无机化学 2010级应用化学专业 刘晓瑭 E-mail：xtliu@scau.edu.cn Tel： 85280325 Blog：http://www.sciencenet.cn/u/jlxt33 2018/11/30 刘晓瑭

12 ⅠA,ⅡA族和稀有气体 教学要求： 1.掌握ⅠA、ⅡA族元素单质、氧化物、氢氧化物的性质、制备和用途。熟悉性质变化的规律性。 3.通过对比锂、镁的相似性进一步了解对角线规则。 4.掌握氢的物理和化学性质。 5.了解稀有气体的发展简史，单质的性质、用途及其化合物的性质和结构特点。 重点：碱金属和碱土金属化合物，氢的性质和用途 难点：对角线规则，希有气体化合物的结构 学时：2 2018/11/30 刘晓瑭

目 录 12.1 碱金属和碱土金属单质 12.2 碱金属和碱土金属的化合物 12.3 氢单质 12.4 氢化物 12.5 稀有气体 目 录 12.1 碱金属和碱土金属单质 12.2 碱金属和碱土金属的化合物 12.3 氢单质 12.4 氢化物 12.5 稀有气体 2018/11/30 刘晓瑭

氢（Hydrogen ） 1.氢的同位素（isotope） 氢在周期表中排ⅠA，又能排ⅦA，这是由于第一周期的稀有气体电了构型为1s2 。 (1) P P+n P+2n Protium Deuterium Tritium 氕 氘 氚 (2)存在：H:D=6800:1(原子个数) H:T=1e10:1 2018/11/30 刘晓瑭

(3) 氢同位素形成的单质H2、D2、T2,在化学性质上完全相同，但物理性质（熔沸点）上有差别。 2018/11/30 刘晓瑭

2.氢的性质 极难溶于水和有机溶剂，可贮存在金属(Pt、Pd)和合金(LaNi5)中。 固态氢（黑色）又称为金属氢：在晶格质点上为质子，而电子为整个晶体共享，所以这样的晶体具有导电性，固态氢是六方分子晶格。 a. 成键特点：电子构型为 1s ，可以放在ⅠA类， 但第一电离势高于碱金属的第一电离势；也可放在ⅦA类。 b. 化合反应：与金属: 2Na + H2 = 2NaH； Ca + H2 = CaH2 与非金属: H2 + F2 = 2HF c. 还原反应： CuO + H2 = Cu + H2O WO3 + 3H2 = W + 3H2O 2018/11/30 刘晓瑭

3.氢的制备 (1) 实验室： (2)工业上： 2018/11/30 刘晓瑭

目 录 12.1 碱金属和碱土金属单质 12.2 碱金属和碱土金属的化合物 12.3 氢单质 12.4 氢化物 12.5 稀有气体 目 录 12.1 碱金属和碱土金属单质 12.2 碱金属和碱土金属的化合物 12.3 氢单质 12.4 氢化物 12.5 稀有气体 2018/11/30 刘晓瑭

离子型氢化物（LiH，CaH2） 分子型氢化物（H2S，NH3， CH4 ） 共价型氢化物（B2H6，SiH4） 性质：易水解、具有还原性、与缺电子化合物反应 分子型氢化物（H2S，NH3， CH4 ） 性质：差异大。与水的作用各不相同 氢化物 共价型氢化物（B2H6，SiH4） 过渡金属型氢化物（NiH，ZrH1.75） 性质：保持金属晶体的形貌；非正比化合物 2018/11/30 刘晓瑭

目 录 12.1 碱金属和碱土金属单质 12.2 碱金属和碱土金属的化合物 12.3 氢单质 12.4 氢化物 12.5 稀有气体 目 录 12.1 碱金属和碱土金属单质 12.2 碱金属和碱土金属的化合物 12.3 氢单质 12.4 氢化物 12.5 稀有气体 2018/11/30 刘晓瑭

稀有气体The Rare Gases Helium (He) Neon (Ne) Argon (Ar) 太阳 新的 懒惰的 太阳 新的 懒惰的 Krypton (Kr) Xenon (Xe) Radon (Rn) 稳定的 陌生的 发光的 2018/11/30 刘晓瑭

12.5 稀有气体 12.5.1 稀有气体的发现 12.5.2 稀有气体的单质 12.5.3 稀有气体化合物 Xe O 2018/11/30 刘晓瑭

元素 发现年代 发 现 者 氦 1868 J.N.Lockyer, S.E.Frankland (英) 1895 W.Ramsay（英） 氩 发 现 者 氦 1868 J.N.Lockyer, S.E.Frankland (英) 1895 W.Ramsay（英） 氩 1894 J.W.Rayleigh 氖 1898 氪 氙 氡 1900 F.E.Dorn 2018/11/30 刘晓瑭

12.5 稀有气体 12.5.1 稀有气体的发现 12.5.2 稀有气体的单质 12.5.3 稀有气体化合物 Xe O 2018/11/30 刘晓瑭

1.存在 2.结构 主要存在于空气 氦也存在于某些天然气中 氡为某些放射性元素的蜕变产物 氦原子为2电子构型 He Ne Ar Kr Xe Rn 1s2 2s22p6 3s23p6 4s24p6 5s25p6 2s22p6 氦原子为2电子构型 其它稀有气体原子为稳定的8电子构型 2018/11/30 刘晓瑭

3.性质 价电子结构称为饱和电子层结构，其电子亲合势都接近于零，而且都有很高的电离势。因此不易失去电子、不易得到电子，不易形成化学键。 均为单原子分子，He是所有单质中沸点最低的气体。 蒸发热、在水中的溶解度以及熔、沸点都很低，并且随着原子序数的增加而逐渐升高。 在一般条件下不具备化学活性 2018/11/30 刘晓瑭

稀有气体的一些物理性质 2018/11/30 刘晓瑭

4.用途 氦 氖 是除氢以外最轻的气体, 可用它取代氢气填充气球和汽艇 可利用氦和氧的混合物制成“人造空气”供潜水员呼吸，以防得潜水病 可作超低温研究中的制冷剂，还可作低温温度计的填充气体 可用做电弧焊的惰性保护气体 能产生鲜艳的红光，可用于霓红灯、灯塔等照明工程 氖 氖也可作冷冻剂，致冷温度为25~40K 2018/11/30 刘晓瑭

氩 氪 当电流通过充氩灯管时，能产生蓝光，可用于霓红灯、灯塔等照明工程 氩和氦的混合气体可用于充填灯泡 常用作保护气体 制造特种光源、高效灯泡 其同位素在医学上用于测量脑血流量和研究肺功能、计算胰岛素分泌量等 2018/11/30 刘晓瑭

氙 氡 制造特种光源 用于充填光电管和闪光灯，有“小太阳”之称 其同位素在医学上用于测量脑血流量和研究肺功能、计算胰岛素分泌量等 用于恶性肿瘤的放射性治疗 2018/11/30 刘晓瑭

12.5 稀有气体 12.5.1 稀有气体的发现 12.5.2 稀有气体的单质 12.5.3 稀有气体化合物 Xe O 2018/11/30 刘晓瑭

合成了第一个稀有气体化合物Xe+[PtF6]- 1962年，由英国化学家N.Bartlett 合成了第一个稀有气体化合物Xe+[PtF6]- O2+PtF6＝O2+[PtF6]- Xe+PtF6＝Xe+[PtF6]- 由于O2的第一电离能(1175.7kJ·mol-1)和氙的第一电离能(1171.5kJ·mol-1)非常接近，于是想到用氙代替氧可能会发生同样的反应。 至今已制成稀有气体化合物数百种 卤化物 XeF2、XeF4、XeCl2、KrF2 氧化物 XeO3、XeO4 氟氧化物 XeOF2、XeOF4 含氧酸盐 M(I)HXeO4、M(I)4XeO6 稀有气体化合物中简单化合物甚少 2018/11/30 刘晓瑭

1.氙的氟化物的生成 Xe + F2 XeF2 (s) （由Xe在缺F2情况下加压反应） Xe +2F2 XeF4 (s) 或XeF4 +F2 XeF6 (UV, 常温) 2018/11/30 刘晓瑭

为什么Xe与F2混合如此容易化合但六十多年 间却没有能合成出Xe的化合物？ Xe的量太少；绝对干燥的玻璃仪器不能获得, 实验技术落后。 Irradiating a xenon-fluorine mixture with ultra-violet light at ordinary temperature produces XeF2 (together with some XeF4 (“windowsill” synthesis) 为什么Xe与F2混合如此容易化合但六十多年 间却没有能合成出Xe的化合物？ Xe的量太少；绝对干燥的玻璃仪器不能获得, 实验技术落后。 2018/11/30 刘晓瑭

大多数化合物的制备与氟化物有关， 有的化合物可看作是氟化物的衍生物 XeF2、XeF4、XeF6的性质 (1) 为稳定的白色结晶状共价化合物 (2) 能与水反应 2XeF2 +2H2O → 2Xe+4HF +O2↑ (3) 是优良的氟化剂 2XeF6 +SiO2 → 2XeOF4 + SiF4 2018/11/30 刘晓瑭

2.氙化合物的反应 （1） 与水的反应： (i) XeF2在水中的溶解放出刺激性臭味。在酸性溶液中水解很慢 , 但在碱性溶液中水解很快： 2XeF2 + 2H2O = 2Xe + 4HF + O2 XeF2 + 2OH- = Xe + 1/2O2 + 2F- + H2O (ii) XeF4在水中既有歧化反应又有氧化还原反应: 6XeF4 + 12H2O = 2XeO3 + 4Xe + 3O2 + 24HF 分解成：3XeF4 + 6H2O = 3Xe + 3O2 + 12HF 3XeF4 + 6H2O = 2XeO3 + Xe + 12HF 所以上述反应方程式只是XeF4等摩尔参与自身Ox-Red以及与水的氧化还原的配平结果.实际上这是一个多重配平的方程式 。 (iii) XeF6 + H2O = XeOF4 + 2HF，XeOF4 + 2H2O = XeO3 + 4HF 2018/11/30 刘晓瑭

(可氧化Cl-，Ce(III), Co(II)) （2）做强氧化剂 XeF6 + 8NH3 = Xe + N2 + 6NH4F (可氧化Cl-，Ce(III), Co(II)) XeF6化学性质非常活泼，甚至与石英反应： 2XeF6 (g) + SiO2 (s) = 2XeOF4 (l) + SiF4 (g) XeF6也能发生歧化反应： 4XeF6 + 18Ba(OH)2 = 3Ba2XeO6 + Xe + 12BaF2+18H2O （3）良好的氟化剂 RbF + XeF6 = RbXeF7 XeF2 + SbF5 = [XeF][SbF6] 不能盛放在玻璃瓶中 +8 2018/11/30 刘晓瑭

3.氙化合物的结构 以XeF4为例： 价电子对数＝(8+4)÷2=6 价电子对构型为八面体 XeF4可能的构型有两种： 构 型： （a） （b） 价电子对数＝(8+4)÷2=6 90°孤—孤： 0 1 90°孤—成： 8 6 90°成—成： 4 5 价电子对构型为八面体 XeF4可能的构型有两种： Xe Xe F F F F F F F 所以XeF4的分子构型是平面四面形 F (a) 2018/11/30 刘晓瑭 (b)

符合VSEPR理论 分子 价电子对数 价电子对构型 可能构型 最稳定构型 XeF2 5 三角双锥 三种 直线型 XeOF4 6 八面体 二种 四方锥形 XeO3 4 四面体 一种 三角锥形 XeO4 4 四面体 一种 正四面体 2018/11/30 刘晓瑭

氙化合物的结构示意 Xe O XeF2 XeF6 XeO3 XeF4 2018/11/30 刘晓瑭

Xe2F3+ ： 2XeF2 + AsF5 = [Xe2F3+][AsF6-] 特殊结构 Xe2F3+ ： 2XeF2 + AsF5 = [Xe2F3+][AsF6-] 2018/11/30 刘晓瑭

谢谢！ 2018/11/30 刘晓瑭