第十章氢和稀有气体概论.ppt

第十章 氢和稀有气体（hydrogen and noble gases） * * §10-1　元素无机化学概论(Hydrogen and its Compounds) 一、元素的发现、分类和存在形态 1、元素的发现 共有112种，地球上天然存在:92种 人工合成:20 2、元素的分类 (1) 金属元素90种，非金属元素22种 准金属:性质介于金属和非金属之间的单质 (2) 普通元素和稀有元素 普通元素和稀有元素的划分不是绝对的。 3、元素在自然界中的存在形态 游离态(单质)和化合态(化合物) （1）游离态 a 气态非金属单质 b 固态非金属单质 c 金属单质 (2) 化合态 a 活泼金属元素(ⅠA族和ⅡA族中Mg)与ⅦA族(卤素)形成的离子型卤化物 b ⅡA族元素还常以难溶碳酸盐形式存在于矿物中， c 准金属元素(B除外)以及IB、IIB族元素常以难溶硫化物形式存在 d ⅢB～ⅦB族过渡元素主要以稳定的氧化物形式存在 二、元素的自然资源 地壳中分布最广的10种元素的原子百分数为： 0.22％ 1.08％ 1.39％ 1.48％ l.50％ Ti K Mg Ca Fe 1.95％ 5.53％ 16.67％ 16.95％ 52.32％ Na Al Si H O 丰度可用质量百分数或原子百分数 原子百分数又称克拉克(Clark)值:用每种元素的质量百分数除以相对原子质量, 称为该元素的原子因数，把所有地壳元素的原子因数总和作为100，每种元素原子因数所占的百分数就是该元素的原子百分数 三、单质的晶体结构和物理性质 1、晶体结构 同一周期元素的单质，从左到右，一般由典型的金属晶体经过原子晶体、层状晶体或链状晶体等，最后过渡到分子晶体。同一族元素单质由上而下，常由分子晶体或原子晶体过渡到金属晶体 副族元素单质均为金属晶体 2、物理性质 （1）熔点、沸点 同一周期的主族元素，从左到右，熔、沸点由低→高→低，即两端元素单质的熔、沸点低，中间的高 副族元素单质一般具有较高的熔、沸点 （2）密度和硬度 同周期主族元素从左到右，单质的密度与硬度是两头小中间大 （3）导电性和超导性 周期表从左到右，主族元素单质呈现出由导体向半导体、非导体演变的趋势 副族元素单质均为金属晶体，易导电 四、单质的制取方法 1．物理分离法 2．热分解法 3．电解法 4．还原法 5．氧化法 *热还原法的热力学分析:埃灵罕姆图 每消耗 1 molO2，并生成1/n molMmO2n的吉布斯自由能变为: 埃灵罕姆图: ─T图 (1) 某直线对应的氧化物能被位于其下任一直线对应的金属所还原，而且两直线距离相差越大，反应进行越完全。 应用: 题目:判断MnO2能否被Al还原。 (2) 由图可看出，MgO、Al2O3、CaO的 值比其它氧化物的 小得多，所以Mg、Al、Ca可还原其它金属氧化物。 (3) CO的 值随温度升高而减小，在高温下比许多氧化物的 要小。因此，高温下许多金属氧化物（如 Fe2O3、ZnO、CaO等）均可被C还原，这就是在材料学上很重要的碳热还原。 “价廉物美” §10-2　氢及其化合物(Hydrogen and its Compounds) 宇宙间所有元素中含量最丰富的元素 一、单质氢（Simple Substance of Hydrogen） 1．氢的同位素（The isotopes） (氕，Protium，符号H)占总量的99.98％ (氘，Deuterium，符号D)占0.016％ (氚，Tritium，符号T)占总量的0.004％ 单质和化合物的化学性质基本相同，物理性质和生物性质则有所不同. 重水中的氢键比普通水中的氢键 H2的沸点最低: D的发现 2．性质： (1) 物理性质： H2极难溶于水和有机溶剂，但它却能大量溶解于金属（Pt、Pd）和合金（LaNi5）中，固态氢又称为金属氢 储存氢，提纯氢 金属氢具有导电性:晶格质点上为质子，而电子为整个晶体共享 氢气非常难液化: 提纯氢气 (2) 化学性质： 氢的一些重要性质 2.20 电负性 37 原于半径/pm -72.8 电子亲合能/(kJ·mol-1) -l，0，+1 氧化数 1312 电离能/(kJ·mol-1) 1S1 价层电子构型 a．成键特点： 氢与非金属和金属都能化合 成键方式: (1)失去价电子 (2)结合一个电子 (3)形成共价化合物 (4) 形成氢键 周期表中的位置是不易确定的 b. 氢分子在常温下不活泼