第十八章 氢 稀有气体

总体目标：

1.掌握氢及氢化物的性质和化学性质 2.了解稀有气体单质的性质及用途 3.了解稀有气体化合物的性质和结构特点

各节目标：

第一节 氢

1.掌握氢的三种成键方式

2.掌握氢的性质、实验室和工业制法及用途

3.了解离子型氢化物、分子型氢化物和金属性氢化物的主要性质 第二节 稀有气体

1.了解稀有气体的性质和用途 2.了解稀有气体化合物的空间构型 习题 一 选择题

1.稀有气体不易液化是因为（ ）

A.它们的原子半径大 B.它们不是偶极分子 C.它们仅仅存在较小的色散力而使之凝聚 D.它们价电子层已充满 2.用VSEPR理论判断，中心原子价电子层中的电子对数为3的是（ ）

3??A .PF3 B.NH3 C.PO4 D.NO3

3.用价电子对互斥理论判断，中心原子周围的电子对数为3的是（ ）(吴成

鉴《无机化学学习指导》)

A.SCl2 B.SO3 C .XeF4 D. PF5

4.用价电子对互斥理论判断，中心原子价电子层中的电子对数为6的是（ ）

3?A.SO2 B. SF6 C.AsO4 D. BF3

5. XeF2的空间构型是（ ）

A.三角双锥 B.角形 C. T形 D.直线型

6.下列稀有气体的沸点最高的是（ ） (吴成鉴《无机化学学习指导》) A.氪 B.氡 C.氦 D.氙

7.能与氢形成离子型氢化物的是（ ） (吴成鉴《无机化学学习指导》) A.活泼的非金属 B.大多数元素 C.不活泼金属 D.碱金属与碱土金属 8.稀有气体原名惰性气体，这是因为（ ） A.它们完全不与其它单质或化合物发生化学反应

B.它们的原子结构很稳定，电离势很大，电子亲合势很小，不易发生化学反应 C.它们的价电子已全部成对 D.它们的原子半径大

9．下列各对元素中，化学性质最相似的是 （ ） (吉林大学《无机化学例题

与习题》)

A.Be 与Mg B.Mg与Al C Li与Be D.Be与Al

10.下列元素中，第一电离能最小的是 （ ） (吉林大学《无机化学例题与习题》) A.Li B.Be C. Na D.Mg

11.下列化合物中，在水中的溶解度最小的是 （ ）(吉林大学《无机化学例题

与习题》)

A.NaF B.KF C.CaF2 D.BaF2

12.下列氢化物中，最稳定的是 （ ） (吉林大学《无机化学例题与习题》) A.LiH B.NaH C.KH D.RbH

13.下列化合物中，键能最大的是 （ ） (吉林大学《无机化学例题与习题》) A.HBr B.NH3 C.H2 D.KH

14．合成出来的第一个稀有气体化合物是（ ） (吉林大学《无机化学例题与习

题》)

A.XeF2 B.XeF4 C.XeF6 D.Xe[PtF6]

15.下列化合物中，具有顺磁性的是 （ ） (吉林大学《无机化学例题与习题》) A.Na2O2 B.SrO C.KO2

D.BaO2

16.下列叙述中错误的是（ ） (大连理工大学《无机化学习题详解》)

A.氢原子可获得一个电子形成含H-的离子型化合物。 B.氢原子可以失去一个电子形成含H+的离子型二元化合物

C.氢原子与电负性大的元素都可形成氢键。

D,在某些化合物中，氢原子可以与其它元素的原子间形成氢桥 17．氢气与下列物质反应中，氢气不作为还原剂的是（ ）

(大连理工大学《无机化学习题详解》)

A.单指硫；B.金属锂；C.四氯化钛 D.乙烯

18.下列氙的氟化物水解反应中，属于歧化反应的是（ ）

(大连理工大学《无机化学习题详解》)

A.XeF2的水解； B.XeF6的不完全水解； C.XeF4的水解； D.XeF6的完全水解

19.下列各对分子（或离子）中，中心原子采用相同杂化方式成键的是（ ）

(大连理工大学《无机化学习题详解》)

A.XeO3和XeO4； B.XeF2和XeF4； C.XeOF4和XeO64-；D.XeF4和XeO4。 20.用H2处理0.3934g某种氙的氟化物样品，得到了0.1922gHF，回收了0.2108gXe，该氟化物的化学式为（ ）(大连理工大学《无机化学习题详解》) A.XeF2；B.XeF4；C.XeF6；D.XeOF4 二 填空题

1.稀有气体包括 ，它们都是属于 分子。稀有气体原子半径 ，并按 顺序增大，它们的第一电离势按 顺序 。 2.稀有气体的熔、沸点 ，随着原子序数增加，熔、沸点 ，这是因为 。

3.稀有气体的化学活泼性 ，这与它们的 有关；稀有气体化合物稳定性 。

4.获得稀有气体的主要原料是 ，分离稀有气体的简要步骤是 . 5.金属锂应保存在 中，金属钠和钾应保存在 中 (吉林大学《无

机化学例题与习题》)

6.熔盐电解法制得的金属钠中一般含有少量的 ，其原因是 . (吉林

大学《无机化学例题与习题》)

7.电解熔盐NaCl制备金属钠时加入CaCl2的作用是 ；电解熔盐BeCl2制备金属铍时加入NaCl的作用是 . (吉林大学《无机化学例题与习题》)

8.地壳中丰度最大的元素是（ ）；太阳大气中丰度最大的元素是（ ）。 在所有气体中，最轻的是（ ），扩散速度最快的是（ ），最难液化的是（ ）.(大连理工大学《无机化学习题详解》)

9.氢可以与其它元素形成氧化值为（ ）的化合物，能与氢直接化合形成离子型氢化物的元素有（ ）.(大连理工大学《无机化学习题详解》) 10.在稀有气体中，最外层电子构型与其它稀有气体不同的元素是（ ）。在空气中，含量最高的稀有气体是（ ）. (大连理工大学《无机化学习

题详解》)

三 问答题

1.用电子配对法，画出下列物质的分子结构，并描述它们的几何形状，各中心原子的杂化轨道类型。

??3?⑴ NF3 ⑵NO2 ⑶ ClO4 ⑷ PO3 ⑸ C2H4

2.用价电子对互斥理论（VSEPR）分析以下分子的空间几何构型及中心原子的杂化类型。

?⑴ NH4 ⑵ PCl5 ⑶ BF3 ⑷SO3

3.应用价层电子对互斥理论，画出下列化合物的空间构型（标出孤电子对的位置）。

?5??⑴ XeOF4 ⑵ ClO2 ⑶ IO6 ⑷ PCl3 ⑸ I3

4.根据价层电子对互斥理论画出下列分子（离子）的空间构型，并写出中心原子和杂化轨道类型。（孤对电子和?键亦标出）

??⑴ COCl2 ⑵ICl4 ⑶NO3 ⑷SO2 ⑸SF4

5.试用价层电子对互斥理论解释ClF3可能有几种结构，哪一种最稳定？ 6.为什么说氢是很有希望的二级能源，其优点是什么？目前的困难又是什么？ 7.试述从空气中分离稀有气体和从混合稀有气体中分离各组分的依据和方法。 8.试说明稀有气体的熔、沸点、密度等性质的变化趋势和原因？ 参考答案 一 选择题

1. C 2.D 3.B 4.B 5.D 6.B 7.D 8.B 9.D 10.C 11.C 12.A 13.C 14.D 15.C 16.B,C 17..B 18.C 19.A,C 20.C 二 填空题

1.氦、氖、氩、氪、氙、氡；单原子；大；原子序数；原子半径增大；减小 2.低；升高；稀有气体原子间仅存在微弱的色散力，故它们的熔沸点都很低，而色散力随原子序数的增加而增大，所以它们的熔沸点随原子序数的增加而升高。 3.不活泼；价电子层结构；较差。

4.空气；采用分级蒸馏液态空气和分级吸附的方法逐一将稀有气体分离出来。 5.液态石蜡，煤油.

6.金属钙，电解时加入CaCl2助熔剂而有少量的钙电解时析出. 7.降低盐的熔点；增加熔盐的导电性. 8.氧；氢；氢；氢；氦。

9.+1，-1；IA族元素和钙，锶，钡； 10.氦；氩。 三 问答题

F:N:F1. ⑴ F sp3杂化，三角锥

N⑵ OO sp2杂化，角型

OO:Cl:OO⑶ sp3杂化，四面体

Cl:P:Cl⑷ Cl3- 不等性sp3杂化，三角锥

HHC____CH sp2杂化， 平面四方形 H⑸

2. ⑴ ?=4 孤电子对=（5-1×4-1）/2=0

? 价层电子对=4 ∴NH4为四面体型，N为sp3杂化

⑵ ?=5 孤电子对=（5-1×5）/2=0

价层电子对=5 ∴PCl5为三角双锥，P为sp3d杂化 ⑶ ?=3 孤电子对=（3-1×3）/2=0

价层电子对=3 ∴BF3为平面三角形，B为sp2杂化 ⑷ ?=3 孤电子对=（6-3×2）/2=0

价层电子对=3 ∴SO3为平面三角形，S为sp2杂化

3. 答：⑴ ?=5，孤电子对=（8-2-4）/2=1 XeF4空间构型为：

OFXeF

FF

? ⑵ ?=2，孤电子对=（7-2×2+1）/2=2 ，ClO2空间构型为：

OCO

5? ⑶ ?=6，孤电子对=（7-6×2+5）/2=0，IO6空间构型为：

OOIO

OOO

⑷ ?=3，孤电子对=（5-1×3）/2=1，PCl3空间构型为：

PClClCl

? ⑸ ?=2, 孤电子对=（7-2×1+1）/2=3，I3可能的空间构型为：

II

IIIIIII

（a） （b） （c） 900孤-孤数目 0 2 2 900孤-成数目 6 4 3 900成-成数目 0 0 1 ∴（a）构型排斥力最小，最稳定

Cl4.答：⑴ COCl2：sp2杂化 ClC=O

ClIClClCl? ⑵ IC4l： sp3d2杂化

ON-----O? ⑶ NO3：sp2杂化 O

S⑷ SO2 ： sp2杂化 OO

FF3

SFF ⑸ SF4： spd杂化

5.答：价层电子对互斥理论认为：共价小分子的几何构型，与其中心原子的价电子对数有关，不同的价电子对，对应于不同的构型。在ClF3分子中，中心原子Cl的价电子总数为10，即5对价电子；其电子对排布构型为三角双锥，由于三角双锥有5个顶点，但ClF3中只有3个F-，这三个F-的不同分布使ClF3可能有如下三种结构：

FFFFFFFFF

根据价电子对互斥理论，具有最小数目的孤对电子之间排斥作用的构型最稳定；

判断后如果还存在不止一种构型，可选定孤对电子对—成键电子排斥作用最少的构型为最稳定构型。在ClF3分子中，电子对之间的最小角度是900，现将三种构型中900的各种构型对比分析如下：

各种排斥作用 900孤电子对-孤电子对排斥作用 900孤电子对-成键电子对排斥作用 900成键电子对-成键电子对排斥作用 a 0 6 0 b 1 3 2 c 0 4 2 由表可见，构型a和c的孤电子对之间排斥作用数最少，且c的孤电子对-成键电子对排斥作用数少于a，所以在ClF3的三种构型中，构型c最稳定。 6.答：二级能源是需依靠其它能源的能量间接制取的能源。氢做能源不仅来源不受限制（因为原料来源于地球上贮量丰富的水），而且氢气燃烧时发热量大，因此可以说氢是很有希望的二级能源。其优点是： （1）原料资源丰富；

（2）发热量大，用氢的发动机更容易发动，特别是在寒冷的气候里； （3）燃烧后生成水，因而不污染环境。

但目前用氢作为燃料，在装载和运输方面还不方便、不安全，所以具有一定的困难。但这些问题一旦解决，氢作为未来的能源是极有希望的。

7.答：从空气中分离稀有气体和从混合稀有气体中分离各组分的根据是利用它们的物理性质之间的差异；如原子间作用力的不同，熔、沸点的高低以及被吸附的难易等差异，达到分离的目的。其分离方法如下：先将液态空气分级蒸馏，挥发出去大部分氮以后，稀有气体就富集于液氧之中（还含有少量的氮），继续分馏可以把稀有气体和氧分离出来。将这种气体通过氢氧化钠出去其中的CO2，用炽热的铜丝出去微量的氧，再用灼热的镁屑使氮转变为氮化镁，剩余的气体则是以氩为主的稀有气体。

从混合稀有气体中分离各组分，常用低温分馏或低温选择性吸附的方法。如

在低温下用活性炭处理混合稀有气体，越易液化的稀有气体就越易被活性炭吸附，而且在不同的低温下活性炭对它们的吸附也不同。在173K（-100℃）时，氩、氪、氙被吸附，剩余的气体含有氖和氦。而在液态空气的低温下，氖被吸附而氦可以分离出来，在不同的温度下，使活性炭对各种稀有气体吸附和解吸，就可以使它们分离出来。

8.答：稀有气体的熔、沸点、密度等性质是随着元素的原子序数的递增而递增的。这是因为稀有气体是单原子分子，分子间是通过色散力而聚集起来的，而同族元素的原子的色散力是随着原子半径的递增而增加的，所以随着原子序数的增大，稀有气体的熔点、沸点、密度等性质也增大。