227-《无机化学》.ppt

《无机化学》 氢和稀有气体 5.1 氢 5.2 稀有气体 氢 5.1.1 氢在自然界的分布 5.1.2 氢的成键特征 5.1.3 氢的性质和用途 5.1.4 氢的制备 5.1.5 氢化物 5.1.1 氢在自然界的分布 存在： 主要以化合态存在于水、石油、天然气以及生物的组织中。由光谱数据分析表明，太阳和其他一些星球的大气中含有大量的氢。 1766年，英国的物理学家和化学家卡文迪什（1731 ─ 1810）用六种相似的反应制出了氢气。这些反应包括锌、铁、锡分别与盐酸或稀硫酸反应。同年，他在一篇名为“人造空气的实验”的研究报告中谈到此种气体与其它气体性质不同，但由于他是燃素学说的虔诚信徒，他不认为这是一种新的气体，他认为这是金属中含有的燃素在金属溶于酸后放出，形成了这种“可燃空气”。事实上是杰出的化学家拉瓦锡（1743─1794）1785年首次明确地指出：水是氢和氧的化合物，氢是一种元素。并将“可燃空气”命名为“Hydrogen”。这里的“Hydro”是希腊文中的“水”，“gene”是“源”，“Hydrogen”就是“水之源”的意思。它的化学符号为H。 氢的同位素 1 H——又称氕，符号为H，占99.98% 2H——又称为氘，符号为D，占0.02% 3H——又称为氚，符号为T，是H的1017分之一，主要是核衰变的产物。 5.1.2 氢的成键特征 5.1.3 氢的性质和用途 氢的物理性质 氢的化学性质 *氢气的键能很大(436kJ·mol-1) 氢气发生的主要反应是高温反应 原子氢 1、制备：通过高温、电弧或低压放电使H2解离 2、性质：半衰期短（0.3秒） 化学活性大 结合为H2放出大量的热（原子氢焰） 强还原性（P 216） 3、应用：焊接高熔点金属 5.1.4 氢的制备 1、实验室制备： 实验室由活泼金属和稀酸反应或两性金属与碱反应制备，也可用电解法制备。 电解法： 氢气的工业制备： 1、水煤气法 特殊方法： 光催化分解水 自1972 年fujishima 等通过Pt－TiO2电极光电转化分解水制氢以来，TiO2光催化剂得到了广泛的研究。主要活性调变方式即阴阳离子掺杂，复合和敏化。 继TiO2后，其它过渡金属（复合）氧（硫/硒）化物如ZrO2，CdS，Co3O4， WO3，Fe3O4，IrO2，RuO2，γ-Bi2O3等得到了广泛研究。 存在问题： 主要使用的是紫外光；效率低（~1mol/h）;抗光腐蚀能力差…… 5.1.5 氢化物 氢化物的分类： 1、离子型氢化物（碱金属和碱土金属） 2、金属型氢化物（d区、f区元素） 3、共价型氢化物（高电负性元素） 离子型氢化物 电负性很小的碱金属和碱土金属与H化合（除Be、Mg） 2 还原性强 3. 形成配位氢化物 分子型氢化物 由氢和ⅢA～ⅦA族元素所形成 1、缺电子化合物和聚合型氢化物（ⅢA族元素） 如乙硼烷B2H6，氢化铝(AlH3)n等； 2、满电子氢化物（IVA族元素） 如各种烷烃； 3、富电子氢化物（VA ~ VIIA族元素） 氮族、氧族、卤素氢化物 氢化物的性质： 1、热稳定性相差很大 氢化铅PbH4、氢化铋BiH3在室温下强烈分解，氟化氢、水受热到1000℃时也几乎不分解 2、常见的状态为气体 3、在水中的行为较为复杂 强酸（HCl）、弱酸（H2S）、碱（NH3） 水解（SiH4）、与水不作用（CH4） 金属型氢化物 过渡型氢化物 （与过渡金属和Be、Mg、In、Tl形成的氢化物） 1、它们晶格中金属原子的排列基本上保持不变，只是相邻原子间距离稍有增加。因氢原子占据金属晶格中的空隙位置，也称间充型氢化物 2、金属型氢化物保留金属的外观特征，有金属光泽，密度比相应金属小 3、导电、导热、熔点高、硬度大、脆性大 4、热稳定性差，受热后易放出氢气 储氢 某些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，这些金属能够大量“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来。这些会“吸收”氢气的金属，称为储氢合金。　 由于储氢合金都是固体，既不用储存高压氢气所需的大而笨重的钢瓶，又不需存放液态氢那样极低的温度条件，需要储氢时使合金与氢反应生成金属氢化物并放出热量，需要用氢时通过加热或减压使储存于其中的氢释放出来，如同蓄电池的充、放电。　　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。 镧镍-5LaNi5（吸氢后为LaNi5H6） 容量