NaHH2H2cH,0CH4H2H21143 K1273 K热解光解电解H2H2H2氢能源一21世纪的清洁能源★氢燃烧速率快，反应完全，氢能源是清洁能源，没有环境污染，能保持生态平衡★目前，已实验成功用氢作动力的汽车，有望不久能投入实用氢作为航天飞机的燃料已经成为现实，有的航天飞机的液态氢储罐存有近1800m3的液态氢中国已研制成功了一种氢能汽车，它使用储氢材料90千克，可行驶40千米，时速超过50千米。★氢气和电力一样，是一种二级能源，因为要取得氢气必须用一种来自一级能源如石油、煤炭、太阳能或原子能取得的能量，并把这种能量转化为电能，再用电解或其它方法分解水而产生氢气。利用太阳能来光解水是最好的办法★氢能源研究面临的三大问题：氢气的发生（降低生产成本）氢气的储存氢气的利用②可逆①液化氢气燃烧产生的化学能可以用做能源，氢还可以通过核聚变反应产生核能。氢可作为直接燃料用储储于火箭、燃氢汽车、燃氢飞机、存存电池等。氩Ar早在1785年，英国著名科学家卡文迪什（CavendishH.1731-1810）在研究空气组成时，发现一个奇怪的现象。当时人们已经知道空气中含有氮、氧、二氧化碳等，卡文迪什把空气中的这些成分除尽后，发现还残留少量气体，这个现象当时并没有引起化学家们应有的重视。谁也没有想到，就在这少量气体里竞藏着一个化学元素家族。25
25 氢能源—21 世纪的清洁能源 ★氢燃烧速率快，反应完全. 氢能源是清洁能源，没有环境污染，能保持生态平 衡. ★ 目前，已实验成功用氢作动力的汽车，有望不久能投入实用氢作为航天飞机 的燃料已经成为现实，有的航天飞机的液态氢储罐存有近 1800 m3 的液态氢 中国已研制成功了一种氢能汽车，它使用储氢材料 90 千克，可行驶 40 千米，时 速超过 50 千米。 ★氢气和电力一样，是一种二级能源，因为要取得氢气必须用一种来自一级能源 如石油、煤炭、太阳能或原子能取得的能量，并把这种能量转化为电能，再用电 解或其它方法分解水而产生氢气。 氩 Ar 早在 1785 年，英国著名科学家卡文迪什（Cavendish H,1731-1810）在研究空气 组成时，发现一个奇怪的现象。当时人们已经知道空气中含有氮、氧、二氧化碳 等，卡文迪什把空气中的这些成分除尽后，发现还残留少量气体，这个现象当时 并没有引起化学家们应有的重视。谁也没有想到，就在这少量气体里竟藏着一个 化学元素家族
100多年后，英国物理学家瑞利（RayleighJWS,1842-1919）在研究氮气时发现从氮的化合物中分离出来的氮气每升重1.2508g，而从空气中分离出来的氮气在相同情况下每升重1.2572g，这0.0064g的微小差别引起了瑞利的注意。他与化学家莱姆赛合作，把空气中的氮气和氧气除去，用光谱分析鉴定剩余气体，终于在1894年发现了氩。由于氩和许多试剂都不发生反应，极不活泼，故被命名为Argon，即“不活泼”之意。中译名为氩，化学符号为Ar。氮He早在1868年，法国天文学家简森(JanssenPJC,1824-1907)在观察日全蚀时，就曾在太阳光谱上观察到一条黄线D，这和早已知道的钠光谱的D1和D2两条线不相同。当时天文学家认为这条线只有太阳才有，并且还认为是一种金属元素。所以洛克耶尔把这个元素取名为Helium，这是由两个字拼起来的，helio是希腊文太阳神的意思，后缀-ium是指金属元素而言。中译名为氢。1895年，莱姆赛和另一位英国化学家特拉弗斯(TraversMW,1872-1961)合作，在用硫酸处理沥青轴矿时，产生一种不活泼的气体，用光谱鉴定为氮，证实了氮元素也是一种稀有气体，这种元素地球上也有，并且是非金属元素。随后在1898年，莱姆赛等人相继在液体空气中分离得到了氛、氪、氙。1900年，道恩在某些放射性矿物中发现了氢。至此，氢、氛、氩、氪、氙、氢六种稀有气体作为一个家族全被发现了，它们占据了元素周期表零族的位置。这个位置相当特殊，在它前面是电负性最强的非金属元素，在它后面是电负性最小的金属活泼性最强的金属元素。由于这六种气体元素的化学情性，很久以来，它们被称为”性气体”。人类的认识是永无止境的，经过实践的检验，理论的相对真理性会得到发展和完善。1962年，在加拿大工作的英国青年化学家巴特列特(BartlettN,1932~)首先合成出第一个情性气体的化合物一一六氟合铂酸氙Xe[PtF6]，动摇了长期禁人们思想。"隋性气体"也随之改名"稀有气体"。2、分离：熔沸点不同,可利用液化空气,除去N2、CO2、H2O后,剩下以Ar为主的稀有气体常用低温分馏或低温选择性吸附的方法分离混合稀有气体3、稀有气体的基本性质26
26 100 多年后，英国物理学家瑞利（Rayleigh J W S,1842-1919）在研究氮气时发现 从氮的化合物中分离出来的氮气每升重 1.2508g，而从空气中分离出来的氮气在 相同情况下每升重 1.2572g，这 0.0064g 的微小差别引起了瑞利的注意。他与化 学家莱姆赛合作，把空气中的氮气和氧气除去，用光谱分析鉴定剩余气体，终于 在 1894 年发现了氩。由于氩和许多试剂都不发生反应，极不活泼，故被命名为 Argon，即“不活泼”之意。中译名为氩，化学符号为 Ar。 氦 He 早在 1868 年，法国天文学家简森(Janssen P J C,1824-1907)在观察日全蚀时，就 曾在太阳光谱上观察到一条黄线 D，这和早已知道的钠光谱的 D1 和 D2 两条线 不相同。当时天文学家认为这条线只有太阳才有，并且还认为是一种金属元素。 所以洛克耶尔把这个元素取名为 Helium，这是由两个字拼起来的，helio 是希腊 文太阳神的意思，后缀-ium 是指金属元素而言。中译名为氦。 1895 年，莱姆赛和另一位英国化学家特拉弗斯(Travers M W,1872-1961)合作，在 用硫酸处理沥青铀矿时，产生一种不活泼的气体，用光谱鉴定为氦，证实了氦元 素也是一种稀有气体，这种元素地球上也有，并且是非金属元素。 随后在 1898 年，莱姆赛等人相继在液体空气中分离得到了氖、氪、氙。 1900 年，道恩在某些放射性矿物中发现了氡。 至此，氦、氖、氩、氪、氙、氡六种稀有气体作为一个家族全被发现了，它们占 据了元素周期表零族的位置。这个位置相当特殊，在它前面是电负性最强的非金 属元素，在它后面是电负性最小的金属活泼性最强的金属元素。由于这六种气体 元素的化学惰性，很久以来，它们被称为"隋性气体"。 人类的认识是永无止境的，经过实践的检验，理论的相对真理性会得到发展和完 善。1962 年，在加拿大工作的英国青年化学家巴特列特(Bartlett N,1932~)首先合 成出第一个惰性气体的化合物──六氟合铂酸氙 Xe[PtF6]，动摇了长期禁锢人们 思想。"隋性气体"也随之改名"稀有气体"。 2、分离: 熔沸点不同,可利用液化空气,除去 N2 、CO2 、H2O 后,剩下以 Ar 为主的稀有气 体. 常用低温分馏或低温选择性吸附的方法分离混合稀有气体. 3、稀有气体的基本性质
名称氛氢氩氨氙氢性质元素符号HeNeArKrXeRn原子序数21018365486原子量4.00320.1839.9583.80131.3222.01s22s*p63s"p64s*p65s*p66s*p6价电子层结构93169160原子半径(pm)112154220第一电离势237220811521135111701037(kJ/mol)0.099.7蒸发热（(kJ/mol)1.86.313.718.0熔点(K)0.9524.4883.95116.55161.15202.15沸点(K)4.2527.2587.45120.25166.05208.15在水中的溶解8.810.433.662.6123222度(cm3/dm2在大气中5.21.8 X10-59 ×10-31.1 × 10-58.7X10-8.的丰度X10-64、稀有气体的主要用途氢人造空气防“气塞病”载人氨气飞艇-氛激光器Kr：用氪来填充白炽灯，可以节能10%，氩和氪的混合气广泛用于充填荧光灯。Xe：Xe一O2深度麻醉剂，氙能溶于细胞质的油脂里，引起细胞的麻醉和膨胀，从而使神经末梢作用暂时停止。人们曾试用80%氙气和20%氧气组成的混合气体，作为无副作用的麻醉剂。制造高压“人造小太阳”，用于特殊光源的制造，譬如摄影家所使用的高速电子闪光灯。在缺乏照明的情况下，氙电子结构的高度挥发性使氙气产生出一道一瞬即逝而强烈的光芒，从而使胶卷可以正常曝光氙和氩和氩还用在霓虹灯里。霓虹灯是在细长的玻璃管里，充入稀薄的气体，电极装在管子的两端，放电时产生有色光。灯光的颜色跟灯管内填充气体种类和气压有关，跟玻璃管的颜色也有关（见表）。27
27 4、稀有气体的主要用途 Kr：用氪来填充白炽灯，可以节能 10%，氩和氪的混合气广泛用于充填荧光灯。 Xe：Xe—O2 深度麻醉剂，氙能溶于细胞质的油脂里，引起细胞的麻醉和膨胀， 从而使神经末梢作用暂时停止。人们曾试用 80%氙气和 20%氧气组成的混合气 体，作为无副作用的麻醉剂。制造高压“人造小太阳”，用于特殊光源的制造，譬 如摄影家所使用的高速电子闪光灯。在缺乏照明的情况下，氙电子结构的高度挥 发性使氙气产生出一道一瞬即逝而强烈的光芒，从而使胶卷可以正常曝光。 氖和氩 氖和氩还用在霓虹灯里。霓虹灯是在细长的玻璃管里，充入稀薄的气体，电极装 在管子的两端，放电时产生有色光。灯光的颜色跟灯管内填充气体种类和气压有 关，跟玻璃管的颜色也有关(见表)
灯色气体玻璃管的颜色氛无大红氛深红淡红氢金黄淡红蓝体积分数：氩80%、氯20%淡蓝绿淡黄体积分数：氩80%、氯20%紫无体积分数：氩50%、氛50%11.2.3稀有气体化合物成键特征外电子层为2e或8e个电子；电子亲和能0，电离能大；稳定，不易发生化学反应；单原子状态存在（色散力)；稀有气体化合物主要是共价键。（1）稀有气体化学引人注目的第二次大发现1962年3月32日下午6时45分BartlettN第一个观察到“情性气体”元素的化学行为：XePtF6橙黄色固体生成！思路：刚刚制备出新化合物：O2（g）+PtF6(s)=O2+[PtF6](s)Oz—0,*+el=1175.7kJ·mol1rro,=201pmXeXe++e{,=1171.5kJmol1{ R=210pm巴特列特根据以上推论，仿照合成O2PtF6的方法，将PtF6的蒸气与等摩尔的氢混合，在室温下竟然轻而易举地得到了一种橙黄色固体XePtF6：Xe+PtF6→XePtF6该化合物在室温下稳定，其蒸气压很低。它不溶于非极性溶剂四氯化碳，这说明它可能是离子型化合物。它在真空中加热可以升华，遇水则迅速水解，并逸出气体：2XePtF6+6H20-→2Xe↑+02↑+2PtO2+12HF同年8月，柯拉森（H.H.Classen）在加热加压的情况下，以1：5体积比混合氙与氟时，直接得到了XeF4，年底又制得了XeF2和XeF6。氙的氟化物的直接合成成功，更加激发了化学家合成稀有气体化合物的热情。同年8月，柯拉森（H.H.Classen）在加热加压的情况下，以1：5体积比混合氙与氟时，直接得到了XeF4，年底又制得了XeF2和XeF6。氙的氟化物的直接合成成功，更加激发了化学家合成稀有气体化合物的热情。Xe是稀有气体中最活泼的元素，电离能最小。只有电离能较小的Xe和Kr才能28
28 11.2.3 稀有气体化合物 成键特征 外电子层为 2e 或 8e 个电子；电子亲和能～0，电离能大； 稳定，不易发生 化学反应； 单原子状态存在(色散力);稀有气体化合物主要是共价键。 （1）稀有气体化学引人注目的第二次大发现 1962 年 3 月 32 日下午 6 时 45 分 Bartlett N 第一个观察到 “惰性气体” 元素的化学行为：XePtF6 橙黄色固体生成！ 思路：刚刚制备出新化合物：O2（g）+ PtF6(s) = O2+[PtF6] - (s) 巴特列特根据以上推论，仿照合成 O2PtF6 的方法，将 PtF6 的蒸气与等摩尔的氙 混合，在室温下竟然轻而易举地得到了一种橙黄色固体 XePtF6： Xe＋PtF6→XePtF6 该化合物在室温下稳定，其蒸气压很低。它不溶于非极性溶剂四氯化碳，这说明 它可能是离子型化合物。它在真空中加热可以升华，遇水则迅速水解，并逸出气 体： 2XePtF6＋6H2O→2Xe↑+O2↑+2PtO2＋12HF 同年 8 月，柯拉森（H．H．Classen）在加热加压的情况下，以 1∶5 体积比混合 氙与氟时，直接得到了 XeF4，年底又制得了 XeF2 和 XeF6。氙的氟化物的直接合 成成功，更加激发了化学家合成稀有气体化合物的热情。 同年 8 月，柯拉森（H．H．Classen）在加热加压的情况下，以 1∶5 体积比混合 氙与氟时，直接得到了 XeF4，年底又制得了 XeF2 和 XeF6。氙的氟化物的直接合 成成功，更加激发了化学家合成稀有气体化合物的热情。 Xe 是稀有气体中最活泼的元素，电离能最小。只有电离能较小的 Xe 和 Kr 才能
与电负性很大的典型非金属氟及氧化合。目前研究较多的是氙的化合物，以下主要介绍氙的几种化合物的性质和结构。1氙的氟化物：可由元素之间的直接化合反应合成一一主要是氙化学氙的氟化物------不能用玻璃、石英制品，而用镍容器（以F2钝化）K(548K)=8.79×104XeF2(s)(Xe大过量)Xe(g)+F2(g)K(548K)=1.07×104Xe(g)+ 2F2 (g)XeF4 (s) [n(Xe):n(F2) = 1:5]K(548K)=1.01×108Xe (g) +3 F2 (g)XeF6(s)[n(Xe):n(F2)=1:20)F2大过量，并且反应时间较长》水解反应：XeF6+3H2O=XeO3+6HFXeO3只可以通过水解反应制得，因为Xe和O2不能直接化合得到XeO3>碱性溶液分解：XeF2+OH=Xe+1/2O2+2F-+H20在酸性及中性条件下，反应非常缓慢，因此可以溶解于水中。>水中歧化：6XeF4+12H20=2Xe03+4Xe+24HF+302水中歧化反应的机理分为两步：（1）水中水解并歧化：3XeF4+6H20=XeO4+2Xe0+12HF（2）歧化产物的分解：Xe0=Xe+O2；XeO4=XeO03+1/202（3）稀有气体化合物的实际作用》强氧化剂Cl2XeF2在水溶液中能够使HCIKII2Ce(III)Ce(IV)Co(II)Co(III)Ag( I)Ag(II)1968年第一次制得BrO4:NaBrO3 + XeF2 +H2ONaBrO4+2HF +Xe>氟化剂：2Hg+XeF4Xe+2HgF2不能用玻璃做反应器！2XeF6+3SiO22XO3+3SiF4↑XeF4(s) + Pt(s) = Xe(g) + PtF4(s)V原子能工业中分离放射性Xe、Kr;XeF4作减速剂；U、Pu、Np的分离；UF6的生产等.其他如激光，特殊光学波动、高能燃料和炸药等2、氧化氙与高氙酸盐的性质和结构XeO3易潮解易爆炸,水溶液具有极强的氧化性29
29 与电负性很大的典型非金属氟及氧化合。目前研究较多的是氙的化合物，以下主 要介绍氙的几种化合物的性质和结构。 1 氙的氟化物: 可由元素之间的直接化合反应合成——主要是氙化学 氙的氟化物 - 不 能 用 玻 璃 、 石 英 制 品 ， 而 用 镍 容 器 ( 以 F2 钝化） Xe(g)+F2(g) XeF2(s)(Xe 大过量) K(548K)=8.79×104 Xe(g)+ 2F2 (g) XeF4 (s) [n(Xe):n(F2) = 1:5] K(548K)=1.07×104 Xe (g) + 3 F2 (g) XeF6 (s) [n(Xe):n(F2) = 1:20] K(548K)=1.01×108 F2 大过量，并且反应时间较长 水解反应：XeF6+3H2O＝XeO3+6HF XeO3 只可以通过水解反应制得，因为 Xe 和 O2 不能直接化合得到 XeO3 碱性溶液分解：XeF2 + OH- = Xe + 1/2O2 + 2F- + H2O 在酸性及中性条件下，反应非常缓慢，因此可以溶解于水中。 水中歧化：6XeF4 + 12H2O = 2XeO3 + 4Xe + 24HF + 3O2 水中歧化反应的机理分为两步： （1）水中水解并歧化：3XeF4 + 6H2O = XeO4+ 2XeO + 12HF （2）歧化产物的分解：XeO = Xe+ O2；XeO4 = XeO3 +1/2 O2 （3）稀有气体化合物的实际作用 强氧化剂 XeF2 在水溶液中能够使 HCl Cl2 KI I2 Ce(Ⅲ) Ce(Ⅳ) Co(Ⅱ) Co(Ⅲ) Ag(Ⅰ) Ag(Ⅱ) 1968 年第一次制得 BrO4 - : NaBrO3 + XeF2 + H2O NaBrO4 + 2HF + Xe 氟化剂：2Hg+XeF4 Xe+2HgF2 2XeF6+3SiO2 2XO3+3SiF4 ↑ 不能用玻璃做反应器！ XeF4(s) + Pt(s) = Xe(g) + PtF4(s) 原子能工业中分离放射性 Xe、Kr; XeF4 作减速剂；U、Pu、Np 的分离；UF6 的生产等.其他如激光，特殊光学波动、高能燃料 和炸药等. 2、氧化氙与高氙酸盐的性质和结构 XeO3 易潮解,易爆炸,水溶液具有极强的氧化性