高中化学竞赛无机化学第7章氢和氢能源.ppt

第7章 氢和氢能源 7.1 氢氢氕（符号氕（符号H）） 丰度为丰度为99.984％％氘（符号氘（符号D）） 占占0.0156％％氚（符号氚（符号T）） 约占约占10－－16％％氘和氚是核聚变反应的原料氘和氚是核聚变反应的原料 ：： ＋ → ＋ 7.2 氢的成键特征1.1.形成共价单键：形成共价单键： HCl HCl、、H H2 2O O、、NHNH3 3 2. 氢原子与活泼金属（如氢原子与活泼金属（如Li、、Na、、K、、Rb、、Cs、、 Ca、、Sr、、Ba）能组成离子型氢化物（如）能组成离子型氢化物（如LiH、、 NaH、、CaH2 、、LiAlH4、、NaBH4、、LiGaH4等） H5O2＋ 不不存存在在自自由由的的质质子子，，它它总总是是同同别别的的原原子子或或分分子子结结合合在在一一 起起 而而 存存 在在 ，， 如如 H3O＋＋、、H5O2＋＋、、NH4＋＋等3.3.氢键4. 形成单电子（形成单电子（σσ）键）键 H H2 2＋＋。

5. 形成三中心二电子键形成三中心二电子键H H3 3＋，＋，为三角形结构为三角形结构6. 形成氢桥键形成氢桥键 7.7.金属型氢化物氢原子能与许多金属特别是过金属型氢化物氢原子能与许多金属特别是过 渡金属或合金及稀土元素组成二元或多元型氢渡金属或合金及稀土元素组成二元或多元型氢 化物，如化物，如VHVH2 2、、MgMg2 2NiHNiH4 4、、TiFeHTiFeH1.91.9、、LaNiLaNi5 5H H6 6、、 ZrCo ZrCo2 2H H4 4、、MmCoMmCo5 5H H3 3 7.3 氢化物氢化物按其结构和性质的不同可大致分为三类：氢化物按其结构和性质的不同可大致分为三类：离子型、金属型以及共价型离子型、金属型以及共价型 1.离子型氢化物： 碱金属和碱土金属（除碱金属和碱土金属（除BeBe、、MgMg外）具有很低外）具有很低的电负性，可将电子转移给氢原子生成氢负离子的电负性，可将电子转移给氢原子生成氢负离子（（H H－－）从而组成离子型氢化物从而组成离子型氢化物  LiH NaH KH RbH CsH NaCl-90.4 -57.3 -57.7 -54.3 -49.3 -441（（1 1）） 均为白色晶体均为白色晶体, , 热稳定性差热稳定性差△△fHΘ（（2 2）） 还原性强还原性强ΘUO2＋＋CaH2 ═ U＋＋Ca(OH)2（（3 3）） 剧烈水解剧烈水解（（4 4）） 形成配位氢化物形成配位氢化物氢化铝锂氢化铝锂Li[AlH4]受潮时强烈水解受潮时强烈水解NaH＋CH3OH ═ NaOCH3＋H2 4BF3＋3NaBH4 ═ 3NaBF4＋2B2H62.2.分子型氢化物分子型氢化物缺电子氢化物：缺电子氢化物： ⅢA族的氢化物族的氢化物 B2H6足电子氢化物：足电子氢化物：ⅣA族的氢化物族的氢化物 CH4富电子氢化物：富电子氢化物：ⅤA ~ ⅦA的氢化物的氢化物 NH3 许多过渡金属以及镧系和锕系金属许多过渡金属以及镧系和锕系金属都能与氢结合生成金属氢化物。

都能与氢结合生成金属氢化物 473KTi ＋＋ H2 ═ TiH2RE＋＋ H2 ═ REHxU＋＋ H2 ═ UH33.金属型氢化物：7.4 应用： 储氢合金一些合金可以在温和条件下可逆地同氢反应形成一些合金可以在温和条件下可逆地同氢反应形成金属氢化物，可以吸收和分解出大量氢气，所形成的氢化物金属氢化物，可以吸收和分解出大量氢气，所形成的氢化物密度大于液态氢密度大于液态氢——称之为储氢合金称之为储氢合金 LaNi5+3H2 LaNi5H6TiFe+H2 TiFeH2液氢：液氢：71kg·m-3 LaNi5：：88kg·m-3各种储氢材料：各种储氢材料： 稀土系储氢合金稀土系储氢合金 LaNi5 …. 钛系储氢合金钛系储氢合金 TiFe TiMnX 镁系储氢合金镁系储氢合金 Mg2Ni Mg2Cu 锆系储氢合金锆系储氢合金 ZrV2 ZrCr2储储氢氢合合金金H2离解为离解为H原子 Ni起到离解催化剂的作用起到离解催化剂的作用 表面结构及储氢机理表面结构及储氢机理靠近表层靠近表层La扩散到表面与扩散到表面与 氧、水结合成氧、水结合成La2O3、、La(OH)3。

Ni脱溶沉淀，产生表面分凝脱溶沉淀，产生表面分凝La2O3、、La(OH)3保护亚表层保护亚表层Ni的的催化活性催化活性H2++。