内容发布更新时间 : 2024/5/18 11:20:18星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

第14章 氢 元 素

一、教学基本要求

1． 了解氢在周期表中的位置；

2． 了解氢的存在和用途，掌握氢的主要工业和实验室制法； 3． 认识氢的三种同位素的概况； 4． 掌握二元氢化物的分类及其特点； 5． 了解氢能源 (发生、储存和利用).

二．要点

1． 水蒸气转化法 (steam reforming) 天然气在高温、高压下与水蒸气反应制取H2的反应叫水蒸汽转化反应。 2． 水煤气反应 (water-gas reaction)

加热至1 000 ℃左右的焦炭与水蒸气反应生成H2与CO的混合气体，这种混合气体

叫作水煤气(water gas), 上述反应叫水煤气反应。 3． 氢经济学 (Hydrogen economy)

考虑到化石燃料终将枯竭的威胁, 以氢作为未来能源的研究方案开始显露出来。氢

能源具有巨大的吸引力，用液氢代替汽油作为汽车燃料时, 尾气中基本上不含污染物; 以液氢为燃料的超音速飞机的航程会大幅提高; 特超音速(超过音速5倍以上)飞机的出现也将成为可能。诸如此类的各种潜在用途如果能够变成现实用途, 将导致人类生活方式的重大变化, 形成所谓的氢经济学。 4． 核聚变 (nuclear fusion)

由两个或多个轻核聚合形成较重核的过程叫核聚变。 5． 似盐型氢化物 (saline hydrides)

s区金属和电正性高的几个碱土金属形成似盐型氢化物，其中氢以负离子的形式存

在。像典型的无机盐一样，似盐型氢化物是非挥发性、不导电并具有明确结构的晶形固体化合物。

6． 金属型氢化物 (metallic hydrides)

金属型氢化物是氢与d区和f区金属元素形成的一类二元氢化物。与前两类氢化物不同，大多数金属型氢化物显示金属导电性，它们也因此而得名。这类化合物的一个重要特征是具有非化学计量(nonstoichiometric)组成，即, 它们是H原子与金属原子之间比值不固定的一类化合物。例如在550 ℃，化合物ZrHx的组成变化在ZrH1.30与ZrH1.75之间。

7． 包含水合物 (Clathrate hydrate)

指水分子彼此间通过氢键形成笼，而将外来中性分子（如Ar，Xe，CH4, Cl2）或离 子包于笼内得到的一类水合物。

三、学生自测练习题

1．是非题（判断下列各项叙述是否正确，对的在括号中填“√”，错的填“×”）

1. 1 在某纯样品中，当一个氢原子与一个高电负性的具备一个非定域电子对的

原子键合时，氢键最强。 ( ) 1. 2 氢键都是直线型。 ( 1. 3 “氢经济学”的设想与方案之一是利用太阳能获得廉价的电力，电解水而

得氢。这是自发制氢最可行的方案。 ( 1. 4 氢的同位素共有1H，2H和3H三种。 ( 1. 5 有的氢化合物都在分子型氢化物，金属型氢化物和似盐型氢化物之列。 ( 1. 6 碳族至卤素元素形成氢化物时都是放能过程。 ( 1. 7 只要H2和O2以2 : 1体积比构成混合物，在任何温度和压力下反应都会引

起爆炸。 ( 1. 8 H2与中心金属原子电荷密度适中时，就会形成稳定的H2分子配合物。 ( 1. 9 氢是最轻的单质，故它也是熔点和沸点最低的单质。 ( 1. 10 若测得某氢化物的溶液呈碱性，可断定此氢化物为离子型氢化物。 ( 2．选择题（选择正确答案的题号填入）

2. 1 在标准状态下，氢能独立存在的形式是： ( a. H- b. H+ c. H2 d. H

2. 2 考虑氢作为发动机燃料是因为： ( a. 氢燃烧时放出大量的热 b. 氢及其燃烧的产物都是无毒的 c. 氢燃烧放出的热量是等量汽油的三倍 d. 以上三者都是。

2. 3 氢氧化钾属于下列哪种化合物： ( a. 分子型化合物 b. 似盐型氢化物 c. 金属型氢化物 d. 什么都不是

2. 4 木星的核是由氢的哪种形态组成： ( a. 气态 b. 液态 c. 固态 d. 原子态 2. 5 下列哪种化合物是最强的酸？ ( a. NH3 b. PH3 c. H2O d. H2S

2. 6下列哪个物种的碱性最强？ ( a. NH3 b. PH3 c. H2O d. H2S

2. 7 形成酸性最强的非金属X―H键时，则X是： ( ) )

)

) ) ) ) ) ) )

) )

) ) ) )

a. 原子小而电负性也小 b. 原子小而电负性大 c. 原子大而电负性小 d. 原子大而电负性也大

2. 8 氢在下列那种化合物中形成氢桥键： ( ) a. B2H6 b. PH3 c. H2O2 d. H2S 3. 填空题

3. 1 氢是周期表中惟一尚未找到_____的元素, 或者说是惟一_____的元素。

3. 2 氢的原子核中只含_____个质子, 它的三种同位素_____中的中子数分别为_____。 3. 3 H2O的氘代产物是_____, 通常叫作_____，它是通过_____得到的。

3. 4 焦炭与水蒸气在1 000 ℃左右反应生成H2与CO的混合气体, 叫做_____；天然气

在高温、高压下与水蒸气反应制取H2的反应叫_____。

3. 5 H2的大多数反应在室温下进行得很_____，但H2却是金属冶炼过程的重要_____。 3. 6 H2的正式名称为_____，通常非正式地称为_____。 3. 7 氢是用途最大的元素之一，其主要用向有_____。 3. 8 大多数二元氢化合物可归入_____三大类。

3. 9 由于分子中的键电子数不足，不能写出正常路易斯结构的化合物, 叫做_____； 所

有价电子都与中心原子形成化学键，并满足了路易斯结构要求的一类化合物叫做_____；价电子对的数目多于化学键数目的一类化合物叫做_____。 3. 10 氢的研究课题主要有_____三大方面。 4. 以化学方程式表示下列反应：

4. 1 以中子轰击N原子产生氢的第三种同位素氚(31H)；

4. 2 氧化钨被氢气还原为金属钨； 4. 3 二异丁烯加氢反应制备异辛烷； 4. 4 由CO与H2反应合成甲醇。 5． 问答题

5. 1 为什么氢气的熔点和沸点很低？ 5. 2 用氢气作燃料有何优点？ 5. 3 能否可在水溶液中制取CaH2？

5. 4 氢分子在什么场合表现出氧化性？氧化性是否为氢的主要化学性质？

5. 5 氢能否形成离子化合物？这类离子化合物，在水溶液中是否以盐的例子形式存在？

自测练习题答案

1．是非题。

1. 1 (×) 1. 2 (×) 1. 3 (×) 1. 4 (×) 1. 5 (×) 1. 6 (×) 1. 7 (×) 1. 8 (√) 1. 9 (×) 1. 10 (×)