧 化 碳 二 氧 化 碳 碳 氢 化 合 物 铅 化 物 和 粉 尘 颗 粒 等 对 环 境 有 害 的 污 染 物 质, 少 量 的 氮 化 氢 经 过 适 当 处 理 也 不 会 污 染 环 境 巨, 而 且 燃 烧 生 成 的 水 还 可 继 续 制 氢, 反 复 循 环 使 用 (7) 氢 能 利 用 形 式 多, 既 可 以 通 过 燃 烧 产 生 热 能, 在 热 力 发 动 机 中 产 生 机 械 功, 又 可 以 作 为 能 源 材 料 用 于 燃 料 电 池, 或 转 换 成 固 态 氢 用 作 结 构 材 料 用 氢 代 替 煤 和 石 油, 不 需 对 现 有 的 技 术 装 备 作 重 大 的 改 造 现 在 的 内 燃 机 稍 加 改 装 即 可 使 用 (8) 氢 可 以 以 气 态 液 态 或 固 态 的 金 属 氢 化 物 出 现, 能 适 应 贮 运 及 各 种 应 用 环 境 的 不 同 要 求 由 以 上 特 点 可 以 看 出 氢 是 一 种 理 想 的 新 的 含 能 体 能 源 目 前 液 氢 已 广 泛 用 作 航 天 动 力 的 燃 料, 但 氢 能 的 大 规 模 的 商 业 应 用 还 有 待 解 决 以 下 关 键 问 题 : 目 前, 有 关 氢 能 源 研 究 的 三 大 课 题 是 : 1 氢 气 的 发 生 10

第 11 章 氢 和 稀 有 气 体 从 能 量 的 观 点 看, 利 用 太 阳 能 来 光 解 水 是 最 好 的 办 法, 太 阳 能 取 之 不 尽, 而 水 用 之 不 竭 但 光 解 水 的 工 作 尚 在 研 究 中, 现 在 还 达 不 到 生 产 性 的 规 模 2 氢 气 的 储 存 氢 气 是 一 种 密 度 最 低 的 气 体 常 温 常 压 下, 每 立 方 分 米 氢 气 不 到 0.09g 作 为 燃 料, 装 载 和 运 输 都 不 方 便 另 外, 它 同 空 气 接 触 容 易 引 起 爆 炸, 不 够 安 全 怎 样 把 氢 气 储 存 起 来 备 用 和 运 输, 就 成 为 氢 能 源 利 用 的 一 项 很 重 要 的 课 题 一 种 办 法 是 在 高 压 下 使 氢 气 连 续 冷 冻 和 绝 热 膨 胀, 使 之 液 化 成 为 液 态 氢 由 于 液 氢 的 沸 点 很 低, 常 温 下 它 的 蒸 汽 压 又 很 大, 所 以 必 须 把 它 装 在 特 制 的 高 压 容 器 里 储 存, 这 是 利 用 液 氢 的 一 个 很 大 的 障 碍 另 一 种 方 法 是 使 氢 气 与 某 些 金 属 生 成 金 属 型 氢 化 物 的 储 氢 方 法 例 如 过 渡 金 属 与 氢 气 在 一 定 条 件 下 作 用, 可 以 得 到 金 属 氢 化 物 ; 在 另 一 条 件 下, 这 类 氢 化 物 即 会 分 解 成 相 应 的 金 属 和 氢 气 这 是 一 种 金 属 或 合 金 吸 收 氢 和 放 出 氢 的 可 逆 过 程, 因 此 叫 做 可 逆 储 氢 这 类 金 属 或 合 金 即 称 为 储 氢 材 料 目 前 研 究 发 展 中 的 储 氢 合 金, 主 要 有 钛 系 储 氢 合 金 锆 系 储 氢 合 金 铁 系 储 氢 合 金 及 稀 土 系 储 氢 合 金 钯 和 铀 都 是 价 格 昂 贵 的 金 属 材 料, 用 它 们 储 氢 不 经 济 近 年 来, 人 们 研 究 的 镧 镍 合 金 由 于 价 格 较 便 宜, 在 空 气 中 稳 定, 储 氢 量 大, 因 而 被 认 为 是 一 种 很 有 希 望 的 储 氢 材 料 储 氢 合 金 还 有 将 储 氢 过 程 中 的 化 学 能 转 换 成 机 械 能 或 热 能 的 能 量 转 换 功 能 储 氢 合 金 在 吸 氢 时 放 热, 在 放 氢 时 吸 热, 利 用 这 种 放 热 - 吸 热 循 环, 可 进 行 热 的 储 存 和 传 输, 制 造 制 冷 或 采 暖 设 备 此 外 它 还 可 以 用 于 提 纯 和 回 收 氢 气, 它 可 将 氢 气 提 纯 到 很 高 的 纯 度 例 如, 采 用 储 氢 合 金, 可 以 以 很 低 的 成 本 获 得 纯 度 高 于 99.9999% 的 超 纯 氢 储 氢 合 金 的 飞 速 发 展, 给 氢 气 的 利 用 开 辟 了 一 条 广 阔 的 道 路 目 前 中 国 已 研 制 成 功 了 一 种 氢 能 汽 车, 它 使 用 储 氢 材 料 90 千 克, 可 行 驶 40 千 米, 时 速 超 过 50 千 米 今 后, 不 但 汽 车 会 采 用 燃 料 电 池, 飞 机 舰 艇 宇 宙 飞 船 等 运 载 工 具 也 将 使 用 燃 料 电 池, 作 为 其 主 要 或 辅 助 能 源 另 外 由 于 大 量 使 用 的 镍 镉 电 池 (Ni -Cd) 中 的 镉 有 毒, 使 废 电 池 处 理 复 杂, 环 境 受 到 污 染 镍 氢 电 池 与 镍 镉 电 池 相 比, 具 有 容 量 大 安 全 无 毒 和 使 用 寿 命 长 等 优 点 发 展 用 储 氢 合 金 制 造 的 镍 氢 电 池 (Ni-MH), 也 是 未 来 储 氢 材 料 应 用 的 另 一 个 重 要 领 域 3 氢 气 作 为 能 源 的 利 用 11

陇 南 师 范 高 等 专 科 学 校 生 化 系 无 机 化 学 ( 下 册 ) 氢 气 燃 烧 产 生 的 化 学 能 可 以 用 做 能 源, 氢 还 可 以 通 过 核 聚 变 反 应 产 生 核 能 氢 可 作 为 直 接 燃 料 用 于 火 箭 燃 氢 汽 车 燃 氢 飞 机 电 池 等 在 这 三 大 课 题 中, 氢 气 的 储 存 是 中 心 研 究 课 题, 因 为 它 同 能 量 储 存 和 能 量 回 收 的 问 题 紧 密 相 连 4 氢 的 应 用 及 展 望 早 在 第 二 次 世 界 大 战 期 间, 氢 即 用 作 A 2 火 箭 发 动 机 的 液 体 推 进 剂 196O 年 液 氢 首 次 用 作 航 天 动 力 燃 料 1970 年 美 国 发 射 的 阿 波 罗 登 月 飞 船 使 用 的 起 飞 火 箭 也 是 用 液 氢 作 燃 料 现 在 氢 已 是 火 箭 领 域 的 常 用 燃 料 了 对 现 代 航 天 飞 机 而 言, 减 轻 燃 料 自 重, 增 加 有 效 载 荷 变 得 更 为 重 要 氢 的 能 量 密 度 很 高, 是 普 通 汽 油 的 3 倍, 这 意 味 着 燃 料 的 自 重 可 减 轻 2/3, 这 对 航 天 飞 机 无 疑 是 极 为 有 利 的 今 天 的 航 天 飞 机 以 氢 作 为 发 动 机 的 推 进 剂, 以 纯 氧 作 为 氧 化 剂, 液 氢 就 装 在 外 部 推 进 剂 桶 内, 每 次 发 射 需 用 1450 m3, 重 约 100t 现 在 科 学 家 们 正 在 研 究 一 种 固 态 氢 的 宇 宙 飞 船 固 态 氢 既 作 为 飞 船 的 结 构 材 料, 又 作 为 飞 船 的 动 力 燃 料 在 飞 行 期 间, 飞 船 上 所 有 的 非 重 要 零 件 都 可 以 转 作 能 源 而 消 耗 掉 这 样 飞 船 在 宇 宙 中 就 能 飞 行 更 长 的 时 间 在 超 声 速 飞 机 和 远 程 洲 际 客 机 上 以 氢 作 动 力 燃 料 的 研 究 已 进 行 多 年, 目 前 已 进 人 样 机 和 试 飞 阶 段 在 交 通 运 输 方 面, 美 德 法 日 等 汽 车 大 国 早 已 推 出 以 氢 作 燃 料 的 示 范 汽 车, 并 进 行 了 几 十 万 公 里 的 道 路 运 行 试 验 其 中 美 德 法 等 国 是 采 用 氢 化 金 属 贮 氢, 而 日 本 则 采 用 液 氢 试 验 证 明, 以 氢 作 燃 料 的 汽 车 在 经 济 性 适 应 性 和 安 全 性 三 方 面 均 有 良 好 的 前 景, 但 目 前 仍 存 在 贮 氢 密 度 小 和 成 本 高 两 大 障 碍 前 者 使 汽 车 连 续 行 驶 的 路 程 受 限 制, 后 者 主 要 是 由 于 液 氢 供 应 系 统 费 用 过 高 造 成 的 美 国 和 加 拿 大 已 联 手 合 作 拟 在 铁 路 机 车 上 采 用 液 氢 作 燃 料 在 进 一 步 取 得 研 究 成 果 后, 从 加 拿 大 西 部 到 东 部 的 大 陆 铁 路 上 将 奔 驰 着 燃 用 液 氢 和 液 氧 的 机 车 氢 不 但 是 一 种 优 质 燃 料, 还 是 石 油 化 工 化 肥 和 冶 金 工 业 中 的 重 要 原 料 和 物 料 石 油 和 其 他 化 石 燃 料 的 精 炼 需 要 氢, 如 烃 的 增 氢 煤 的 气 化 重 油 的 精 炼 等 ; 化 工 中 制 氨 制 甲 醇 也 需 要 氢 氢 还 用 来 还 原 铁 矿 石 用 氢 制 成 燃 料 电 池 可 直 接 发 电 采 用 燃 料 电 池 和 氢 气 - 蒸 汽 联 合 循 环 发 电, 其 能 量 转 换 效 率 将 远 高 于 现 有 的 火 电 厂 随 着 制 氢 技 术 的 进 步 和 贮 氢 手 段 的 完 善, 氢 能 将 在 21 世 纪 的 能 源 舞 台 上 大 展 风 采 11-2 稀 有 气 体 11.2.1 稀 有 气 体 的 存 在 和 分 离 ( 自 学 ) 11.2.2 稀 有 气 体 的 性 质 12

第 11 章 氢 和 稀 有 气 体 稀 有 气 体 的 化 学 性 质 是 由 它 的 原 子 结 构 所 决 定 的 除 氦 以 外, 稀 有 气 体 原 子 的 最 外 电 子 层 都 是 由 充 满 的 ns 和 np 轨 道 组 成 的, 它 们 都 具 有 稳 定 的 8 电 子 构 型 稀 有 气 体 的 电 子 亲 合 势 都 接 近 于 零, 与 其 它 元 素 相 比 较, 它 们 都 有 很 高 的 电 离 势 因 此, 稀 有 气 体 原 子 在 一 般 条 件 下 不 容 易 得 到 或 失 去 电 子 而 形 成 化 学 键 表 现 出 化 学 性 质 很 不 活 泼, 不 仅 很 难 与 其 它 元 素 化 合, 而 且 自 身 也 是 以 单 原 子 分 子 的 形 式 存 在, 原 子 之 间 仅 存 在 着 微 弱 的 范 德 华 力 ( 主 要 是 色 散 力 ) 稀 有 气 体 的 熔 沸 点 都 很 低, 氦 的 沸 点 是 所 有 单 质 中 最 低 的 它 们 的 蒸 发 热 和 在 水 中 的 溶 解 度 都 很 小, 这 些 性 质 随 着 原 子 序 数 的 增 加 而 逐 渐 升 高 稀 有 气 体 的 原 子 半 径 都 很 大, 在 族 中 自 上 而 下 递 增 应 该 注 意 的 是, 这 些 半 径 都 是 未 成 键 的 半 径, 应 该 仅 把 它 们 与 其 它 元 素 的 范 德 华 半 径 进 行 对 比, 不 能 与 共 价 或 成 键 半 径 进 行 对 比 表 1 稀 有 气 体 的 基 本 性 质 名 称 性 质 氦 氖 氩 氪 氙 氡 元 素 符 号 He Ne Ar Kr Xe Rn 原 子 序 数 2 10 18 36 54 86 原 子 量 4.003 20.18 39.95 83.80 131.3 222.0 价 电 子 层 结 构 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 4s 2 p 6 5s 2 p 6 6s 2 p 6 原 子 半 径 (pm) 93 112 154 169 160 220 第 一 电 离 势 (kj/mol) 2372 2081 1521 1351 1170 1037 蒸 发 热 (kj/mol) 0.09 1.8 6.3 9.7 13.7 18.0 熔 点 (K) 0.95 24.48 83.95 116.55 161.15 202.15 沸 点 (K) 4.25 27.25 87.45 120.25 166.05 208.15 临 界 温 度 (K) 5.25 44.45 153.15 2010.65 289.75 377.65 临 界 压 强 (Pa) 2.29 10 27.25 10 48.94 10 5 5 5 55.01 10 5 58.36 10 5 63.23 10 5 在 水 中 的 溶 解 8.8 10.4 33.6 62.6 123 222 度 (cm 3 /dm 3 ) 在 大 气 中 的 丰 5.2 1.8 10-5 9 10-3 1.1 10-5 8.7 10-8 ----- 度 10-6 氦 是 所 有 气 体 中 最 难 液 化 的, 温 度 在 2.2K 以 上 的 液 氦 是 一 种 正 常 液 态, 具 有 一 般 液 体 的 通 性 温 度 在 2.2K 以 下 的 液 氦 则 是 一 种 超 流 体, 具 有 许 多 反 常 的 13

陇 南 师 范 高 等 专 科 学 校 生 化 系 无 机 化 学 ( 下 册 ) 性 质 例 如 具 有 超 导 性 低 粘 滞 性 等 它 的 粘 度 变 得 为 氢 气 粘 度 的 百 分 之 一, 并 且 这 种 液 氦 能 沿 着 容 器 的 内 壁 向 上 流 动, 再 沿 着 容 器 的 外 壁 往 下 慢 慢 流 下 来 这 种 现 象 对 于 研 究 和 验 证 量 子 理 论 很 有 意 义 11.2.3 稀 有 气 体 的 用 途 ( 自 学 ) 稀 有 气 体 广 泛 应 用 到 光 学 冶 金 和 医 学 等 领 域 中 氦 气 是 除 了 氢 气 以 外 密 度 最 小 的 气 体, 可 以 代 替 氢 气 装 在 飞 船 里 使 用 氦 气 的 飞 艇 不 会 着 火 和 发 生 爆 炸 液 态 氦 的 沸 点 为 -269 C, 利 用 液 态 氦 可 获 得 接 近 绝 对 零 度 (-273.15 ) 的 超 低 温 氦 气 还 用 来 代 替 氮 气 作 人 造 空 气, 供 深 海 潜 水 员 呼 吸, 因 为 在 压 强 较 大 的 深 海 里, 用 普 通 空 气 呼 吸, 会 有 较 多 的 氮 气 溶 解 在 血 液 里 当 潜 水 员 从 深 海 处 上 升, 体 内 逐 渐 恢 复 常 压 时, 溶 解 在 血 液 里 的 氮 气 要 放 出 来 形 成 气 泡, 对 微 血 管 起 阻 塞 作 用, 引 起 气 塞 症 氦 气 在 血 液 里 的 溶 解 度 比 氮 气 小 得 多, 用 氦 跟 氧 的 混 合 气 体 ( 人 造 空 气 ) 代 替 普 通 空 气, 就 不 会 发 生 上 述 现 象 此 外, 这 种 含 氦 的 人 造 空 气, 还 可 用 来 医 治 支 气 管 气 喘, 因 为 它 的 平 均 密 度 比 普 通 空 气 小 三 倍, 容 易 吸 入 或 呼 出 氦 氖 激 光 器 是 利 用 氦 氖 混 合 气 体, 密 封 在 一 个 特 制 的 石 英 管 中, 在 外 界 高 频 振 荡 器 的 激 励 下, 混 合 气 体 的 原 子 间 发 生 非 弹 性 碰 撞, 被 激 发 的 原 子 之 间 发 生 能 量 传 递, 进 而 产 生 电 子 跃 迁, 并 发 出 与 跃 迁 相 对 应 的 受 激 辐 射 波, 近 红 外 光 氦 氖 激 光 器 可 应 用 于 测 量 和 通 讯 氖 在 放 电 管 内 放 射 出 美 丽 的 红 光, 加 入 一 些 汞 蒸 气 后 又 发 射 出 蓝 光, 所 以, 氖 被 广 泛 用 来 制 造 霓 虹 灯 霓 虹 灯 是 在 细 长 的 玻 璃 管 里, 充 入 稀 薄 的 气 体, 电 极 装 在 管 子 的 两 端, 放 电 时 产 生 有 色 光 灯 光 的 颜 色 跟 灯 管 内 填 充 气 体 种 类 和 气 压 有 关, 跟 玻 璃 管 的 颜 色 也 有 关 ( 见 表 2-1) 表 霓 虹 灯 的 颜 色 灯 色 气 体 玻 璃 管 的 颜 色 大 红 氖 无 深 红 氖 淡 红 金 黄 氦 淡 红 蓝 体 积 分 数 : 氩 80% 氖 20% 淡 蓝 绿 体 积 分 数 : 氩 80% 氖 20% 淡 黄 紫 体 积 分 数 : 氩 50% 氖 50% 无 氩 常 用 来 填 充 普 通 的 白 炽 电 灯 泡, 灯 丝 在 空 气 中 加 热 会 产 生 燃 烧 现 象, 因 此 必 须 抽 掉 灯 泡 中 的 空 气, 但 空 气 抽 出 后, 炽 热 的 灯 丝 就 容 易 蒸 发 所 以 长 时 间 使 用 的 灯 泡 在 玻 璃 内 壁 会 附 着 一 层 黑 色 薄 膜 如 果 把 一 定 数 量 的 氩 气 或 氩 氮 混 合 14

第 11 章 氢 和 稀 有 气 体 气 体 充 入 灯 泡 里, 就 会 增 加 灯 泡 内 部 的 气 压, 防 止 灯 丝 在 炽 热 时 蒸 发, 延 长 灯 丝 的 寿 命 用 氪 来 填 充 白 炽 灯, 可 以 节 能 10%, 氩 和 氪 的 混 合 气 广 泛 用 于 充 填 荧 光 灯 氙 在 电 场 的 激 发 下 能 放 出 强 烈 的 白 光, 高 压 长 弧 氙 灯 俗 有 人 造 小 太 阳 之 称, 用 于 电 影 摄 影 舞 台 照 明 等 在 冶 金 工 业 中, 氩 和 氦 的 最 大 用 途 是 为 熔 焊 不 锈 钢 等 提 供 惰 性 气 氛 氪 氙 和 氡 还 能 用 于 医 疗 上, 氙 灯 能 放 出 紫 外 线, 氪 氙 的 同 位 素 还 被 用 来 测 量 脑 血 流 量 等 由 于 氦 的 沸 点 低, 还 被 用 于 超 低 温 技 术 作 为 麻 醉 剂, 氙 气 在 医 学 上 很 受 重 视 氙 能 溶 于 细 胞 质 的 油 脂 里, 引 起 细 胞 的 麻 醉 和 膨 胀, 从 而 使 神 经 末 梢 作 用 暂 时 停 止 人 们 曾 试 用 80% 氙 气 和 20% 氧 气 组 成 的 混 合 气 体, 作 为 无 副 作 用 的 麻 醉 剂 11.2.4 稀 有 气 体 化 合 物 成 键 特 征 : 外 电 子 层 为 2e 或 8e 个 电 子 ; 电 子 亲 和 能 ~0, 电 离 能 大 ; 稳 定, 不 易 发 生 化 学 反 应 ; 单 原 子 状 态 存 在 ( 色 散 力 ); 稀 有 气 体 化 合 物 主 要 是 共 价 键 (1) 稀 有 气 体 化 学 引 人 注 目 的 第 二 次 大 发 现 1962 年 3 月 32 日 下 午 6 时 45 分 Bartlett N 第 一 个 观 察 到 惰 性 气 体 元 素 的 化 学 行 为 :XePtF 6 橙 黄 色 固 体 生 成! 思 路 : 刚 刚 制 备 出 新 化 合 物 :O 2 (g)+ PtF 6 (s) = O + 2 [PtF6 ] - (s) 形 成 离 子 键 时 氧 化 态 为 +1, 形 成 共 价 键 时 氧 化 态 为 2,4,6,8; 只 有 与 非 金 属 性 极 强 的 元 素 (F,O,N) 才 能 形 成 化 合 物 所 有 希 有 气 体 化 合 物 都 是 极 强 的 氧 化 剂, 遇 还 原 剂 极 易 反 应 甚 至 爆 炸 1 Xe 的 氟 化 物 Xe 的 氟 化 物 可 以 直 接 合 成, 在 一 定 条 件 下 氟 与 Xe 有 下 列 反 应 : F 2 +Xe( 过 量 ) XeF 2 F 2 +Xe( 少 量 ) XeF 4 F 2 +Xe( 少 量 ) XeF 6 XeF 2 是 强 氧 化 剂, 不 太 稳 定 : 2XeF 2 +2H 2 O===2Xe+4HF+O 2 XeF 2 +2KCl====Xe+2KF+Cl 2 3 3XeF 4 +6H 2 O===XeO 3 +2Xe+ O2 +12HF 2 XeF 6 +3H 2 O===XeO 3 +6HF 2 Xe 的 氧 化 物 氧 化 物 和 含 氮 化 合 物 通 常 需 间 接 得 到 XeO 3 : 是 一 种 易 潮 解 和 易 爆 炸 的 化 合 物, 具 有 强 氧 化 性 15

陇 南 师 范 高 等 专 科 学 校 生 化 系 无 机 化 学 ( 下 册 ) XeO 4 : 很 不 稳 定, 具 有 爆 炸 性 的 气 态 化 合 物 氙 的 化 合 物, 都 是 强 氧 化 剂, 一 般 情 况 被 还 原 为 单 质 3 稀 有 气 体 化 合 物 的 结 构 XeO 3 +OH - ===HXeO 4-2HXeO 4 - +2OH - ===XeO 6 4- +Xe+O 2 +2H 2 O 分 子 结 构 由 价 层 电 子 对 的 数 目 来 决 定, 价 层 电 子 对 包 括 中 心 原 子 形 成 孤 电 子 对 和 σ 键 的 数 目 其 计 算 规 则 是 : 中 心 原 子 价 层 电 子 总 数 + 成 键 原 子 总 数 -π 键 总 数 - 中 心 原 子 所 带 电 荷 = 价 层 电 子 总 数 ; 价 层 电 子 总 数 的 一 半 即 为 价 层 电 子 对 的 总 数 价 层 电 子 对 总 是 尽 量 远 离 以 便 排 斥 力 最 小, 两 对 时 成 直 线, 三 对 时 正 三 角 形, 四 对 时 正 四 面 体, 五 对 时 三 角 双 锥, 六 对 时 正 八 面 体 分 子 最 终 结 构 是 价 层 电 子 对 排 斥 最 小 的 结 构 而 斥 力 最 大 的 两 对 价 层 电 子 的 最 小 角 度 是 90º, 故 只 要 考 虑 呈 90º 价 层 电 子 对 相 互 作 用 的 数 目 就 可 以 了 价 层 电 子 对 包 括 孤 电 子 对 和 成 键 电 子 对, 其 斥 力 规 律 是 :lp-lp>lp-bp>bp-bp. 列 出 所 有 呈 90º 价 层 电 子 对 相 互 作 用 的 数 目,lp-lp 少 的 最 稳 定, 若 lp-lp 数 目 一 样, 则 lp-bp 少 的 最 稳 定, 若 还 一 样, 则 bp-bp 少 的 最 稳 定 举 例 :XeF 2, XeF 4, XeF 6, BrF 3, XeOF 4, SO 4 2-,HCN 两 对 三 对 四 对 五 对 直 线 正 三 角 形 正 四 面 体 三 角 双 锥 180 120 109 28 90, 120 16