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ch-09-ch-09-元素概论元素概论(49)(49)解析解析N + 2 考核方案：考核方案：u 测验测验 0.2 u 章节小结章节小结 0.1u 小论文小论文 0.1 u 笔记笔记 0.1u 期末考试期末考试 0.5元素概论元素概论第九章第九章9-1-1 9-1-1 元素的发现元素的发现迄今为止，已发现的元素和人工合迄今为止，已发现的元素和人工合成的元素已有成的元素已有116116种种, ,其中天然存在其中天然存在的为的为9494( (钚钚) )种，其余为人工合成元种，其余为人工合成元素9-1 9-1 元素概述元素概述9-1-2 9-1-2 元素的分类元素的分类ⅠA011HⅡAⅢAⅣA ⅤA ⅥAⅦA 2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne311Na12MgⅢB ⅣB ⅤB ⅥBⅦBⅧⅠB ⅡB13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Nb42Mo43Tc44Ru45Rh46Pd47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655Cs56Ba57-71Ln72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787Fr88Ra89-103An104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu*112Uub*1.按元素性质：分为金属和非金属按元素性质：分为金属和非金属 通过通过B-Si-As-Te-At和和Al-Ge-Sb-Po之间的对角线来之间的对角线来划分划分,左下方为金属左下方为金属(90种种),右上方为非金属右上方为非金属(22种种),对角线附近的对角线附近的Ge、、As、、Sb、、Te为准金属。

为准金属 元素周期表元素周期表轻稀有元素轻稀有元素铂系元素铂系元素稀土元素稀土元素分散稀有元素分散稀有元素稀有气体稀有气体高熔点稀有元素高熔点稀有元素红色字红色字 放射性稀有元素放射性稀有元素 IA011HⅡAⅢAⅣA ⅤA ⅥAⅦA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne311Na12MgⅢB ⅣB ⅤB ⅥBⅦBⅧⅠB ⅡB13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Nb42Mo43Tc44Ru45Rh46Pd47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655Cs56Ba57-71Ln72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787Fr88Ra89-103An104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112Uub9-1-3 9-1-3 元素在自然界中的存在形态元素在自然界中的存在形态单质单质( (游离态游离态) )存存在在形形态态化合物化合物( (化合态化合态) )气态非金属单质气态非金属单质: :如如N2、、O2等等固态非金属单质；如固态非金属单质；如C、、S等等金属单质金属单质:如如Hg、、Au及及Ag等等氧化物、硫化物、卤化物、氧化物、硫化物、卤化物、碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐、硅酸盐、硼酸盐硅酸盐、硼酸盐2.2.主要存在于主要存在于矿物矿物和天然和天然水系水系中中我国的矿物资源非常丰富我国的矿物资源非常丰富,已探明的达已探明的达148种种W、、Li、、Sb、、Zn及稀土居世界之首及稀土居世界之首稀土矿总储量占世界的稀土矿总储量占世界的80%1.1.在地壳中分布最广的在地壳中分布最广的1010种元素为：种元素为： O、、Si、、Al、、Fe、、Ca、、 Na、、 K、、 Mg、、H、、 Ti 9-1-4 9-1-4 元素的自然资源元素的自然资源占组成地壳的原子总数的占组成地壳的原子总数的99%。

2.2.主要存在于矿物和天然水系中主要存在于矿物和天然水系中1.1.在地壳中分布最广的在地壳中分布最广的1010种元素为：种元素为： O、、H、、Si、、Al、、Na、、Fe、、Ca、、Mg、、K、、Ti Sn、、Mo、、Bi、、Pb、、Hg、、Nb、、Ta、、Be等矿物储量均居世界前列等矿物储量均居世界前列钛铁矿居世界第一钛铁矿居世界第一Al、、Cu、、Ni的储量也很大的储量也很大9-1-4 9-1-4 元素的自然资源元素的自然资源2.2.主要存在于矿物和天然水系中主要存在于矿物和天然水系中1.1.在地壳中分布最广的在地壳中分布最广的1010种元素为：种元素为： O、、H、、Si、、Al、、Na、、Fe、、Ca、、Mg、、K、、Ti 但我国铁矿、铜矿、磷矿多为贫矿，但我国铁矿、铜矿、磷矿多为贫矿，钾盐、天然碱、天然硫、金刚石等资源少钾盐、天然碱、天然硫、金刚石等资源少金、银、铂等更为稀少金、银、铂等更为稀少9-1-4 9-1-4 元素的自然资源元素的自然资源2.2.主要存在于矿物和天然水系中主要存在于矿物和天然水系中1.1.在地壳中分布最广的在地壳中分布最广的1010种元素为：种元素为： O、、H、、Si、、Al、、Na、、Fe、、Ca、、Mg、、K、、Ti 非金属矿物非金属矿物如如P、、S、石墨矿和硼矿储量也很高、石墨矿和硼矿储量也很高9-1-4 9-1-4 元素的自然资源元素的自然资源2.2.主要存在于矿物和天然水系中主要存在于矿物和天然水系中1.1.在地壳中分布最广的在地壳中分布最广的1010种元素为：种元素为： O、、H、、Si、、Al、、Na、、Fe、、Ca、、Mg、、K、、Ti 9-1-4 9-1-4 元素的自然资源元素的自然资源海水中含有海水中含有O、、H、、Cl、、Na、、Mg等等约约50余种元素余种元素大多数元素以离子形式存在，大多数元素以离子形式存在，也有些沉积于海底也有些沉积于海底如太平洋海底的锰结核矿如太平洋海底的锰结核矿2.2.主要存在于矿物和天然水系中主要存在于矿物和天然水系中1.1.在地壳中分布最广的在地壳中分布最广的1010种元素为：种元素为： O、、H、、Si、、Al、、Na、、Fe、、Ca、、Mg、、K、、Ti 9-1-4 9-1-4 元素的自然资源元素的自然资源3.3.也存在也存在大气大气中中大气中主要含有大气中主要含有N2、、O2和和稀有气体稀有气体大致有五种方法：大致有五种方法：物理分离法物理分离法热分解法热分解法电解法电解法还原法还原法氧化法氧化法9-1-5 9-1-5 单质的制取方法单质的制取方法适用于分离、提取以适用于分离、提取以单质存单质存在在，与其杂质在某些物理性，与其杂质在某些物理性质有显著差异的元素质有显著差异的元素如如 O2与与N2的分离：的分离：利用液氧和液氮的利用液氧和液氮的沸点沸点不同不同1. 1. 物理分离法物理分离法常用于制备一些高纯物质常用于制备一些高纯物质如如 Zr(粗粗) + 2I2 ZrI4600℃1800℃Zr(纯纯) + 2I22.2.热分解法热分解法用于制备活泼金属和非金属用于制备活泼金属和非金属如如 H2和和Cl2的制取的制取2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2↑+ Cl2↑电解电解电解电解Na的制取的制取2NaCl(熔体熔体) 2Na + Cl2↑CaCl2,580-590℃3.3.电解法电解法MnO2 + 2CO Mn + 2CO2↑△如如 MgO + C Mg + CO↑△△WO3 + 3H2 W + 3H2O用还原剂还原化合物制取用还原剂还原化合物制取金属单质金属单质一般常用焦炭、一般常用焦炭、CO、、H2、活泼金、活泼金属等作还原剂属等作还原剂4. 还原法还原法用氧化剂氧化化合物制取单质用氧化剂氧化化合物制取单质如如 用空气氧化法从黄铁矿中提取硫用空气氧化法从黄铁矿中提取硫3FeS2 + 6C + 8O2 Fe3O4 + 6CO2↑+6S↑△5. 5. 氧化法氧化法元素周期表ⅠⅠA01 1HⅡⅡAⅢⅢAⅣⅣAⅤⅤAⅥⅥAⅦⅦA2He2 3Li4Be5B6C7N8O9F10Ne3 11Na12MgⅢⅢB ⅣⅣB ⅤⅤB ⅥⅥB ⅦⅦBⅧⅧⅠⅠB ⅡⅡB13Al14Si15P16S17Cl18Ar4 19K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr5 37Rb38Sr39Y40Zr41Ne42Mo43Tc44Re45Rh46Pa47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe6 55Cs56Ba57-71La72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn7 87Fr88Ra89-103Ac104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112Uub氢是宇宙间所有元素中含量最丰富的元素氢是宇宙间所有元素中含量最丰富的元素在自然界中主要以化合态存在在自然界中主要以化合态存在是周期系中第一号元素是周期系中第一号元素9-29-2 氢氢符号符号 含量含量/% 1H （氕）（氕） H 99.98 2H （氘）（氘） D 0.016 3H （氚）（氚） T 0.004氢有三种同位素氢有三种同位素9-2-1 9-2-1 氢原子的性质及其成键特征氢原子的性质及其成键特征111Hydrogen, deuterium, tritium符号符号 含量含量/% 1H H 99.982H D 0.0163H T 0.004目前世界各地建造的核聚变反应堆目前世界各地建造的核聚变反应堆用的是用的是D和和T构成的等离子体燃料构成的等离子体燃料氢有三种同位素氢有三种同位素111符号符号 含量含量/% 1H H 99.982H D 0.0163H T 0.004∵∵三种同位素质子数相同三种同位素质子数相同, 中子数不同中子数不同。

∴∴它们的单质和化合物的化学性质基本它们的单质和化合物的化学性质基本相同，物理性质和生化性质则不同相同，物理性质和生化性质则不同氢有三种同位素氢有三种同位素价层电子价层电子构型构型1s1氧化数氧化数-1,0,+1原子半径原子半径/pm37电离能电离能(kJ·mol-1)1312电子亲合能电子亲合能 (kJ·mol-1)-72.8电负性电负性2.11.失去价电子失去价电子→H+2.结合一个电子结合一个电子:H- - 易与活泼金属形易与活泼金属形 成成离子型氢化物离子型氢化物3. 易与非金属通过易与非金属通过 共用电子对形成共用电子对形成 共价型氢化物共价型氢化物中间电负性，与金属、中间电负性，与金属、非金属都能化合非金属都能化合熔点熔点/℃-259.23沸点沸点/℃-252.77气体密度气体密度 (g·cm-3)8.988×10-5(为空气的为空气的1/40倍倍)△△fusHm(J·mol-1)117.15△△vapHm(J·mol-1)903.74热导率热导率(W·m-1·K-1)0.187(为空气的为空气的5倍倍)9-2-29-2-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途1.氢气是无色、氢气是无色、无味、无臭无味、无臭的可燃性气的可燃性气体体,是所有气是所有气体中最轻的。

体中最轻的 氢气球可携带仪器作高空探测，氢气球可携带仪器作高空探测， 也可携带干冰、碘化银等试剂进也可携带干冰、碘化银等试剂进 行人工降雨行人工降雨9-2-2 9-2-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途熔点熔点/℃-259.23沸点沸点/℃-252.77气体密度气体密度 (g·cm-3)8.988×10-5(为空气的为空气的1/40倍倍)△△fusHm(J·mol-1)117.15△△vapHm(J·mol-1)903.74热导率热导率(W·m-1·K-1)0.187(为空气的为空气的5倍倍)2.熔、沸点极低，熔、沸点极低，难液化液氢液氢是超低温制冷剂，可将除氦外的所是超低温制冷剂，可将除氦外的所有气体冷冻成固体有气体冷冻成固体液氢液氢是重要的高能燃料是美国宇宙航是重要的高能燃料是美国宇宙航天飞机和我国天飞机和我国“长征长征”三号火箭所用燃料三号火箭所用燃料熔点熔点/℃-259.23沸点沸点/℃-252.77气体密度气体密度 (g·cm-3)8.988×10-5(为空气的为空气的1/40倍倍)△△fusHm(J·mol-1)117.15△△vapHm(J·mol-1)903.74热导率热导率(W·m-1·K-1)0.187(为空气的为空气的5倍倍)3. 在水中的溶在水中的溶解度很小。

解度很小可大量溶于可大量溶于镍、钯、铂镍、钯、铂等金属中等金属中利用此性质可制得极纯的氢气利用此性质可制得极纯的氢气9-2-2 9-2-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途4. 氢分子在常温下不活泼，键牢固，不氢分子在常温下不活泼，键牢固，不易解离但当已解离的氢原子结合为易解离但当已解离的氢原子结合为分子时，可放出大量热：分子时，可放出大量热： 2H →→ H2  rHm = -436 kJ·mol-1 利用此性质可设计制作利用此性质可设计制作原子氢吹管原子氢吹管（（3500oC），用于熔化难熔的金属），用于熔化难熔的金属(如如W、、Ta等等)9-2-2 9-2-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途5. 氢气在氧气或空气中燃烧，氢气在氧气或空气中燃烧， 可得到温度近可得到温度近3000℃的氢氧焰的氢氧焰可用于金属的切割或焊接可用于金属的切割或焊接 H2 + O2 →→ H2O △△rHm = -285.83 kJ·mol-1 129-2-2 9-2-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途5. 氢气在氧气或空气中燃烧，氢气在氧气或空气中燃烧， 可得到温度近可得到温度近3000℃的氢氧焰。

的氢氧焰注注 意意1.1.点燃或加热氢气时，必须确点燃或加热氢气时，必须确 保氢气的纯净，以免爆炸；保氢气的纯净，以免爆炸；2.2.使用氢气的地方要严禁烟火使用氢气的地方要严禁烟火, , 加强通风加强通风9-2-2 9-2-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途 详见详见“氢化物氢化物” 6. 氢气在加热时，可与许多金属氢气在加热时，可与许多金属或非金属反应，生成氢化物或非金属反应，生成氢化物9-2-2 9-2-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途7. 氢气在高温下，可与氧化物、氢气在高温下，可与氧化物、氯化物反应，得到金属或非金属氯化物反应，得到金属或非金属如如 工业上高纯钨和硅的制取工业上高纯钨和硅的制取 WO3 + 3H2 W + 3H2O高温SiHCl3 + H2 Si + 3HCl↑高温9-2-2 9-2-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途8. 高温下，氢分子可分解为高温下，氢分子可分解为原子氢原子氢，， 原子氢比分子氢活泼原子氢比分子氢活泼2H + S →→ H2S与与S作用生成作用生成H2S2H + CuCl2 →→ Cu + 2HCl在常温下可将在常温下可将Cu、、Fe、、Bi、、Hg、、Ag等的氧化物或氯化物还原为金属等的氧化物或氯化物还原为金属9-2-2 9-2-2 氢气的性质和用途氢气的性质和用途9-2-3 9-2-3 氢气的制备氢气的制备用锌和盐酸或稀硫酸作用用锌和盐酸或稀硫酸作用 Zn + 2H+ →→ Zn2+ + H2↑实验室实验室9-2-3 9-2-3 氢气的制备氢气的制备(1) 天然气或焦炭与水蒸气作用天然气或焦炭与水蒸气作用, 得到水煤气得到水煤气CH4 + H2O CO + 3H2700-870℃Ni、、Co催化剂催化剂C + H2O CO + H21000℃(2) 水煤气与水蒸气反应水煤气与水蒸气反应,得到得到COCO2 2和和H H2 2的混合气的混合气CO + H2O CO2 + H2Fe、、Cr催化剂催化剂(3) 除去除去CO2可得较纯的氢气可得较纯的氢气工业上：工业上：1. 水煤气法水煤气法 9-2-3 9-2-3 氢气的制备氢气的制备 电解电解15%-20%氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液 阴极：阴极： 2H+ +2e- →→ H2↑阳极：阳极：4OH- - - 4e- - →→ 2H2O + O2↑如此制得的氢气较纯净，但耗电量大。

如此制得的氢气较纯净，但耗电量大目前，绝大部分目前，绝大部分H2来自化石燃料的转化来自化石燃料的转化工业上：工业上：2. 电解法电解法元素元素发现年代发现年代发发 现现 者者氦氦1868J.N.Lockyer, S.E.Frankland (英英)1895W.Ramsay（英）（英）氩氩1894J.W.Rsyleigh氖氖1898W.Ramsay（英）（英）氪氪1898W.Ramsay（英）（英）氙氙1898W.Ramsay（英）（英）氡氡1900F.E.Dorn （德）（德）9-3 9-3 稀有气体稀有气体9-3-1 9-3-1 稀有气体的发现与存在稀有气体的发现与存在存在存在主要存在于空气主要存在于空气氦也存在于某些天然气中、月球氦也存在于某些天然气中、月球氡为某些放射性元素的蜕变产物氡为某些放射性元素的蜕变产物9-3-1 9-3-1 稀有气体的发现与存在稀有气体的发现与存在氦为氦为2电子构型电子构型其它为稳定的其它为稳定的8电子构型电子构型结构结构9-3-2 9-3-2 稀有气体的结构、性质和用途稀有气体的结构、性质和用途性质性质在一般条件下不具备化学活性在一般条件下不具备化学活性在自然界以原子形式存在在自然界以原子形式存在熔、沸点低，熔、沸点低，并随原子序数的增加而递增并随原子序数的增加而递增氦氦用途用途 是除氢以外最轻的气体，可用它是除氢以外最轻的气体，可用它 取代氢气取代氢气填充气球和汽艇；填充气球和汽艇； 氦在血液中溶解度比氮小，可利氦在血液中溶解度比氮小，可利 用氦和氧混合物用氦和氧混合物制成制成“人造空气人造空气” 供潜水员呼吸，以防得潜水病；供潜水员呼吸，以防得潜水病； 可作超低温研究中的可作超低温研究中的制冷剂制冷剂(4.2K) 还可作低温温度计的填充气体；还可作低温温度计的填充气体； 可用做电弧焊中的可用做电弧焊中的惰性保护气体。

惰性保护气体氖氖用途用途 能产生鲜艳的能产生鲜艳的红光红光，可用于，可用于 霓红灯、灯塔霓红灯、灯塔等照明工程；等照明工程； 氖也可作氖也可作冷冻剂冷冻剂 致冷温度为致冷温度为25-40K 当电流通过充氩灯管时，当电流通过充氩灯管时， 能产生能产生蓝光蓝光，可用于，可用于霓红霓红 灯、灯塔灯、灯塔等照明工程；等照明工程；氩氩用途用途 氩和氦的混合气体氩和氦的混合气体充填灯泡；充填灯泡；常用作常用作保护气体保护气体氪氪用途用途制造制造特种光源，特种光源，黄绿色黄绿色辉光辉光其同位素常用于其同位素常用于医学医学测量测量制造制造特种光源特种光源，光强极高；，光强极高；氙氙用途用途用于填充用于填充光电管和闪光灯光电管和闪光灯，，有有“小太阳小太阳”之称；之称； 其同位素常用于其同位素常用于医学医学测量测量用于用于恶性肿瘤的恶性肿瘤的放射性治疗放射性治疗氡氡用途用途 (1) 1962年，由英国化学家年，由英国化学家N. Bartlett合成了第一个稀有气体化合物合成了第一个稀有气体化合物Xe+[PtF6]- -Xe + PtF6 Xe+[PtF6]- (2) 至今已制成稀有气体化合物数百种至今已制成稀有气体化合物数百种 卤化物卤化物 XeF2、、XeF4、、XeCl2、、KrF2 氧化物氧化物 XeO3、、XeO4 氟氧化物氟氧化物 XeOF2、、XeOF4 含氧酸盐含氧酸盐 M(I)HXeO4、、M(I)4XeO6如如9-3-3 稀有气体化合物稀有气体化合物稀有气体化合物稀有气体化合物1.稀有气体化合物中，稀有气体化合物中，2. 简单化合物甚少。

简单化合物甚少2. 大多数化合物的制备大多数化合物的制备与氟化与氟化 物有关，物有关，有的化合物可看作有的化合物可看作 是氟化物的衍生物是氟化物的衍生物3. XeF2、、XeF4、、XeF6的性质：的性质：(1) 为稳定的白色结晶状共价化合物为稳定的白色结晶状共价化合物如如 2XeF2 +2H2O →→ 2Xe+4HF +O2↑(2) 能与水反应能与水反应(3) 是优良的氟化剂是优良的氟化剂如如 2XeF6 +SiO2 →→ 2XeOF4 + SiF4稀有气体化合物稀有气体化合物结束结束。