第14章氢.ppt

* * 第 14 章 氢 Chapter 14 Hydrogen H 氢是周期表中唯一尚未找到确切位置的元素.· · · · · · 了解氢在周期表中的位置； 本章教学要求 5. 了解氢能源（发生、储存、利用）. 掌握二元氢化物的分类及其特点； 3. 认识氢的三种同位素； 了解氢的存在和用途，掌握氢的主要工业和实验室制法； 本章内容 14.1 存在、制备和用途 occurrence,preparation and use 14.2 核性质 nuclear properties 14.3 二元氢化合物的分类 classification of binary hydride 14.4 氢的性质和反应 properties and reactions of hydrogen 14.1.1 存在 氢是宇宙中丰度最高的元素，在地球上的丰度排在第15位. 某些矿物( 例如石油、天然气)和水是氢的主要资源，大气中 H2 的含量很低是因为它太轻而容易脱离地球引力场. 14.1 存在、制备和用途 10 20 30 40 50 60 70 80 90 8 6 4 2 0 –2 Pb Bi Pb Th Xe Sc Fe O 原子序数 log（相对丰度） 偶数Z 奇数Z 元素的相对丰度是指该元素相对于个原子的原子数 偶数的元素比与之相邻的奇数元素更稳定 大 气 层 顶 云 层 顶 液 氢 液态金属氢 岩 石 核 心 ★ 木星结构 根据先锋飞船探测得知，木星大气含氢82%，氦17%，其它元素1%. ★ 氢的存在状态 金刚石砧 氢的状态 金属氢(s) 液态氢(l) 固态氢(s) 密度/g·cm-3 0.562 0.071 0.089 14.1.2 制备 (每年估计达500×109m3) ● Zn + H3O+ →Zn2+ + 2H2O + H2 ↑ 实验室中制氢的主要方法 实验室制氢气中杂质来源与除去方法 H2S + Pb2+ + 2H2O →PbS + 2H3O+ AsH3 锌和硫酸中含微量As AsH3+3Ag2SO4+3H2O→6Ag+H3AsO3+3H2SO4 H2S 锌中含微量 ZnS SO2 锌还原 H2SO4 产生 SO2 + 2KOH → K2SO3 + H2O H2O H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 NaH N2 C 1273 K CH4 1143 K pyrolysis photolysis elecrolysis 当今制氢最经济的原料是煤和以甲烷为主要成分的天然气，而且都是通过与水（最廉价的氢资源）的反应实现的. 水蒸气转化法 CH4(g) + H2O(g) 3 H2(g) + CO(g) 1 273 K 其中产物氢的三分之一来自水. 水煤气反应 C (s) + H2O(g) H2(g) + CO(g) 1 273 K 其中产物氢的百分之百来自水. H2(g) + CO(g) 就是水煤气，可做工业燃料，使用时不必分离. 但若为了制氢，必须分离出CO. 可将水煤气连同水蒸气一起通过红热的氧化铁催化剂， CO变成 CO2 ，然后在 2×106 下用水洗涤 CO2 和 H2 的混合气体，使 CO2溶于水而分离出 H2 . CO + H2 + H2O(g) CO2 + 2 H2 Fe2O3 723 K Question 1 用焦炭或天然气与水反应制 H2 ，为什么都需在高温下进行？ 因为这两个反应都是吸热反应： CH4(g) + H2O(g) 3 H2(g) + CO(g)，ΔHθm = 206.0 kJ?mol–1 C (s) + H2O(g) H2(g) + CO(g), ΔHθm = 131.3 kJ?mol–1 要反应得以进行，则需供给热量，如添加空气或氧气燃烧： C + O2 CO2, ΔHθm = –393.7 kJ?mol–1 CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O, Δ