無機化學教學 18章 氫和稀有氣體

1、.氫、稀有氣體在周期表中的位置.H氫是周期表中唯一尚未找到確切位置的元素. .本章教學要求本章教學要求1了解了解氫和稀有氣體氫和稀有氣體的特點；的特點；2了解重點元素的存在、分離、性質(zhì)和用途；了解重點元素的存在、分離、性質(zhì)和用途；3.掌握素氫和稀有氣體的單質(zhì)及氫化合物的性質(zhì)，掌握素氫和稀有氣體的單質(zhì)及氫化合物的性質(zhì)，會用結(jié)構(gòu)理論和熱力學解釋它們的某些化學現(xiàn)象；會用結(jié)構(gòu)理論和熱力學解釋它們的某些化學現(xiàn)象；.18-0 元素概述元素概述 Instructiontotheelements18-1 氫氫 Hydrogen18-2 稀有氣體稀有氣體 RareGases.“機遇號”重大發(fā)現(xiàn).18-1 氫氫

2、1.失去電子失去電子形成形成H+，無電子質(zhì)子，由于強的極化作用難以單獨存在，易以配位鍵，無電子質(zhì)子，由于強的極化作用難以單獨存在，易以配位鍵的形式與可以提供電子對的的形式與可以提供電子對的Lewis堿結(jié)合。如堿結(jié)合。如，在水中較為復雜，簡，在水中較為復雜，簡寫為：寫為：H3O+4NH2.獲得電子獲得電子形成形成H，由于強的還原作用難以單獨存在，在無水條件下，由于強的還原作用難以單獨存在，在無水條件下可以存在于可以存在于活潑金屬的化合物中，電子組態(tài)：活潑金屬的化合物中，電子組態(tài)：1s2與與He為等電子體。為等電子體。3.共用電子共用電子.形成共價鍵：形成共價鍵：2c2e，在有機化合物內(nèi)，在有機化

3、合物內(nèi)CH，水、含氧酸和，水、含氧酸和OH中中OH，NH，XH等等氫橋鍵：氫橋鍵：3c2e，在硼烷和部分雙核、多核配合物中（，在硼烷和部分雙核、多核配合物中（氫氫二二 五羰五羰合鉻合鉻 ）。）。1.氫的同位素氫的同位素1931年底美國哥倫比亞大學的尤里（年底美國哥倫比亞大學的尤里（Urey）教授和他的助手，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)）教授和他的助手，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量數(shù)為量數(shù)為2的重氫，稱為氘。后來英、美科學家又發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量數(shù)為的重氫，稱為氘。后來英、美科學家又發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量數(shù)為3的氚。氘的的氚。氘的發(fā)現(xiàn)是科學界在本世紀三十年代初的一件大事。尤里因該成果，獲得發(fā)現(xiàn)是科學界在本世紀三十年代初的一件大事。尤里因該成果，獲得193

4、4年年的的Nobel化學獎。它們的物理性質(zhì)見表化學獎。它們的物理性質(zhì)見表182，主要特征總結(jié)如下：，主要特征總結(jié)如下：(1)pp+np+2nProtiumDeuteriumTritium氕氕氘氘氚氚.(2)存在：豐度：存在：豐度：H（99.985%）、）、D（0.015%）、）、T（10 15%）原子個數(shù)比，原子個數(shù)比，H:D=6800:1H:T=1010:1(3)制備：制備：Tritium是半衰期（是半衰期（half-life）為年的）為年的放射性衰變體。放射性衰變體。通常只有核反應(yīng)通常只有核反應(yīng)才能獲得。才能獲得。Deuterium可由重水（可由重水（D2O）獲得，）獲得，工廠每生產(chǎn)一噸重

5、水，必須加工四萬五千噸水，循環(huán)使用十五萬噸工廠每生產(chǎn)一噸重水，必須加工四萬五千噸水，循環(huán)使用十五萬噸H2S。濃或純的。濃或純的D2O不能維持動植物生命，重水對一般動植物的致死濃度為不能維持動植物生命，重水對一般動植物的致死濃度為60%。這種分離的原理是輕的同位素的化學鍵比重的同位素的化學鍵更容。這種分離的原理是輕的同位素的化學鍵比重的同位素的化學鍵更容易斷。易斷。例如：例如：HD(g)+H2O(g)H2(g)+HDO(g)(4)氫同位素形成的單質(zhì)氫同位素形成的單質(zhì)H2、D2、T2，在化學性質(zhì)上完全相同，但物理，在化學性質(zhì)上完全相同，但物理性質(zhì)上有差別。如性質(zhì)上有差別。如H2，D2，因為氘原子的

6、質(zhì)量比氫原子大一倍，因為氘原子的質(zhì)量比氫原子大一倍，H2O與與D2O沸點（沸點（101.4）上的差別反映了重水中的氫鍵比普通水中的氫鍵更強）上的差別反映了重水中的氫鍵比普通水中的氫鍵更強些。些。冷冷熱熱.(1)physicalproperties：H2極難溶于水和有機溶劑，可以貯存在金屬（極難溶于水和有機溶劑，可以貯存在金屬（Pt、Pd）和合金（）和合金（LaNi5）中。固態(tài)氫又稱為金屬氫：在晶格質(zhì)點上為質(zhì)子，而電子為整個晶體共享）中。固態(tài)氫又稱為金屬氫：在晶格質(zhì)點上為質(zhì)子，而電子為整個晶體共享，所以這樣的晶體具有導電性。固態(tài)氫是六方分子晶格。，所以這樣的晶體具有導電性。固態(tài)氫是六方分子晶格。

7、(2)chemicalproperties：a成鍵特點：電子構(gòu)型為成鍵特點：電子構(gòu)型為1s1，可以放在，可以放在IA類，但第一電離勢高于堿金類，但第一電離勢高于堿金屬的第一電離勢；也可放在屬的第一電離勢；也可放在A類。類。H2的鍵能較大的鍵能較大435.88kJmol1，常溫下，常溫下難以反應(yīng)，除非特別活潑的元素，難以反應(yīng)，除非特別活潑的元素，F(xiàn)2，堿金屬等，高溫或光照快速。，堿金屬等，高溫或光照快速。b化合反應(yīng)：化合反應(yīng)：與金屬：與金屬：2Na+H2=2NaHCa+H2=CaH2與非金屬：與非金屬：H2+F2=2HFc還原反應(yīng)：還原反應(yīng)：CuO+H2=Cu+H2OWO3+3H2=W+3H2O

8、2.氫的性質(zhì)氫的性質(zhì).氫氣的制備氫氣的制備(每年估計達每年估計達500109m3)（1）實驗室：實驗室：Zn+H3O+Zn2+2H2O+H2實驗室制氫氣中雜質(zhì)來源與除去方法實驗室制氫氣中雜質(zhì)來源與除去方法H2S+Pb2+2H2OPbS+2H3O+AsH3鋅和硫酸中含微量鋅和硫酸中含微量AsAsH3+3Ag2SO4+3H2O6Ag+H3AsO3+3H2SO4H2S鋅中含微量鋅中含微量ZnSSO2鋅還原鋅還原H2SO4產(chǎn)生產(chǎn)生SO2+2KOHK2SO3+H2O.當今制氫最經(jīng)濟的原料是煤和以甲烷為主要成分的天然氣，而且都是當今制氫最經(jīng)濟的原料是煤和以甲烷為主要成分的天然氣，而且都是通過與水（最廉價的

9、氫資源）的反應(yīng)實現(xiàn)的通過與水（最廉價的氫資源）的反應(yīng)實現(xiàn)的.水蒸氣轉(zhuǎn)化法水蒸氣轉(zhuǎn)化法CH4(g)+H2O(g)3H2(g)+CO(g)1273K其中產(chǎn)物氫的三分之一來自水其中產(chǎn)物氫的三分之一來自水. .水煤氣反應(yīng)水煤氣反應(yīng)C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g)1273K其中產(chǎn)物氫的百分之百來自水其中產(chǎn)物氫的百分之百來自水. .H2(g)+CO(g)就是水煤氣，可做工業(yè)燃料，使用時不必分離就是水煤氣，可做工業(yè)燃料，使用時不必分離.但若為了但若為了制氫，必須分離出制氫，必須分離出CO.可將水煤氣連同水蒸氣一起通過紅熱的氧化鐵催化劑，可將水煤氣連同水蒸氣一起通過紅熱的氧化鐵催化劑，CO變成變成

10、CO2，然然后在后在2106下用水洗滌下用水洗滌CO2和和H2的混合氣體，使的混合氣體，使CO2溶于水而分離出溶于水而分離出H2.CO+H2+H2O(g)CO2+2H2Fe2O3723K（2）工業(yè)：工業(yè)：.熱化學循環(huán)法制熱化學循環(huán)法制H2(g)O21(g)HO(g)H )(gI(g)H2HI(g) (g)O21)(gSOO(g)H(g)SOH )2HI(aq(aq)SOH(s)ISOO(l)2H221300K222873K2421073K4242298K222 凈反應(yīng)凈反應(yīng)加熱加熱(383423K)加壓加壓(10133039kPa)，效率可提高到效率可提高到90%以上以上.電解電解20%NaO

11、H或或15%KOH水溶液，耗能大，效率也只水溶液，耗能大，效率也只32%4OH- -O2+2H2O+4e- -(陽極陽極)2H2O+2e- -2OH- -+H2(陰極陰極)（3）其它其它.配合催化太陽能分解水配合催化太陽能分解水2a既是電子給予體，又是電子接受體，在光能的激發(fā)下，可以既是電子給予體，又是電子接受體，在光能的激發(fā)下，可以向水分子轉(zhuǎn)移電子，使向水分子轉(zhuǎn)移電子，使H+變?yōu)樽優(yōu)镠2放出放出.三三(2,2聯(lián)吡啶聯(lián)吡啶)合釕合釕()(2a)2a*(已活化已活化)hn光能光能)2(2aO21HOH2(2a*)222生物分解水制氫生物分解水制氫生物體分解水不需要電和高溫，科學家們試圖修改光合作

12、用的生物體分解水不需要電和高溫，科學家們試圖修改光合作用的過程來完成這一技術(shù)。小規(guī)模的實驗已成功過程來完成這一技術(shù)。小規(guī)模的實驗已成功. 最近，日本有人把太陽能電池版與水電解槽連接在一起，電解最近，日本有人把太陽能電池版與水電解槽連接在一起，電解部分的材料在產(chǎn)生氫氣一側(cè)使用鉬氧化鈷，產(chǎn)生氧氣一側(cè)則使用鎳部分的材料在產(chǎn)生氫氣一側(cè)使用鉬氧化鈷，產(chǎn)生氧氣一側(cè)則使用鎳氧化鈷氧化鈷. . 使用使用1 1平方米太陽能電池版和平方米太陽能電池版和100100毫升電解溶液，每小時可毫升電解溶液，每小時可制作氫氣制作氫氣 20 升，純度為升，純度為 99.9%. .從海水中制氫美國從海水中制氫美國Michiga

13、n州立大學州立大學H.TiTien教授的裝置教授的裝置原理：當可見光照射在半導體膜上時，電子被激發(fā)進入原理：當可見光照射在半導體膜上時，電子被激發(fā)進入導帶而留下空穴導帶而留下空穴(低能級的電子空間低能級的電子空間).在導帶中電子移動到金在導帶中電子移動到金屬薄膜與海水之間表面上，水即被還原產(chǎn)生屬薄膜與海水之間表面上，水即被還原產(chǎn)生H2.同時，空穴遷同時，空穴遷移到半導體與電解質(zhì)間的表面，來自移到半導體與電解質(zhì)間的表面，來自Fe2+的電子填充空穴的電子填充空穴.H2(g)海海 水水Fe(),Fe()電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液硒硒化化鎘鎘半半導導體體鎳鎳箔箔可可見見光光海水制氫的裝置示意圖海水制氫的裝置

14、示意圖.DirectsplittingofwaterundervisiblelightirradiationwithanoxidesemiconductorphotocatalystZHIGANGZOU,JINHUAYE,KAZUHIROSAYAMA&HIRONORIARAKAWANature414,625-627(December6,2001)Thesemiconductingmaterial(blue)andmetal(green)electrodeareimmersedinwater.Underlightirradiation,photoexcitedelectronsreduc

15、ewatertogiveH2,whereastheelectronvacanciesoxidizewatertoO2.Zouetal.havedopedanindiumtantalum-oxidewithnickel,andfindthatthismaterialabsorbslightinthevisiblespectrum,anadvanceoverpreviousphotocatalysts.大容量電解槽體大型制氫站氫氣純化裝置氫氣儲罐群氫氣儲罐群 我 國 已 建 成 大 型 制 氫 設(shè) 備H2.燃燃料料燃燒值燃燒值/kJkg-1氫氫氣（氣（H2）120918戊硼烷（戊硼烷（B5H9）6

16、4183戊戊烷（烷（C5H12）43367. 氫能源21世紀的清潔能源氫燃燒速率快，反應(yīng)完全. 氫能源是清潔能源，沒有環(huán) 境污染，能保持生態(tài)平衡. 目前，已實驗成功用氫作動力的汽車，有望不久能投入目前，已實驗成功用氫作動力的汽車，有望不久能投入 實用實用 氫作為航天飛機的燃料已經(jīng)成為現(xiàn)實，有的航天飛機的氫作為航天飛機的燃料已經(jīng)成為現(xiàn)實，有的航天飛機的 液態(tài)氫儲罐存有近液態(tài)氫儲罐存有近 1 800 1 800 m m3 3的液態(tài)氫的液態(tài)氫 氫能源研究面臨的三大問題： 氫氣的發(fā)生（降低生產(chǎn)成本） 氫氣的儲存 氫氣的輸送（利用）.1二元氫化合物在周期表中的分布二元氫化合物在周期表中的分布氫的大多數(shù)二

17、元化合物可歸入下述三大類中的某一類：氫的大多數(shù)二元化合物可歸入下述三大類中的某一類：似鹽氫化物，金屬似鹽氫化物，金屬型氫化物型氫化物和和分子型氫化物分子型氫化物.各類氫化物在周期表中的分布如下表所示各類氫化物在周期表中的分布如下表所示.但是這種但是這種分類的界限也不十分明確分類的界限也不十分明確.結(jié)構(gòu)類型并非非此即彼，而是表現(xiàn)出某種連續(xù)性結(jié)構(gòu)類型并非非此即彼，而是表現(xiàn)出某種連續(xù)性.例例如，很難嚴格地鈹和鋁的氫化物歸入如，很難嚴格地鈹和鋁的氫化物歸入“似鹽型似鹽型”或或“分子型分子型”的任一類的任一類.2似鹽型氫化物似鹽型氫化物 ( (離子型氫化物離子型氫化物) )(1)電正性高的電正性高的s區(qū)

18、金屬似鹽氫化物是非揮發(fā)性，不導電并具明確結(jié)構(gòu)的區(qū)金屬似鹽氫化物是非揮發(fā)性，不導電并具明確結(jié)構(gòu)的晶形固體晶形固體.例如例如MH均為均為NaCl型型.(2)H- -的半徑在的半徑在126pm(LiH)與與154pm(CsH)之間，如此大的變化幅度之間，如此大的變化幅度說明原子核對核外電子的控制較松弛說明原子核對核外電子的控制較松弛.H- - 與與X- - 所帶電荷相同，半徑所帶電荷相同，半徑介于介于F- -與與Cl- -間間.因此才顯示出因此才顯示出NaCl型型.(3)存在的重要化學證據(jù)：電解其與堿金屬的熔融物，陽極放存在的重要化學證據(jù)：電解其與堿金屬的熔融物，陽極放H2：2H- -H2+2e-

19、-與水反應(yīng)的實質(zhì)是與水反應(yīng)的實質(zhì)是H- -+H2OOH- -+H2此時此時H- - 表現(xiàn)出強還原性、不穩(wěn)定性和強堿性表現(xiàn)出強還原性、不穩(wěn)定性和強堿性.利用這種性質(zhì)可以利用這種性質(zhì)可以 在實驗室用來除去有機溶劑或惰性氣體在實驗室用來除去有機溶劑或惰性氣體( (如如N2，Ar) )中的微量水中的微量水. . 但是，溶劑中的大量水不能采用這種方法脫除，但是，溶劑中的大量水不能采用這種方法脫除，因強放熱反應(yīng)會使產(chǎn)生的因強放熱反應(yīng)會使產(chǎn)生的 H2燃燒燃燒. .3金屬型氫化物金屬型氫化物第第3至第至第5族所有族所有d 區(qū)金屬和區(qū)金屬和f 區(qū)金屬都形成金屬型氫化物：區(qū)金屬都形成金屬型氫化物：.(1)大部分是

20、用單質(zhì)直接化合的方法制備，極純的金屬才可得到含氫大部分是用單質(zhì)直接化合的方法制備，極純的金屬才可得到含氫最高的產(chǎn)物最高的產(chǎn)物.(2)都有金屬的電傳導性和顯有其他金屬性質(zhì)如磁性都有金屬的電傳導性和顯有其他金屬性質(zhì)如磁性.(3)除除PbH0.8是非整比外，它們都有明確的物相是非整比外，它們都有明確的物相.(4)過渡金屬吸氫后往往發(fā)生晶格膨脹，產(chǎn)物的密度比母體金屬的大過渡金屬吸氫后往往發(fā)生晶格膨脹，產(chǎn)物的密度比母體金屬的大.(5)成鍵理論成鍵理論氫以原子狀態(tài)存在于金屬晶格中氫以原子狀態(tài)存在于金屬晶格中.氫以氫以H+存在于氫化物中，氫將電子供入化合物的導帶中存在于氫化物中，氫將電子供入化合物的導帶中.

21、氫以氫以H- -形式存在，每個氫原子從導帶取得形式存在，每個氫原子從導帶取得1個電子個電子.（6）金屬金屬Pt具有催化作用，可以被解釋為表面具有催化作用，可以被解釋為表面Pt原子形成原子形成PtH鍵鍵的的鍵鍵焓大得足以使鍵斷開，卻不足以補償焓大得足以使鍵斷開，卻不足以補償PtPt金屬鍵斷裂所金屬鍵斷裂所需的能量需的能量.(7)可逆儲氫材料可逆儲氫材料1體積體積金屬金屬Pd可吸收可吸收700體積體積H2，減壓或加熱可使其分解：減壓或加熱可使其分解：鈀的這一性質(zhì)被用鈀的這一性質(zhì)被用于制備超純氫：基于微于制備超純氫：基于微熱時，熱時，PdH2 分解，由于分解，由于壓差和壓差和 H H原子在金屬原子在

22、金屬Pd Pd 中的流動性，氫以原子中的流動性，氫以原子形式迅速擴散穿過形式迅速擴散穿過 PdAg 合金而雜質(zhì)氣體則合金而雜質(zhì)氣體則不能不能. .2Pd+H22PdHU+3/2H2UH3減壓減壓,327K常況常況523K573KLaNi5+3H2LaNi5H6,含含H2量大于同體積液氫量大于同體積液氫微熱微熱(23)105Pa.4分子型氫化物分子型氫化物( (共價型氫化物共價型氫化物) )氫與氫與p區(qū)元素形成二元分子化合物，包括人們熟悉的第區(qū)元素形成二元分子化合物，包括人們熟悉的第2周期化合周期化合物物(CH4、NH3、H2O、HF)和各族中較重元素的相應(yīng)化合物和各族中較重元素的相應(yīng)化合物.(

23、1)存在形式存在形式(2)熔沸點低，通常條件下為氣體熔沸點低，通常條件下為氣體(3)因共價鍵極性差別較大而化學行為復雜因共價鍵極性差別較大而化學行為復雜缺電子氫化物，如缺電子氫化物，如B2H6中中心原子未滿電子構(gòu)型心原子未滿電子構(gòu)型.B2H6滿電子氫化物，如滿電子氫化物，如CH4，中心原子價電子全部參與中心原子價電子全部參與成鍵成鍵.CH4富電子氫化物，如富電子氫化物，如NH3，中中心原子成鍵后有剩余未成鍵心原子成鍵后有剩余未成鍵的孤電子對的孤電子對.NH3.二元氫化合物的標準生成自由能二元氫化合物的標準生成自由能是判斷氫與其它元素直接是判斷氫與其它元素直接化合反應(yīng)的重要判據(jù)化合反應(yīng)的重要判據(jù)

24、.為正值的氫化合物都不能由單間的反為正值的氫化合物都不能由單間的反應(yīng)合成應(yīng)合成.mGmGs區(qū)和區(qū)和 p區(qū)元素二元氫化合物的區(qū)元素二元氫化合物的fHm/kJmol1(298K)121314151617LiH(s)68.4NaH(s)33.5KH(s)36.0RbH(s)30.0CsH(s)32.0BeH2(s)+20.0MgH2(s)35.9CaH2(s)147.2SrH2(s)141.0BaH2(s)140.0B2H6(g)+86.7AlH3(s)1.0GaH30CH4(g)50.7SiH4(g)+56.9GeH4(g)+113.4SnH4(g)+188.3NH3(g)16.5PH3(g)+1

25、3.4AsH3(g)+68.9SbH3(g)+147.8H2O(l)237.1H2S(g)33.6H2Se(g)+15.9H2Te(g)0HF(g)273.2HCl(g)95.3HBr(g)53.5HI(g)+1.7.分子型氫化合物由上而下穩(wěn)定性降低的趨勢與其平均鍵焓分子型氫化合物由上而下穩(wěn)定性降低的趨勢與其平均鍵焓(kJmol- -1)有關(guān)有關(guān).較重元素形成較弱的鍵，較重元素形成較弱的鍵，這一事實通常歸因于相對這一事實通常歸因于相對密實的密實的H1s軌道與較松散的重元素軌道與較松散的重元素s 和和p 軌道重疊能力比較差軌道重疊能力比較差.5H2分子配合物分子配合物1985年發(fā)現(xiàn)了第一個年發(fā)現(xiàn)

26、了第一個H2分子配合物分子配合物W(CO)3P(C3H7)32(2- -H2),它暗它暗示存在氫鍵在反應(yīng)中被活化而不斷裂示存在氫鍵在反應(yīng)中被活化而不斷裂.WPPHHCOOCOCiPriPriPriPriPriPrW(CO)3P(C3H7)32(2-H2). 這一最新發(fā)現(xiàn)的意義在于例證了這一最新發(fā)現(xiàn)的意義在于例證了H2 分子和二氫配合物之間存在中間體分子和二氫配合物之間存在中間體. . H2 分子以其分子以其 s s 成鍵軌道的電子投入金屬空成鍵軌道的電子投入金屬空d d 軌道，而以其軌道，而以其 s s 反鍵空軌道反鍵空軌道接受金屬滿接受金屬滿 d d 軌道電子形成反饋鍵，正是這種協(xié)同成鍵作用

27、使軌道電子形成反饋鍵，正是這種協(xié)同成鍵作用使 H2分子配合分子配合物得以穩(wěn)定物得以穩(wěn)定. .簡言之，簡言之，H2分子配合物的穩(wěn)定性決定于中心金屬原子上的電荷分子配合物的穩(wěn)定性決定于中心金屬原子上的電荷密度密度. .這種成鍵模式類似于和乙烯與金屬原子的成鍵這種成鍵模式類似于和乙烯與金屬原子的成鍵. . 這種配合物對烯烴加氫反應(yīng)、氫加?；磻?yīng)等重要工業(yè)過程非常這種配合物對烯烴加氫反應(yīng)、氫加?；磻?yīng)等重要工業(yè)過程非常重要重要. .6.氫鍵締合物氫鍵締合物氫鍵的內(nèi)容在前面各有關(guān)章節(jié)已講過，這里不再贅述氫鍵的內(nèi)容在前面各有關(guān)章節(jié)已講過，這里不再贅述.這里僅作簡單這里僅作簡單的復習的復習. 冰冰 的的 敞

28、敞 口口 網(wǎng)網(wǎng) 狀狀 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)氫鍵存在的有力證明氫鍵存在的有力證明H2O、NH3和和HF的反的反常沸點常沸點冰冰可燃冰可燃冰- -水分子彼此間通過水分子彼此間通過氫鍵形成籠，將外來中性分氫鍵形成籠，將外來中性分子或離子子或離子 ( (ClCl2 2,CH,CH4 4, Ar, , Ar, XeXe等等) )包于籠內(nèi)的水合物包于籠內(nèi)的水合物( (分分子晶體子晶體).).下圖清楚說明氫鍵的方向決不只是直線性的！下圖清楚說明氫鍵的方向決不只是直線性的！.18-2 稀有氣體稀有氣體 1它們都是單原子分子它們都是單原子分子(monatomicmolecular)，在通常條件下，它們，在通常條件下，它們

29、都是氣體，也稱為惰性氣體（都是氣體，也稱為惰性氣體（nobleorinertgases）。）。2蒸發(fā)熱、在水中的溶解度以及熔、沸點都很小，并且隨著原子序數(shù)蒸發(fā)熱、在水中的溶解度以及熔、沸點都很小，并且隨著原子序數(shù)的增加而逐漸升高。氦是所有氣體中最難液化的物質(zhì)。的增加而逐漸升高。氦是所有氣體中最難液化的物質(zhì)。He的沸點為，的沸點為，H2的的沸點為。氦冷卻至，則變成第二種液體（沸點為。氦冷卻至，則變成第二種液體（heliumII），發(fā)生無粘度流動，稱），發(fā)生無粘度流動，稱為超流體（為超流體（superfluidity）。）。He-II的熱傳導是的熱傳導是He-I的的106倍，比熱傳導最優(yōu)的倍，比熱

30、傳導最優(yōu)的金屬銀強得多。金屬銀強得多。.3由于稀有氣體的最外電子層都有相對飽和的結(jié)構(gòu)（由于稀有氣體的最外電子層都有相對飽和的結(jié)構(gòu)（octetrule），這），這種電子結(jié)構(gòu)是相當穩(wěn)定的，其電子親合勢都接近于零，而且都有很高的電離種電子結(jié)構(gòu)是相當穩(wěn)定的，其電子親合勢都接近于零，而且都有很高的電離勢，因此它們在化學性質(zhì)上表現(xiàn)為惰性。勢，因此它們在化學性質(zhì)上表現(xiàn)為惰性。4在自然界中的分布：在接近地球表面的空氣中，每在自然界中的分布：在接近地球表面的空氣中，每1000升空氣中約升空氣中約含升氬、含升氬、18毫升氖、毫升氖、5毫升氦、毫升氦、1毫升氪和升氙，所以液態(tài)空氣是提取稀有氣毫升氪和升氙，所以液態(tài)空

31、氣是提取稀有氣體的主要原料。體的主要原料。Ra22688RnPo2268621884.RNe,emitsaredglowwhenanelectriccurrentsthroughit.RAr,provideaninertatmosphere.(lightbulbs)RKr,intensewhitelight,airportrunwaylighting.RXe,inhalogenlamps.Anesthetic(麻醉劑麻醉劑)XeXeO2深度麻醉劑，制造高壓深度麻醉劑，制造高壓“人造小太陽人造小太陽”,Rn“氡管氡管”用于治療癌癥和中子源用于治療癌癥和中子源He大型反應(yīng)堆的冷卻劑，大型反應(yīng)堆的冷

32、卻劑，He-Ne-O2呼吸氣可防呼吸氣可防“氣塞病氣塞病”，飛船的飛，飛船的飛升氣體，保護氣升氣體，保護氣Ne霓紅燈，電子工業(yè)中的充氣介質(zhì)，低溫冷凍劑霓紅燈，電子工業(yè)中的充氣介質(zhì)，低溫冷凍劑Kr燈泡填充氣，同位素測量燈泡填充氣，同位素測量Ar燈泡填充氣，保護氣，等離子體源，激光源燈泡填充氣，保護氣，等離子體源，激光源.NeNe+(Ar)Ne: advertisingsigns;Ar:insomelightbulbs(導熱導熱)Kr:airportrunwaylighting;Xe:inhalogenlampsfor(intensewhitelight)automobileheadlights.

33、1 1 稀有氣體化學引人注目的第二次大發(fā)現(xiàn)稀有氣體化學引人注目的第二次大發(fā)現(xiàn)1962年年3月月32日下午日下午6時時45分分Bartlett N 第一個觀察到第一個觀察到“惰性氣體惰性氣體”元元素的化學行為：素的化學行為：XePtFXePtF6 6 紅色液體生成！紅色液體生成！ 思路思路：剛剛制備出新化合物：剛剛制備出新化合物：O O2 2（g g）+ PtF+ PtF6 6(s) = O(s) = O2 2+ +PtFPtF6 6 - -(s)(s)O2O2+e-XeXe+e-I1=1180kJmol-1I2=1170kJmol-1r =201pmR =210pm設(shè)計并測定了設(shè)計并測定了Xe

34、PtF6的標準生成焓為負值（的標準生成焓為負值（-60KJmol-1）Xe+PtF6-Xe+(g)+PtF6-(g)Xe(g)+PtF6(g)fHm (XePtF6)IEAUO2+Xe+.反應(yīng)通常在反應(yīng)通常在F2鈍化使容器表面生成一層鈍化使容器表面生成一層NiF2保護層的鎳制容器中進行保護層的鎳制容器中進行.氙的氟化物發(fā)生許多類似于高氧化態(tài)鹵素互化物的反應(yīng)，包括氧化還原反氙的氟化物發(fā)生許多類似于高氧化態(tài)鹵素互化物的反應(yīng)，包括氧化還原反應(yīng)和復分解反應(yīng)應(yīng)和復分解反應(yīng).XeF6與氧化物之間的復分解反應(yīng)可使本身轉(zhuǎn)化為氧化物：與氧化物之間的復分解反應(yīng)可使本身轉(zhuǎn)化為氧化物： XeF6(s)+3H2O(l)

35、XeO3(aq)+6HF(g)2XeF6(s)+3SiO2(s)2XeO3(s)+3SiF4(g) 吸能化合物吸能化合物 XeO3易爆炸，堿性水溶液中易爆炸，堿性水溶液中Xe（）的氧陰離子的氧陰離子HXeO4-在在歧化并使歧化并使 H2O 氧化的過程中緩慢分解生成高氙酸根離子氧化的過程中緩慢分解生成高氙酸根離子XeO64-和和 Xe: :2氙的氟化物可由元素之間的直接化合反應(yīng)合成氙的氟化物可由元素之間的直接化合反應(yīng)合成Xe(g)+F2(g)XeF2(s)(Xe過量過量)K(250)=8.79104Xe(g)+2F2(g)XeF4(s)n(Xe):n(F2)=1:5K(250)=1.07104X

36、e(g)+3F2(g)XeF6(s)n(Xe):n(F2)=1:20K(250)=1.01108XeO3 + OH- HXeO4- XeO64- + Xe + O2 + H2OpH10+OH-.CrystalsofXeF4.強氧化劑強氧化劑XeF2在水溶液中能夠使在水溶液中能夠使HClCl KII2Ce(IIIIII)Ce(IVIV)Co(IIII)Co(IIIIII)Ag(I I)Ag(IIII)1968年第一次制得年第一次制得BrO4-:NaBrO3+XeF2+H2ONaBrO4+2HF+Xe氟化劑氟化劑：XeF2+2HSO3FXe+HF+2SO3F(自由基自由基)2SO3FS2O6F2原子能工業(yè)中分離放射性原子能工業(yè)中分離放射性Xe、Kr;XeF4作減速劑；作減速劑；U、Pu、Np的分離；的分離；UF6的生產(chǎn)等的生產(chǎn)等. 其他如激光，特殊光學波動、高能燃料和炸藥等其他如激光，特殊光學波動、高能燃料和炸藥等. .3稀有氣體化合物的實際應(yīng)用稀有氣體化合物的實際應(yīng)用.1VSEPR（價層電子對或斥）分析（價層電子對或斥）分析.1VSEPR（價層電子對或斥）分析（價層電子對或斥）分析XeF2AB2E3不等性不等性sp3d直線型直線型XeF4AB4E2不等性不等性sp3d2平面四方平面