第三章氢和氧的化学a—1.pptVIP

第三章 氢和氧的化学;*;3.1 氢;*;*;氢是宇宙中最丰富的元素，约占宇宙总质量的74％ 。 地壳(包括海洋)按其厚度为40 km计，氢的丰度排名第十，占地壳总质量的0.14％ 。 氢在生物体中按质量计平均占10％；若按原子数目计，排名第一，超过半数 。;;由于氢的三种同位素具有相同的电子组态1s1，化学性质十分相似。 在物理性质上则有所不同，这种差异源自核的质量的不同，称为同位素效应 。 ;D2比H2具有较高的熔、沸点和解离能。同样，D2O比H2O有着较高的熔、沸点和密度。而解离常数D2O比H2O大约小五倍 H2O（l） H+ (aq) + OH- (aq) K=1.01×10-14 D2O（l） D+ (aq) + OD- (aq) K=0.195×10-14 式中l和aq分别代表液态和水溶液 ;3.1.2 氢的成键类型;1.共价单键;2.离子键;3.金属键;4.氢键;5.氢分子配键; 6.C—H M键(Agostic bond); 7.缺电子多中心氢桥键; 8. 过渡金属氢化物中的M—H键; 在常温常压下，氢气是无色、无味的气体，它由两个H原子组成。由于H2分子是非极性分子而且只含2个电子、分子间的作用力非常弱，因而它的熔沸点非常低，分别为13.96 K和20.39 K。在H2分子内，由于H原子很小，没有内层电子，H—H间的结合力非常强，解离能达436 kJ·mol-1，是所有同核共价单键中最强的键。;H2和O2，N2或C化合时都要在高温或用催化剂作用下才能进行。H2和O2化合，还会放出大量的热： 2H2 (g)+ O2 (g) 2H2O(1) ΔH?＝-572 kJ·mol-1 在制备和使用氢气时，要注意安全问题，因为氢气和氧气混合，在很大的体积分数变化范围内(和纯氧混合时为4％～94％；和空气混合时为4.1％～74％)遇到火花会发生爆炸。; 在实验室制备氢气可用金属锌和盐酸溶液反应： 2H+(aq)+Zn(s) H2(g)+Zn2+(aq) 这个方法也是历史上最早制得纯氢气的方法。上述方程式中(g)、(1)、(s)、(aq)分别代表气态、液态、固态和水溶液。 ;氢气是重要的工业原料，从下面三个反应即可看出它的重要性： 合成氨：N2+3H2 2NH3 煤的液化：nC+(n+1)H2 CnH2n+2 合成甲醇：CO+2H2 CH3OH;工业生产中大规模制取氢气的方法 (a)天然气热裂解 CH4+H2O CO+3H2 C3H8+3H2O 3CO+7H2 (b)水煤气 C+H2O CO+H2 CO+H2O CO2+H2 (c) 电解 氯碱工业：2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2+H2 电解水： 2H2O O2+2H2 ;3.2 氧;*;*;*;*;*;氧是地球上最丰富的化学元素之一，在地壳、海洋和大气层中，氧所占总的质量的百分数为46.4％，即有近一半是属于氧的。大气中单质氧(即O2分子)占大气质量的23％(体积分数为21％)。氧和氢通过共价键结合成水，海水质量的89％是氧。氧与硅及其他铁、铝、钙、钠等元素化合成岩石和矿物，氧几乎构成地壳质量的50％。 大气中氧的数量基本上保持不变，约为1.18×1018kg。这一方面是由于燃烧和动植物的呼吸过程消耗氧气，另一方面绿色植物利用CO2和H2O在太阳光照射下进行光合作用，按下一反应产生O2和葡萄糖： 6CO2+6H2O 6O2+C6H12O6(葡萄糖); 氧气是无色、无味、顺磁性、能助燃的气体。90 K凝结成液体，液氧呈淡蓝色；在54 K结晶成淡蓝色晶体。O2分子中O－O键长121 pm，比H2O2中O－O单键键长146 pm要短。O2解离能为498 kJ·mol-1。介于N N 945 kJ·mol-1和F－F 158 kJ·mol-1之间。O2分子是以O O双键结合在一起(实际上是1个σ键和2个3电子π键)。; 早在1771—1774年间，英国人J.Priestley(普利斯特莱)和瑞典人K W.scheele(席勒)各自从加热HgO制得氧气： 2HgO(s) 2Hg(1)+O2(g);在实验室中制备少量的氧气可用下列方法： (a)将水电解(水中加少量的酸或盐使水导电) (b)过氧化氢加催化剂(如Fe3+)分解 (c)将含氧酸盐(如KClO3)加热分解 ;因O2在水中溶解度很小，可