第八章 氢和稀有气体
§ 8— 1 氢
§ 8— 2,稀有气体
1.氢的自然界的分布,
（ 1）氢是宇宙中最丰富的元素
地壳三界（大气、水、岩石）,以化合物形式存在,
原子分比,17%.仅次于氧,排第二位,
（整个宇宙充满了氢）, 是太阳大气的主要成份,
原子百分比,81.75%
是木星大气的主要成份, 原子百分比,82%
（ 2）氢的同位素
（氕,H）,丰度最大,原子百分比,99.98%
（氘,D）,丰度可变,平均原子百分比,0.016%
（氚,T）,放射性同位素,在大气层,宇宙射线裂变
产物中,1021个 H含有有一个 31H.
人造同位素,可制,
H31
:
n10
+
Li63 H31
+
He42
三种同位素,核外均 1e,所以化学性质相似,但质量
1,2,3相差较大,所以导致了它们的单质,化合物物理
性质上的差异,
H2,b.p,20.2,D2,b.p,23.3
2.氢的成键特征,
由于氢的电子结构, 1s1,且电负性为 x=2.2,所
以它与其他元素的原子化合时,有以下几种成键情况,
（ 1）形成离子键, KH,NaH,CaH2,
离子型氢化物, H —
（ 2）形成共价键,
a.形成非极性共价键,如 H2单质,表现 0氧化态,
b.形成极性共价键, 与非金属的元素的原子化
合,HCl,HBr,H2O,等,表现, +1”氧化态,
（ 3）独特的键型
a.氢原子可以填充到许多过渡金属晶格的空隙中,
形成一类非整比化合物,一般称之为金属氢化物,
例,ZrH1.75和 LaH2.78
b.在硼氢化合物（如 B2H6）和某些过渡金属配
合物中均以桥键存在,
B,利用 sp3杂化轨道，与氢形成三中心两电子键。
（氢桥）
记作,H
H
B B
H
H H
H
要点, B的杂化方式，三中心两电子氢桥键。
氢键,在含有强极性键的共价氢化物中（例 H2O，
HF,HCl,NH3中）由于氢原子与一个电负性很
强的原子相结合，共用电子对强烈偏向电负性强的
原子使氢变成近乎裸露的 H+，可以与另一个电负
性高，有孤对电子的原子形成氢键。
冰的空间构型
3.氢的性质和用途
(1)单质氢
a.物理性质,
H—— H,无色无臭气体。
273K时,1dm3水溶解 0.02dm3H2。
分子量最小。分子间作用力弱，所以难
液化,20K时才液化。
密度最小,故常用来填充气球。
74pm
b.化学性质,H— H D=436KJ/mol 比一般单键
高，接近双键离解能。所以常温下惰
性，但特殊条件下反应迅速进行。
i.与卤素反应：
H2 + F2 → 2HF
（低温，暗处，爆炸，激烈）
H2 + Cl2 → 2HCl
（ h?光照，点燃，才能反应）
H2 + Br2 → 2HBr
（ h?光照，点燃，才能反应）
H2 + I2 ≒ 2HI
(高温反应，且可逆）
ⅱ,与氧反应：
2H2 + O2 → 2H2O
注,H2在 O2中安全燃烧生成 H2O，温度可达
3273K，故可切、焊金属。
爆炸混合物：
H2, O2 = 2, 1（体积比）,
或 H2含量,6～ 67% （氢气 — 空气混合物）
ⅲ,与金属氧化物、卤化物反应 → 制高纯金属
CuO + H2 → H2O + Cu （加热）
Fe3O4 + 4H2 → 4H2O + 3Fe（加热）
WO3 + 3H2 → 3H2O + W （加热）
TiCl4 + 2H2 → 4HCl + Ti （加热）
ⅳ,与 CO、不饱和烃反应：
CO + 2H2 CH3OH
CH2=CH2 + H2 CH3CH3
有机反应
ⅴ,与活泼金属反应：
高温下, 2Na + H2 2Na H
制离子型氢化物方法
Ca + H2 Ca H2
结论,H2的化学性质以还原性为主要特征。
??? ?? ?ZnOCu
?? ?? PTc at,,
?? ?? K6 5 3
??? ?? K5 7 3~4 2 3
（ 2）,原子氢
a,制备：
H2 2 H （电弧或低压放电）
H仅存在半秒钟，又结合为 H2，放热。
b.应用,原子氢焰：
将原子氢流通向金属表面，则形成 H2时放
热，可达 4273K高温，用于焊接高熔点金属。
c.化学性质：强还原性
ⅰ,与 Ge,Sn,As,Sb,S直接反应：
As + 3H → As H3
S + 2H → H2S
?? ?? 加热
ⅱ,还原金属氧化物和卤化物：
CuCl2 + 2H → 2HCl + Cu
ⅲ,,还原金属含氧酸盐：
BaSO4 + 8H → BaS + 4H2O
4.氢的制备：
（ 1）实验室法：
ⅰ, Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
（ Fe） （ H2SO4）
ⅱ,用 Pd,Ni吸附 H2 → 高纯 H2加热
杂质除去,H2S +NaOH== Na2S + H2O
5AsH3 +8MnO4- +24H+==5H3AsO4+8Mn2+ +12H2O
PH3 +8CuSO4 + 4H2O== H3PO4 + 4H2SO4 + 4Cu2SO4
3Cu2SO4 + 2PH3 == 3H2SO4 + 2Cu3P
3Cu2SO4 + 2PH3 +4H2O== H3PO4 + 4H2SO4 +8Cu
ⅲ,电解法：
25%的 KOH或 NaOH电解液：
阴极,2H2O + 2e → H2↑ + 2OH—
阳极,4OH— - 4e → O2↑ + 2 H2O
（ 2）工业制备法：
ⅰ,氯碱工业制 H2：
电解饱和食盐水：
阴极,2H2O + 2e → H2↑ + 2OH—
阳极,2Cl— - 2e → Cl2↑
ⅱ,C还原水蒸气：
C（赤热） + H2O（ g） → H2 ↑ + CO
（水煤气）直接做工业燃料，民用管道煤气。
纯化 H2：
CO + H2 + H2O（ g） → CO2 + 2H2
2× 106Pa（ 20atm），水洗去 CO2 → H2（纯）,
ⅲ,甲烷催化分解或水蒸气转化：
CH4 C + 2H2 ↑
CH4 + H2O CO + 3H2
红热 Fe2O3
??? ?? Kc a t 1 2 7 3~,
????? ?? Kc a T 1 1 7 3~1 0 7 3.,
ⅳ,烷烃脱 H2：
C2H6（ g） CH2=CH2 + H2（直接合成氨 )?? ?? 加热
（ 3）野外生氢 H2：
Si +2NaOH（ aq） + H2O→ 2H2↑ + Na2SiO3
Si（ s） +2NaOH（ s） + Ca（ OH） 2（ s）
2H2 ↑ + Na2SiO3+ Ca
?? ?? 加热
5.氢化物：
氢与其它元素形成的二元化合物叫氢化物。 （周期
表中除稀有气体外，其它大多数元素均可与氢直接
或间接形成氢化物）。根据元素电负性不同，氢化
物分三种类型：
（ 1）离子型氢化物：
H2与 Ⅰ A,Ⅱ A（除 Be）生成的氢化物,H—
（ Si,Fe粉）
2M + H2 2MH（ M,Ⅰ A） NaCl晶型
M + H2 MH2（ M,Ⅱ A） 金红石
TiO2晶型
?? ?? 高温
?? ?? 高温
a.物性：
具有离子型晶体的共性，熔沸点高，常温下白
色盐状晶体，熔化能导电，不溶于非水溶剂，可溶
于熔化的 NaCl晶体中。
H— 存在的证明：电解溶于 NaCl的离子型氢化物
溶液。
阳极,2H— → H2↑ + 2e
阳极有氢气生成，证实含 H— 。
b.化性：
ⅰ,与水强烈反应生成 H2：
NaH（ s） + H2O → 2H2↑ + NaOH
（除去气体或溶剂中的微量水）
ⅱ,良好的还原剂：高温还原
TiCl4 + 4NaH → 4NaCl + Ti + 2H2↑
UO2 + CaH2 → Ca（ OH） 2 +U
2CO2 + BaH2（热） → Ba（ OH） 2 +2CO
ⅲ,非水溶剂中，与缺电子化合物反应生成复合氢
化物,
B2H6 + 2LiH 2LiBH4
AlCl3 + 4LiH LiAlH4 +3LiCl
LiAlH4 + H2O== LiOH + Al（ OH） 3 +4H2↑
（野外生氢剂 )
?? ?? 乙醚
?? ?? 乙醚
(2)金属型 （ 过渡型 ） 氢化物：
Cu,Zn,Ⅲ B→Ⅴ B,Ⅵ B,Cr,Ⅷ 族,Pd,Ni
可与 H2 生成稳定的松散氢化物,
Pt:任何条件下不生成氢化物, 但铂或镍在表面与
H2形成吸附氢化物, 从而使 Pt在 加 H2催化中起很重要
的作用 。
a.组 成, 整比,PdH,CrH2,ZnH2
非整比,LaH2.87,VH0.56等
b,物 性, 具有金属外观特征, 有光泽, 能导电 。
加热 H原子逸出可得高纯 H2。
（ 3） 分子型氢化物：
P区元素 （ 除稀有气体, In,Tl）,在一定条件
下均与 H2生成分子型氢化物 。 根据 Lewis结构中的
电子数或键数的差异, 有三种形式 。
a,形式：
ⅰ,缺电子氢化物：
B2H6,B中心原子未满足 8e,有 2个 3C— 2e键 。
ⅱ,满电子氢化物：
CH4及同族氢化物, 中心原子价电子全部成键,
无剩余非键电子 。
ⅲ,富电子氢化物：
NH3,H2O,HF及同族氢化物：中心原子成键
后有剩余的孤对电子, 未参与成键, 其分子结
构可用 VSEPR规则推测 。
b,物性,属分子晶体, 具有分子型氢化物的共
性,mp,bp低, 常温下大多数为气体 。 气态,
固态, 熔化时不导电 。
c,化性,由于共价键极性差别大, 化性复杂,仅
就与 H2O反应为例说明 。
ⅰ,C,Ge,Sn,P,Sb,As等氢化物,
不与 H2O反应
ⅱ,与 H2O反应的氢化物情况各不相同,
硅氢化物与 H2O反应生成 H2
SiH4 + 4H2O === 4H2↑ + H4SiO4
NH3与 H2O加合并电离：
NH3 + H2O→NH3.H2O→ NH4+ + OH—
H2S,H2Se,H2Te,HF在水中溶解并弱酸式电离,
H2S == H+ +HS— HS— === H+ +S2—
HCl,HBr,HI在水中溶解并强酸式电离
HX==H+ + X— （ X— =Cl—, Br—, I— ）
ⅲ,这些氢化物具有还原性, 同族从上到下还原性
增强, 酸性增强 。
6.氢能源：
1Kg H2完全燃烧放热 120918KJ,故是高能燃
料, 无污染, 环保型燃料 。 目前有关氢能源研
究, 存在着三大课题：发生, 储存, 利用 。
（ 1） 发生：
从能量的观点看, 利用太阳能光解海水最适
宜 。 目前的研究均以过渡金属配合物为催化剂,
光解海水远未达到生产规模 。
（ 2) 储存：
因密度小, 不安全, 装运难度大,目前使用高
压容器储存 。 使用不便, 有危险 。 很多人正在从
事金属氢化物的可逆储氢研究 。
但 Pd,U均为贵金属，不经济，也有人正在
从事多组分金属合金氢化物的研究
LaNi5 + 3 H2 LaNi5H6
(2-3)X105Pa
微热
LaNi5合成方便，价格低，空气中稳定，储氢
量大，很有发展前途。 180- 200mlH2/g.
对于使用氢能源最近也有一些反面的看法
清洁能源未必清洁 美国学者提出氢能源可能
损伤臭氧层
氢燃料被誉为清洁燃料而大行其道，并有取代矿
物燃料的态势，但发表在 2004年 6月 13日美国, 科
学, 杂志上的一篇论文却提出异议,氢燃料的大力推
广和使用，会加大对可有效防止地球遭受紫外线辐射
的臭氧层的损害。
文中表示：这一论断并不能防止氢燃料电池的发
展,但当人们考虑到可能需要采取某些措施以防止氢
燃料燃烧带来的环境恶化时，会对这一观点予以重
视。
与燃烧后产生大量污染空气的温室气体的
矿物燃料不同,氢燃料电池在释放能量后产生
的仅仅是水，因此氢燃料一直被看做是发展前
景绝佳的清洁能源。 今年早些时候,布什总统
将发展氢能源作为优先考虑的高等能源,氢能
源便成为有关能源的辩论中最有力而时髦的字
眼。 美国国会计划在氢能源研究方面再投入几
十亿美元的专款,布什政府也在讨论如何进一
步在国际社会推进氢能源发展。
但是在这篇论文里,来自加利福尼亚科技
学院的研究者们提出了这样一种可能性,即氢
能源并非自始至终都无碍于环境。
如果氢燃料完全取代了矿物燃料,10～ 20％的
氢可能会在车辆或发电站的输送管道、贮藏设备、处
理设备和燃料电池中泄漏。氢分子重量轻，极易向天
空扩散，大量使用氢燃料后，在使用过程中释放出的
氢分子与自然环境中的氢分子加在一起，数量将是原
来的 3倍。 它们升到平流层后会被氧化形成水。这将
降低平流层的温度并干扰臭氧层的化学物质,令北极
与南极上空的臭氧层空洞增大,损害面积甚至将达
8％。
15Km
50Km
O3
大气层
UV射线
臭氧层的作用毋庸置疑，它可以阻挡来自太阳
的紫外线照射，人类接受紫外线照射时间过长会
患上皮肤癌、白内障等疾病。
加利福尼亚理工学院的研究员们认为,在限制
使用含氯氟烃的国际条约的制约和保护下，臭氧
层损耗可得到控制。 但一旦平流层的氢浓度迅速
增加,臭氧层的恢复进度将大为延误
德国科学家警告氢能源会破坏臭氧层
德国科学家对八国集团和欧盟有关加快开发氢
能源技术的策略提出了批评。德国化学家协会成
员于尔根 ·梅茨格说，未来能源全面转向氢能源可
能会带来负面效应。
§ 8— 2,稀有气体
历史的回顾：
稀有气体位于周期表的零族,He,Ne,Ar、
Kr,Xe,Rn（ 放射）。
1894~1900年间被陆续发现。
英国物理学家莱姆塞（ Ramsay） 1894年,
“第三位小数的胜利”
空气分馏氮,1.2572 g?L-1
化学法制备氮,1.2505g?L-1
Ar（ 不活泼）
1895年, 他们又发现了 He（ 本来人们认为它只
存在于太阳中的元素 ）,
1898年 又陆续从空气中分离出 Ne,Kr,Xe。
1900年 在某些放射性矿物中发现了 Rn。 至此 0
族元素全部发现 。
由于惰性被命名为, 惰性气体, 。
1904年由于 Ramsay小组发现了稀有气体并确定
了他们在周期表中的位置, 获得了诺贝尔化学奖 。
2,通性和用途及在自然界分布：
(1)通性
a.稀有气体单原子分子
价层电子结构 1s2,ns2np6稳定结构；
电子亲合能接近零, 电离能很高, 一般情况下稳定；
由于以单原子状态存在, 故原子间仅存在微弱
的范德华力, 故蒸发热小, 在水中溶解度小 。
b,He是所有气体中最难液化的, Tc=5.5K.
c,He在 2.2K以下具有超导性, He不能在常压下
固化 。
（ 2） 用途
a,He 气不燃烧, 比 H2密度小, 故可用它代替 H2
充填气球 。
He的 bp在已知化合物中最低, 常用于超低温技
术 。
He在水中溶解度比 N2小, 故可用做, 氦空气
（ He79%,O221%） 代替空气供潜水员水下呼
吸, 防, 气塞病, 。
He还可 制做 HeNe激光器 。
b,Ne,在电场作用下产生美丽的红光, 故用于
制造氖灯 （ 霓虹灯 ）
c,Ar 在空气中含量最高, 热传导系数小和惰性,
被广泛用于充填电灯泡, 通常可用作保护气体,
防止某些物质被空气氧化 。
d,Kr和 Xe,热传导系数比 Ar还小，也可填充灯泡。
Xe在电场激发下发出强烈白光，用于制造高压
长弧氙灯,有“人造小太阳”之称。
Kr和 Xe的同位素在医学上被用来测量脑血流量
和脑功能，计算胰岛素分泌量等。
稀有气体的物理性质
He Ne Ar Kr Xe Rn
第一电离能 大 小
mp,bp,小 大
水中溶解度 小 大
气体密度 小 大
（ 3） 在自然界的分布：
存在于接近地球表面的空气中,1000 dm3空气中：
9.3dm3Ar,18cm3Ne,5 cm3He,1 cm3Kr，
0.8 cm3Xe。
液化空气分馏可提取稀有气体。
Rn是 Ra放射性蜕变的产物,本身也具有放射
性，故入收体内危险。
22688Ra------22288Rn-------21884Po （ 钋的同位素）
现有研究表明：
Rn是导致肺癌的重要原因之一（除吸烟外），目前全
球肺癌发病率每年增长 20%以上，所以 Rn污染的问题应
引起足够的重视。
3.化合物：
第一个化合物,XePtF6
(红 色晶体,Battlett,加拿大化学家 1962年 发
现,)
思路,已合成 O2[PtF6]
2 1 0 p mr
2 0 1 p mr
m o l1 1 7 0 k JI eXeXe
m o l1 1 8 0 k JI eOO
Xe
O
1-
1
-1
122
2
?
?
???? ??
???? ??
?
?
?
??
]X e [ P t FP t FXe 66 ? ???预测：
自从 1962年 Battlett发现了 Xe[PtF6]之后,
明斯特大学鲁道夫研究小组也有新发现 。 一年
后人们又发现了几种新的氙的化合物 （ XeF2、
XeF4,XeF6） 和许多氙的络合氟化物, 氙的氢
氧化合物, 氧化物 （ XeO3,XeO4）, 还有含氧
酸盐,Na2XeO4·8H2O。
迄今为止, 在稀有气体中主要研究以 Xe为
主的含氟含氧化合物 。
(1) 氙的氟化物的合成和性质：
a,合成：
在镍制容器中直接合成
（ ⅰ ） Xe + F2 → Xe F2（ g）,
673K,1.03X10-5pa,K1 =8.79ⅹ 104
（ ⅱ ） Xe + 2F2 → Xe F4（ g)（ Xe, F2=1,5）,
873K,6.19X10-5pa,K2 =1.07ⅹ 108
（ ⅲ ） Xe +3F2 → Xe F6（ g） （ Xe, F2=1,20）,
573K,6.19X10-5pa K3 =1.01ⅹ 108
（ ⅳ ） Windowill合成,Xe 和 F2放入绝对干燥的玻
璃管中日光照射 。
F2 → 2F,Xe + 2F → Xe F2
缓慢生成美丽的 Xe F2晶体。
b,氟化物的性质：
（ ⅰ ） 都是强氧化剂
Xe F2 + 2I— → Xe + I2 + 2F—
XeF2 + H2 → Xe + 2HF
Xe F4 + 2H2 → Xe + 4HF
XeF4 + 4Hg → Xe + 2Hg2F2
XeF4(s) + Pt(s) → Xe(g) + PtF4(s)
（ ⅱ ） 都与水反应,
XeF2 + H2O → Xe + 2HF + 1/2 O2
(在稀酸中缓慢,在稀碱中快速放出 Xe↑)
Xe F4与水歧化,
6XeF4 + 12H2O → 4Xe + 24HF + 3O2 + 2XeO3
Xe F6与水猛烈反应,
不完全水解,
XeF6 + H2O → XeOF4 + 2HF
完全水解, XeF6 + 3H2O → XeO3 + 6HF
（ ⅲ ） 均为优良的氧化剂
XeF6 + 3C6H6 → 3C6H5F + 3HF + Xe
XeF2 + IF5 → Xe + IF7
XeF4 +2CF3CF=CF5 → Xe + 2CF3CF2CF3
XeF4 + 2SF4 → Xe + 2SF6
2XeF6 + SiO2 → 2XeOF4 + SiF4
(盛氙化物的容器不能是石英器皿 )
(2)Xe的含氧化合物,
XeO3,XeO4及氙酸盐与高氙酸盐
a.制备, XeOF
4
XeOF6
XeF4
（ XeF6）
XeO3 XeO64- XeO4
HXeO4-
H+
OH-
OH-
H2O O
3
C,H2SO4
反应式：
2XeF6 + XeO3 → 3XeOF4
XeOF4 + XeO3 → 2XeO2F2
XeO3 + OH— → HXeO4—
2HXeO4— + 2OH— → XeO64— + Xe + 2O2 + 2H2O
氙酸盐 高氙酸盐
H2XeO62— + H+ → HXeO4— + 1/2 O2 + H2O
XeO3 + O3 + 4OH— → XeO64— + O2 + 2H2O
H4XeO6 → XeO3 + 2H2O+1/2O2浓 H2SO4
PH> 10.5
b,性质：
ⅰ, XeO3,白色, 易潮解, 易爆炸固体, 易溶于水,
浓度高达 4mol/dm3,水溶液不导电, 表明 XeO3
以分子状态存在 。
ⅱ,强氧化性：
6HCl + XeO3 → Cl2↑ + Xe + 3H2O
5XeO3 + 6Mn2++9H2O → 5Xe + 6MnO4— + 18H+
2XeO3+2Ba(OH)2 → Ba2XeO6↓+Xe+ O2 + 2H2O
高氙酸钡沉淀
XeO3+M(OH)2→ M2XeO6↓,Na4XeO6·8H2O↓
MOH → M4XeO6↓, Na4XeO6·6H2O↓
:K4XeO6·2H2O↓
XeO3 + 4NaOH + O3 → Na4XeO6↓ + O2 + 2H2O
3.稀有气体化合物的结构：
对稀有气体化合物的结构,前面不同的理论解
释互相间存在一定的矛盾, 因而稀有气体化合物
的结构目前还未完全解决 。 但各种方法对简单的
化合物处理结果是基本一致的,
（ 1） 杂化轨道法：
稀有气体为 8e结构, 不易失得电子, 不易形成共
价键, 但它当与电负性大的原子作用时, 有可能使
np电子激发到 nd轨道, 出现单电子而成键 。
SP3d杂化
XeF2:
5s:
5p:
5d:
3个孤对电子，直线
型
SP3d2杂化
XeF4:
5s:
5p:
5d:
2个孤对电子
平面正方形
SP3d3杂化
XeF6:
5s:
5p:
5d:
1个孤对电子，变形八面体,6个 F指向八
面体的 6个顶点，一个孤电子对指向一个
棱边的中点或一个面的中心。
（ 2） 价层电子对互斥理论 （ VSEPR法 ）,
价层电子对 成键电子对数 孤对电子对数 电子对构型 分子构型
XeF2 10÷ 2=5 2 3 三角双锥 直线型
XeF4 (8＋ 4)÷ 2=6 4 2 正八面体 平面正方形
XeF6 (8＋ 6)÷ 2=7 6 1 五角双锥 变形八面
体
可见 VSEPR法与杂化轨道理论处理结果相近 。
（ 3） 分子轨道法
XeF2为例：
Xe用 5px轨道上的 2个电子与 2个 F原子的 2px
轨道上的各一个电子组成三中心四电子 σ键 。
此离域键有效的将 Xe和 F结合在一起 。 如图：
三个原子轨道组成三个 σ轨道, 形成三中心四
电子 б型离域键 。 由于形成 σ键,故为直线型 。
5px 2px
Xe
XeF2
2F成键
非键
反键
XeF2分
子轨道
能级图
作业,P:234,1,2,3,4,6,7,9,11，
12,13,14
§ 8— 1 氢
§ 8— 2,稀有气体
1.氢的自然界的分布,
（ 1）氢是宇宙中最丰富的元素
地壳三界（大气、水、岩石）,以化合物形式存在,
原子分比,17%.仅次于氧,排第二位,
（整个宇宙充满了氢）, 是太阳大气的主要成份,
原子百分比,81.75%
是木星大气的主要成份, 原子百分比,82%
（ 2）氢的同位素
（氕,H）,丰度最大,原子百分比,99.98%
（氘,D）,丰度可变,平均原子百分比,0.016%
（氚,T）,放射性同位素,在大气层,宇宙射线裂变
产物中,1021个 H含有有一个 31H.
人造同位素,可制,
H31
:
n10
+
Li63 H31
+
He42
三种同位素,核外均 1e,所以化学性质相似,但质量
1,2,3相差较大,所以导致了它们的单质,化合物物理
性质上的差异,
H2,b.p,20.2,D2,b.p,23.3
2.氢的成键特征,
由于氢的电子结构, 1s1,且电负性为 x=2.2,所
以它与其他元素的原子化合时,有以下几种成键情况,
（ 1）形成离子键, KH,NaH,CaH2,
离子型氢化物, H —
（ 2）形成共价键,
a.形成非极性共价键,如 H2单质,表现 0氧化态,
b.形成极性共价键, 与非金属的元素的原子化
合,HCl,HBr,H2O,等,表现, +1”氧化态,
（ 3）独特的键型
a.氢原子可以填充到许多过渡金属晶格的空隙中,
形成一类非整比化合物,一般称之为金属氢化物,
例,ZrH1.75和 LaH2.78
b.在硼氢化合物（如 B2H6）和某些过渡金属配
合物中均以桥键存在,
B,利用 sp3杂化轨道，与氢形成三中心两电子键。
（氢桥）
记作,H
H
B B
H
H H
H
要点, B的杂化方式，三中心两电子氢桥键。
氢键,在含有强极性键的共价氢化物中（例 H2O，
HF,HCl,NH3中）由于氢原子与一个电负性很
强的原子相结合，共用电子对强烈偏向电负性强的
原子使氢变成近乎裸露的 H+，可以与另一个电负
性高，有孤对电子的原子形成氢键。
冰的空间构型
3.氢的性质和用途
(1)单质氢
a.物理性质,
H—— H,无色无臭气体。
273K时,1dm3水溶解 0.02dm3H2。
分子量最小。分子间作用力弱，所以难
液化,20K时才液化。
密度最小,故常用来填充气球。
74pm
b.化学性质,H— H D=436KJ/mol 比一般单键
高，接近双键离解能。所以常温下惰
性，但特殊条件下反应迅速进行。
i.与卤素反应：
H2 + F2 → 2HF
（低温，暗处，爆炸，激烈）
H2 + Cl2 → 2HCl
（ h?光照，点燃，才能反应）
H2 + Br2 → 2HBr
（ h?光照，点燃，才能反应）
H2 + I2 ≒ 2HI
(高温反应，且可逆）
ⅱ,与氧反应：
2H2 + O2 → 2H2O
注,H2在 O2中安全燃烧生成 H2O，温度可达
3273K，故可切、焊金属。
爆炸混合物：
H2, O2 = 2, 1（体积比）,
或 H2含量,6～ 67% （氢气 — 空气混合物）
ⅲ,与金属氧化物、卤化物反应 → 制高纯金属
CuO + H2 → H2O + Cu （加热）
Fe3O4 + 4H2 → 4H2O + 3Fe（加热）
WO3 + 3H2 → 3H2O + W （加热）
TiCl4 + 2H2 → 4HCl + Ti （加热）
ⅳ,与 CO、不饱和烃反应：
CO + 2H2 CH3OH
CH2=CH2 + H2 CH3CH3
有机反应
ⅴ,与活泼金属反应：
高温下, 2Na + H2 2Na H
制离子型氢化物方法
Ca + H2 Ca H2
结论,H2的化学性质以还原性为主要特征。
??? ?? ?ZnOCu
?? ?? PTc at,,
?? ?? K6 5 3
??? ?? K5 7 3~4 2 3
（ 2）,原子氢
a,制备：
H2 2 H （电弧或低压放电）
H仅存在半秒钟，又结合为 H2，放热。
b.应用,原子氢焰：
将原子氢流通向金属表面，则形成 H2时放
热，可达 4273K高温，用于焊接高熔点金属。
c.化学性质：强还原性
ⅰ,与 Ge,Sn,As,Sb,S直接反应：
As + 3H → As H3
S + 2H → H2S
?? ?? 加热
ⅱ,还原金属氧化物和卤化物：
CuCl2 + 2H → 2HCl + Cu
ⅲ,,还原金属含氧酸盐：
BaSO4 + 8H → BaS + 4H2O
4.氢的制备：
（ 1）实验室法：
ⅰ, Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
（ Fe） （ H2SO4）
ⅱ,用 Pd,Ni吸附 H2 → 高纯 H2加热
杂质除去,H2S +NaOH== Na2S + H2O
5AsH3 +8MnO4- +24H+==5H3AsO4+8Mn2+ +12H2O
PH3 +8CuSO4 + 4H2O== H3PO4 + 4H2SO4 + 4Cu2SO4
3Cu2SO4 + 2PH3 == 3H2SO4 + 2Cu3P
3Cu2SO4 + 2PH3 +4H2O== H3PO4 + 4H2SO4 +8Cu
ⅲ,电解法：
25%的 KOH或 NaOH电解液：
阴极,2H2O + 2e → H2↑ + 2OH—
阳极,4OH— - 4e → O2↑ + 2 H2O
（ 2）工业制备法：
ⅰ,氯碱工业制 H2：
电解饱和食盐水：
阴极,2H2O + 2e → H2↑ + 2OH—
阳极,2Cl— - 2e → Cl2↑
ⅱ,C还原水蒸气：
C（赤热） + H2O（ g） → H2 ↑ + CO
（水煤气）直接做工业燃料，民用管道煤气。
纯化 H2：
CO + H2 + H2O（ g） → CO2 + 2H2
2× 106Pa（ 20atm），水洗去 CO2 → H2（纯）,
ⅲ,甲烷催化分解或水蒸气转化：
CH4 C + 2H2 ↑
CH4 + H2O CO + 3H2
红热 Fe2O3
??? ?? Kc a t 1 2 7 3~,
????? ?? Kc a T 1 1 7 3~1 0 7 3.,
ⅳ,烷烃脱 H2：
C2H6（ g） CH2=CH2 + H2（直接合成氨 )?? ?? 加热
（ 3）野外生氢 H2：
Si +2NaOH（ aq） + H2O→ 2H2↑ + Na2SiO3
Si（ s） +2NaOH（ s） + Ca（ OH） 2（ s）
2H2 ↑ + Na2SiO3+ Ca
?? ?? 加热
5.氢化物：
氢与其它元素形成的二元化合物叫氢化物。 （周期
表中除稀有气体外，其它大多数元素均可与氢直接
或间接形成氢化物）。根据元素电负性不同，氢化
物分三种类型：
（ 1）离子型氢化物：
H2与 Ⅰ A,Ⅱ A（除 Be）生成的氢化物,H—
（ Si,Fe粉）
2M + H2 2MH（ M,Ⅰ A） NaCl晶型
M + H2 MH2（ M,Ⅱ A） 金红石
TiO2晶型
?? ?? 高温
?? ?? 高温
a.物性：
具有离子型晶体的共性，熔沸点高，常温下白
色盐状晶体，熔化能导电，不溶于非水溶剂，可溶
于熔化的 NaCl晶体中。
H— 存在的证明：电解溶于 NaCl的离子型氢化物
溶液。
阳极,2H— → H2↑ + 2e
阳极有氢气生成，证实含 H— 。
b.化性：
ⅰ,与水强烈反应生成 H2：
NaH（ s） + H2O → 2H2↑ + NaOH
（除去气体或溶剂中的微量水）
ⅱ,良好的还原剂：高温还原
TiCl4 + 4NaH → 4NaCl + Ti + 2H2↑
UO2 + CaH2 → Ca（ OH） 2 +U
2CO2 + BaH2（热） → Ba（ OH） 2 +2CO
ⅲ,非水溶剂中，与缺电子化合物反应生成复合氢
化物,
B2H6 + 2LiH 2LiBH4
AlCl3 + 4LiH LiAlH4 +3LiCl
LiAlH4 + H2O== LiOH + Al（ OH） 3 +4H2↑
（野外生氢剂 )
?? ?? 乙醚
?? ?? 乙醚
(2)金属型 （ 过渡型 ） 氢化物：
Cu,Zn,Ⅲ B→Ⅴ B,Ⅵ B,Cr,Ⅷ 族,Pd,Ni
可与 H2 生成稳定的松散氢化物,
Pt:任何条件下不生成氢化物, 但铂或镍在表面与
H2形成吸附氢化物, 从而使 Pt在 加 H2催化中起很重要
的作用 。
a.组 成, 整比,PdH,CrH2,ZnH2
非整比,LaH2.87,VH0.56等
b,物 性, 具有金属外观特征, 有光泽, 能导电 。
加热 H原子逸出可得高纯 H2。
（ 3） 分子型氢化物：
P区元素 （ 除稀有气体, In,Tl）,在一定条件
下均与 H2生成分子型氢化物 。 根据 Lewis结构中的
电子数或键数的差异, 有三种形式 。
a,形式：
ⅰ,缺电子氢化物：
B2H6,B中心原子未满足 8e,有 2个 3C— 2e键 。
ⅱ,满电子氢化物：
CH4及同族氢化物, 中心原子价电子全部成键,
无剩余非键电子 。
ⅲ,富电子氢化物：
NH3,H2O,HF及同族氢化物：中心原子成键
后有剩余的孤对电子, 未参与成键, 其分子结
构可用 VSEPR规则推测 。
b,物性,属分子晶体, 具有分子型氢化物的共
性,mp,bp低, 常温下大多数为气体 。 气态,
固态, 熔化时不导电 。
c,化性,由于共价键极性差别大, 化性复杂,仅
就与 H2O反应为例说明 。
ⅰ,C,Ge,Sn,P,Sb,As等氢化物,
不与 H2O反应
ⅱ,与 H2O反应的氢化物情况各不相同,
硅氢化物与 H2O反应生成 H2
SiH4 + 4H2O === 4H2↑ + H4SiO4
NH3与 H2O加合并电离：
NH3 + H2O→NH3.H2O→ NH4+ + OH—
H2S,H2Se,H2Te,HF在水中溶解并弱酸式电离,
H2S == H+ +HS— HS— === H+ +S2—
HCl,HBr,HI在水中溶解并强酸式电离
HX==H+ + X— （ X— =Cl—, Br—, I— ）
ⅲ,这些氢化物具有还原性, 同族从上到下还原性
增强, 酸性增强 。
6.氢能源：
1Kg H2完全燃烧放热 120918KJ,故是高能燃
料, 无污染, 环保型燃料 。 目前有关氢能源研
究, 存在着三大课题：发生, 储存, 利用 。
（ 1） 发生：
从能量的观点看, 利用太阳能光解海水最适
宜 。 目前的研究均以过渡金属配合物为催化剂,
光解海水远未达到生产规模 。
（ 2) 储存：
因密度小, 不安全, 装运难度大,目前使用高
压容器储存 。 使用不便, 有危险 。 很多人正在从
事金属氢化物的可逆储氢研究 。
但 Pd,U均为贵金属，不经济，也有人正在
从事多组分金属合金氢化物的研究
LaNi5 + 3 H2 LaNi5H6
(2-3)X105Pa
微热
LaNi5合成方便，价格低，空气中稳定，储氢
量大，很有发展前途。 180- 200mlH2/g.
对于使用氢能源最近也有一些反面的看法
清洁能源未必清洁 美国学者提出氢能源可能
损伤臭氧层
氢燃料被誉为清洁燃料而大行其道，并有取代矿
物燃料的态势，但发表在 2004年 6月 13日美国, 科
学, 杂志上的一篇论文却提出异议,氢燃料的大力推
广和使用，会加大对可有效防止地球遭受紫外线辐射
的臭氧层的损害。
文中表示：这一论断并不能防止氢燃料电池的发
展,但当人们考虑到可能需要采取某些措施以防止氢
燃料燃烧带来的环境恶化时，会对这一观点予以重
视。
与燃烧后产生大量污染空气的温室气体的
矿物燃料不同,氢燃料电池在释放能量后产生
的仅仅是水，因此氢燃料一直被看做是发展前
景绝佳的清洁能源。 今年早些时候,布什总统
将发展氢能源作为优先考虑的高等能源,氢能
源便成为有关能源的辩论中最有力而时髦的字
眼。 美国国会计划在氢能源研究方面再投入几
十亿美元的专款,布什政府也在讨论如何进一
步在国际社会推进氢能源发展。
但是在这篇论文里,来自加利福尼亚科技
学院的研究者们提出了这样一种可能性,即氢
能源并非自始至终都无碍于环境。
如果氢燃料完全取代了矿物燃料,10～ 20％的
氢可能会在车辆或发电站的输送管道、贮藏设备、处
理设备和燃料电池中泄漏。氢分子重量轻，极易向天
空扩散，大量使用氢燃料后，在使用过程中释放出的
氢分子与自然环境中的氢分子加在一起，数量将是原
来的 3倍。 它们升到平流层后会被氧化形成水。这将
降低平流层的温度并干扰臭氧层的化学物质,令北极
与南极上空的臭氧层空洞增大,损害面积甚至将达
8％。
15Km
50Km
O3
大气层
UV射线
臭氧层的作用毋庸置疑，它可以阻挡来自太阳
的紫外线照射，人类接受紫外线照射时间过长会
患上皮肤癌、白内障等疾病。
加利福尼亚理工学院的研究员们认为,在限制
使用含氯氟烃的国际条约的制约和保护下，臭氧
层损耗可得到控制。 但一旦平流层的氢浓度迅速
增加,臭氧层的恢复进度将大为延误
德国科学家警告氢能源会破坏臭氧层
德国科学家对八国集团和欧盟有关加快开发氢
能源技术的策略提出了批评。德国化学家协会成
员于尔根 ·梅茨格说，未来能源全面转向氢能源可
能会带来负面效应。
§ 8— 2,稀有气体
历史的回顾：
稀有气体位于周期表的零族,He,Ne,Ar、
Kr,Xe,Rn（ 放射）。
1894~1900年间被陆续发现。
英国物理学家莱姆塞（ Ramsay） 1894年,
“第三位小数的胜利”
空气分馏氮,1.2572 g?L-1
化学法制备氮,1.2505g?L-1
Ar（ 不活泼）
1895年, 他们又发现了 He（ 本来人们认为它只
存在于太阳中的元素 ）,
1898年 又陆续从空气中分离出 Ne,Kr,Xe。
1900年 在某些放射性矿物中发现了 Rn。 至此 0
族元素全部发现 。
由于惰性被命名为, 惰性气体, 。
1904年由于 Ramsay小组发现了稀有气体并确定
了他们在周期表中的位置, 获得了诺贝尔化学奖 。
2,通性和用途及在自然界分布：
(1)通性
a.稀有气体单原子分子
价层电子结构 1s2,ns2np6稳定结构；
电子亲合能接近零, 电离能很高, 一般情况下稳定；
由于以单原子状态存在, 故原子间仅存在微弱
的范德华力, 故蒸发热小, 在水中溶解度小 。
b,He是所有气体中最难液化的, Tc=5.5K.
c,He在 2.2K以下具有超导性, He不能在常压下
固化 。
（ 2） 用途
a,He 气不燃烧, 比 H2密度小, 故可用它代替 H2
充填气球 。
He的 bp在已知化合物中最低, 常用于超低温技
术 。
He在水中溶解度比 N2小, 故可用做, 氦空气
（ He79%,O221%） 代替空气供潜水员水下呼
吸, 防, 气塞病, 。
He还可 制做 HeNe激光器 。
b,Ne,在电场作用下产生美丽的红光, 故用于
制造氖灯 （ 霓虹灯 ）
c,Ar 在空气中含量最高, 热传导系数小和惰性,
被广泛用于充填电灯泡, 通常可用作保护气体,
防止某些物质被空气氧化 。
d,Kr和 Xe,热传导系数比 Ar还小，也可填充灯泡。
Xe在电场激发下发出强烈白光，用于制造高压
长弧氙灯,有“人造小太阳”之称。
Kr和 Xe的同位素在医学上被用来测量脑血流量
和脑功能，计算胰岛素分泌量等。
稀有气体的物理性质
He Ne Ar Kr Xe Rn
第一电离能 大 小
mp,bp,小 大
水中溶解度 小 大
气体密度 小 大
（ 3） 在自然界的分布：
存在于接近地球表面的空气中,1000 dm3空气中：
9.3dm3Ar,18cm3Ne,5 cm3He,1 cm3Kr，
0.8 cm3Xe。
液化空气分馏可提取稀有气体。
Rn是 Ra放射性蜕变的产物,本身也具有放射
性，故入收体内危险。
22688Ra------22288Rn-------21884Po （ 钋的同位素）
现有研究表明：
Rn是导致肺癌的重要原因之一（除吸烟外），目前全
球肺癌发病率每年增长 20%以上，所以 Rn污染的问题应
引起足够的重视。
3.化合物：
第一个化合物,XePtF6
(红 色晶体,Battlett,加拿大化学家 1962年 发
现,)
思路,已合成 O2[PtF6]
2 1 0 p mr
2 0 1 p mr
m o l1 1 7 0 k JI eXeXe
m o l1 1 8 0 k JI eOO
Xe
O
1-
1
-1
122
2
?
?
???? ??
???? ??
?
?
?
??
]X e [ P t FP t FXe 66 ? ???预测：
自从 1962年 Battlett发现了 Xe[PtF6]之后,
明斯特大学鲁道夫研究小组也有新发现 。 一年
后人们又发现了几种新的氙的化合物 （ XeF2、
XeF4,XeF6） 和许多氙的络合氟化物, 氙的氢
氧化合物, 氧化物 （ XeO3,XeO4）, 还有含氧
酸盐,Na2XeO4·8H2O。
迄今为止, 在稀有气体中主要研究以 Xe为
主的含氟含氧化合物 。
(1) 氙的氟化物的合成和性质：
a,合成：
在镍制容器中直接合成
（ ⅰ ） Xe + F2 → Xe F2（ g）,
673K,1.03X10-5pa,K1 =8.79ⅹ 104
（ ⅱ ） Xe + 2F2 → Xe F4（ g)（ Xe, F2=1,5）,
873K,6.19X10-5pa,K2 =1.07ⅹ 108
（ ⅲ ） Xe +3F2 → Xe F6（ g） （ Xe, F2=1,20）,
573K,6.19X10-5pa K3 =1.01ⅹ 108
（ ⅳ ） Windowill合成,Xe 和 F2放入绝对干燥的玻
璃管中日光照射 。
F2 → 2F,Xe + 2F → Xe F2
缓慢生成美丽的 Xe F2晶体。
b,氟化物的性质：
（ ⅰ ） 都是强氧化剂
Xe F2 + 2I— → Xe + I2 + 2F—
XeF2 + H2 → Xe + 2HF
Xe F4 + 2H2 → Xe + 4HF
XeF4 + 4Hg → Xe + 2Hg2F2
XeF4(s) + Pt(s) → Xe(g) + PtF4(s)
（ ⅱ ） 都与水反应,
XeF2 + H2O → Xe + 2HF + 1/2 O2
(在稀酸中缓慢,在稀碱中快速放出 Xe↑)
Xe F4与水歧化,
6XeF4 + 12H2O → 4Xe + 24HF + 3O2 + 2XeO3
Xe F6与水猛烈反应,
不完全水解,
XeF6 + H2O → XeOF4 + 2HF
完全水解, XeF6 + 3H2O → XeO3 + 6HF
（ ⅲ ） 均为优良的氧化剂
XeF6 + 3C6H6 → 3C6H5F + 3HF + Xe
XeF2 + IF5 → Xe + IF7
XeF4 +2CF3CF=CF5 → Xe + 2CF3CF2CF3
XeF4 + 2SF4 → Xe + 2SF6
2XeF6 + SiO2 → 2XeOF4 + SiF4
(盛氙化物的容器不能是石英器皿 )
(2)Xe的含氧化合物,
XeO3,XeO4及氙酸盐与高氙酸盐
a.制备, XeOF
4
XeOF6
XeF4
（ XeF6）
XeO3 XeO64- XeO4
HXeO4-
H+
OH-
OH-
H2O O
3
C,H2SO4
反应式：
2XeF6 + XeO3 → 3XeOF4
XeOF4 + XeO3 → 2XeO2F2
XeO3 + OH— → HXeO4—
2HXeO4— + 2OH— → XeO64— + Xe + 2O2 + 2H2O
氙酸盐 高氙酸盐
H2XeO62— + H+ → HXeO4— + 1/2 O2 + H2O
XeO3 + O3 + 4OH— → XeO64— + O2 + 2H2O
H4XeO6 → XeO3 + 2H2O+1/2O2浓 H2SO4
PH> 10.5
b,性质：
ⅰ, XeO3,白色, 易潮解, 易爆炸固体, 易溶于水,
浓度高达 4mol/dm3,水溶液不导电, 表明 XeO3
以分子状态存在 。
ⅱ,强氧化性：
6HCl + XeO3 → Cl2↑ + Xe + 3H2O
5XeO3 + 6Mn2++9H2O → 5Xe + 6MnO4— + 18H+
2XeO3+2Ba(OH)2 → Ba2XeO6↓+Xe+ O2 + 2H2O
高氙酸钡沉淀
XeO3+M(OH)2→ M2XeO6↓,Na4XeO6·8H2O↓
MOH → M4XeO6↓, Na4XeO6·6H2O↓
:K4XeO6·2H2O↓
XeO3 + 4NaOH + O3 → Na4XeO6↓ + O2 + 2H2O
3.稀有气体化合物的结构：
对稀有气体化合物的结构,前面不同的理论解
释互相间存在一定的矛盾, 因而稀有气体化合物
的结构目前还未完全解决 。 但各种方法对简单的
化合物处理结果是基本一致的,
（ 1） 杂化轨道法：
稀有气体为 8e结构, 不易失得电子, 不易形成共
价键, 但它当与电负性大的原子作用时, 有可能使
np电子激发到 nd轨道, 出现单电子而成键 。
SP3d杂化
XeF2:
5s:
5p:
5d:
3个孤对电子，直线
型
SP3d2杂化
XeF4:
5s:
5p:
5d:
2个孤对电子
平面正方形
SP3d3杂化
XeF6:
5s:
5p:
5d:
1个孤对电子，变形八面体,6个 F指向八
面体的 6个顶点，一个孤电子对指向一个
棱边的中点或一个面的中心。
（ 2） 价层电子对互斥理论 （ VSEPR法 ）,
价层电子对 成键电子对数 孤对电子对数 电子对构型 分子构型
XeF2 10÷ 2=5 2 3 三角双锥 直线型
XeF4 (8＋ 4)÷ 2=6 4 2 正八面体 平面正方形
XeF6 (8＋ 6)÷ 2=7 6 1 五角双锥 变形八面
体
可见 VSEPR法与杂化轨道理论处理结果相近 。
（ 3） 分子轨道法
XeF2为例：
Xe用 5px轨道上的 2个电子与 2个 F原子的 2px
轨道上的各一个电子组成三中心四电子 σ键 。
此离域键有效的将 Xe和 F结合在一起 。 如图：
三个原子轨道组成三个 σ轨道, 形成三中心四
电子 б型离域键 。 由于形成 σ键,故为直线型 。
5px 2px
Xe
XeF2
2F成键
非键
反键
XeF2分
子轨道
能级图
作业,P:234,1,2,3,4,6,7,9,11，
12,13,14
