主题九：非金属元素.doc

主題九：非金屬元素 氫 一、氫的性質 1.物理性質 (1)氫是無色、無臭、無味、難溶於水的氣體。 密度僅為空氣的，為最輕的氣體，也是物質中密度最小者。 沸點甚低，難液化，僅次於He（He為所有氣體中最難液化者），氫沸點252.7℃，熔點259℃。 2.化學性質 常溫下，氫（H）相當安定，在高溫或催化劑存在時，氫可與許多非金屬元素反應，產生極性共價分子化合物，此時氫之氧化數為。 　　 （哈柏法製氨） (2) 氫可與A及A等活潑金屬作用，生成金屬的氫化物，此時氫的氧化數為1。 　　（氫化鈉） 　（氫化鉀） 　（氫化鈣） 金屬的氫化物為離子化合物，遇水立即生成氫氣和強鹼性的氫氧化物，故具有極強的還原力。 　　NaH(s)＋H2O(1) → NaOH (aq)＋H2(g) (3) 金屬氧化物可被氫還原成金屬，因此氫可用來冶煉活性比氫小的金屬。 　CuO(s)＋H2(g) → Cu(s)＋H2O(1) (4) 氫可自燃，但不助燃，將燃燒的火柴丟入氫氣瓶中，則燃燒的火柴熄滅，而瓶口產生淡藍色的火焰，並放出大量的熱。 　2H2(g)＋O2(g) → 2H2O(1)　　H＝－571.6 kJ 二、氫的製備法 1.工業法 電解水 　　 (2) 高溫水蒸氣與赤熱的鐵反應 　　 (3) 水煤氣法 ② 再將水煤氣通過鐵、鉻等氧化物的催化作用，在500時與水蒸氣作用而產生氫及二氧化碳： 　　 最後將混合物加壓通過水，則二氧化碳會溶於水或通入消石灰吸收二氧化碳與氫分離。 　　COH2O(1) → H2CO3(aq) 　　COCa(OH)2(s) → CaCO3(s)＋H2O(1) 　由天然氣製取 　　 2. 實驗室法 活性極大的金屬與水作用A鹼金屬和 A 鹼土金屬的鈣、鍶、鋇與冷水反應而製得氫。 　　 ② 鎂與熱水作用可生成氫。 　　 鐵、鋅與高溫水蒸氣反應可製得氫。 　　 活性大的金屬與酸作用失去電子傾向在氫以上者，均可取代酸中的氫，一般可由活潑的金屬如鋅、鋁、鐵等與稀硫酸或鹽酸作用，產生氫氣。　 FeH2SO4(aq)（稀）→ FeSOH2(g)↑ 　2Al(s)＋6HCl(aq)（稀）→ 2AlCl3H2(g)↑ 　Zn(s)＋H2SO4(aq)（稀）→ ZnSOH2(g)↑ (3) 兩性金屬與強鹼作用鋁、鋅等金屬與氫氧化鉀或氫氧化鈉的濃溶液反應可產生氫氣： 　Zn(s)＋2NaOH(aq)＋2H2O(1) → Na2Zn(OH)4(aq)＋H2(g)↑ 　2Al(s)＋2NaOH(aq)＋6H2O(1) → 2NaAl(OH)4(aq)＋3H2(g)↑ 三、氫的用途1. 熔接劑在工業上常用氫氧焰吹管產生高熱，以切斷或焊接金屬，外管H2，內管O2，其溫度可達2000到2500。 2.還原劑氫可將金屬氧化物還原成金屬。 　 3. 合成氨哈柏法利用氫和氮合成氨。 　 4. 燃料優點是燃燒之後，產生幾乎無汙染的水；缺點是安全性甚差。5. 合成甲醇和甲醛二者皆可在觸媒催化下，使一氧化碳和氫直接反應化合而成。 　 6. 油脂的氫化植物油在觸媒催化下，經氫氣氫化，可成為固體或半固體的脂肪。惰性氣體 來源製備 用途 油井所產之天然氣中，2％之多，是氦氣的重要來源用液態天然氣分餾法 是熔點與沸點最低的氣體 1. 填裝氣球或飛船 2. 與氧混合可供潛水用，以防止潛水伕病 3. 液態氦常被用來作為低溫工業之冷卻劑 Ne 用液態空氣分餾法製備 氖的化學性質極不活潑，幾乎不與其他的元素化合 1. 填充霓虹燈，發出紅光 2. 紅光的折射率低，故不易被散射，能穿透濃霧，供飛機、輪船領航之用 Ar 1. 天然岩石中含有0.012％的放射性同位素40K，它在放射線衰變後產生40Ar 2. 用液態空氣分餾法製備 最早發現的惰性氣體及含量最多的惰性氣體 HArF（氟氬化氫，2000年新發現） 1. 填充燈泡保護鎢絲 2. 焊接金屬時，常用氬做保護氣體，以防止這些金屬在高溫中氧化 Kr 1. 在天然氣、溫泉蒸氣和火山爆發氣體中含有少量氪，但主要存在於地球大氣中 2. 用液態空氣分餾法製備 86Kr發射出的橙紅譜線的波長約為605.6 nm，由於該譜線極專一而被選作長度米的國際標準。1米等於該譜線精確波長的1650763.73倍 放射性85Kr可用於探測金屬表面上小到只有兩個氪原子寬度（8埃）的裂縫。故可用在檢測飛機機身、船身等金屬疲勞所造成的潛在風險 Xe 用液態空氣分餾法製備 1962年加拿大 巴勒特製得第一個鈍氣化合物：黃色固態的XePtF6（六氟鉑酸氙） 氙在電場的激發下，能發射出類似太陽光的連續光譜，利用此特性可製作出氙燈 Rn 氡為鐳衰變的產物，自然界中幾乎不存在 Ra → Rn＋ He 放射性氣體 液態空氣 液態空氣 1.