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北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学无机化学教研室《无机化学》（第4版）笔记和课后习题（含考研真题）详解（下册）试读：
第13章 氢和稀有气体
13.1 复习笔记
一、氢
1．氢的存在和物理性质（1）氢的存在
氢有三种同位素，它们是普通氢或氕（用或H表示）、重氢或氘（或D）和氚（或T）。各同位素之间化学性质基本相同，但物理性质有差异。（2）氢的物理性质
Ｈ是无色、无嗅、无味的可燃性气体，在水中的溶解度很小，２容易被镍、钯、铂等金属吸附，被吸附的氢气有很强的化学活泼性。
2．氢的化学性质和氢化物（1）氢在化学反应中的成键
①失去1s电子成为离子（即质子）；
②得到1个电子形成离子；
③形成共价型氢化物；
④形成氢键；
⑤形成氢桥键。（2）H分子的化学性质2
①分子在常温下不太活泼，同氟在暗处能化合，而且能迅速还原水溶液：
②在较高的温度下，与许多金属和非金属剧烈反应，得到相应的氢化物，能将高价金属氧化物还原为低价，直至得到金属单质；
③与许多有机物发生还原反应；
④与氮合成氨；
⑤氢的活性也可以用多相催化剂或均相加氢催化剂或光照得到诱发；
⑥氢原子具有更强的还原性，能与Ge、Sn、As、Sb等直接化合，还能把某些金属氧化物或氯化物还原为金属，并能使固体化合物中某些含氧的阴离子还原；
⑦氢与过渡金属生成金属型氢化物（通常是非化学计量的），以及氢做配体的含氢配合物。
二、稀有气体
1．稀有气体的性质、制备（1）稀有气体的性质
①本族元素都具有稳定的电子构型（或），为无色、无嗅、无味的单原子气体；
②稀有气体原子间的作用力随着原子序数的增加而增大；
③稀有气体元素的电离能在同周期中为最高。在同族中随着原子体积的增加，电离能是依次降低的，较重稀有气体的电离能比第二周期元素如F和O的电离能小，具有化学活性。（2）稀有气体的制备
①使空气液化；
②从液态空气中分离稀有气体；
③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。
2．稀有气体化合物（1）稀有气体包合物
①稀有气体的包合物晶体在室温下稳定，可保持一年；
②稀有气体水合物也是一种包合物。（2）氙的氟化物
①氙的氟化物可由元素直接合成，通常使用镍制反应容器；
②氟的比例和总压力越高，越有利于形成含氟较高的氟化物；
③溶于水，在稀酸中会缓慢地水解，而在碱性溶液中则迅速水解。和都能与水反应，完全水解后可以得到
④氟化氙都是强氧化剂，也是较好的氟化剂；
⑤氙的氟化物与强的路易斯酸反应可生成氟化物阳离子。（3）氙的含氧化合物
①是一种易潮解和极易爆炸的化合物，在水溶液中是一种极强的氧化剂；
②在水中，主要以分子形式存在，但是在碱性溶液中，主要呈形式，与处于平衡状态：会按下式缓慢地歧化产生Xe（Ⅷ）和Xe（0）：
③在的浓NaOH溶液中通入臭氧，可以得到高氙酸钠。（4）稀有气体的氟化物和氧化物不同程度地发生水解，并且在多数反应中氙都被还原为单质。
13.2 课后习题详解
13-1 氢作为能源，其优点是什么？目前开发中的困难是什么？
答：（1）氢作为能源，具有以下优点：
①原料来源于地球上储量丰富的水，因而资源不受限制；
②氢气燃烧时放出的热量很大；
③作为燃料的最大优点是燃烧后的产物为水，不会污染环境；
④有可能实现能量的储存，也有可能实现经济高效的输送。（2）氢能源开发中的困难是：
①氢气的产生；
②氢气的储存；
③氢气的利用。
13-2 按室温和常压下的状态（气态、液态、固态）将下列化合物分类，哪一种固体可能是电的良导体？
答：BaH：氢化钡、离子型氢化物、固态；2
SiH：硅烷、离子型氢化物、气态；4
NH：氨、分子晶体、气态；3
AsH：砷化氢、分子晶体、气态；3
PdH：非整比化合物、分子晶体、气态；0.9
HI：碘化氢、分子晶体、气态。
其中，BaH固体是电的良导体。2
13-3 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根据和方法。
答：（1）分离根据：
从空气中分离稀有气体和从混合稀有气体中分离各组分，主要是利用它们不同的物理性质如：原子间不同的作用力、熔点沸点的高低以及被吸附的难易等差异达到分离的目的。（2）分离方法：
①从空气中分离稀有气体：
a．先将液态空气分级蒸馏，挥发除去大部分氮后，稀有气体就富集于液氧之中（还含有少量的氮）；
b．继续分馏可以把稀有气体和氮气分离出来。将这种气体通过氢氧化钠除去其中所含的二氧化碳，用赤热的铜丝除去微量的氧，再用灼热的镁屑使氮转变成氮化镁，剩余的气体则是以氩为主的稀有气体。
②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，例：
在低温下用活性炭处理混合稀有气体，愈易液化的稀有气体就愈易被活性炭吸附。在173K时，氩、氪和氙被吸附，剩余的气体含有氦和氖。而在液态空气的低温下，氖被吸附而氦可分离出来。所以，在不同的低温下，利用活性炭对各种稀有气体的吸附和解吸，就可以使它们分离开来。
13-4 试说明稀有气体的熔点、沸点、密度等性质的变化趋势和原因？
答：（1）变化趋势：
氦、氖、氩、氪、氙，这几种稀有气体熔点、沸点逐渐升高，密度逐渐增大。（2）原因：
①由于惰性气体都是单原子分子，物质的熔点、沸点与分子间相互作用力成正比。稀有气体的原子间作用力主要是色散力，与相对原子质量的大小成正比，从氦到氙分子量逐渐增大，熔点、沸点升高。
②密度逐渐增大是由于虽然原子半径逐渐增大，但其原子量增加的幅度更大，因此总的来说密度逐渐增大。
13-5 你会选择哪种稀有气体作为：（a）温度最低的液体冷冻剂；（b）电离能最低、安全的放电光源；（c）最廉价的惰性气氛。
答：（a）He；（b）Xe；（c）Ar。
13-6 用价键理论和分子轨道理论解释粒子存在的可能性。为什么氦没有双原子分子存在？＋
答：按价键理论：HeH、He粒子不存在配对的电子对，无价2＋键形成，故不可能存在； HeH则可以存在。
而按分子轨道理论：21
HeH：[（s）（s*）] 键级＝0.51s1s＋2
HeH：[（s）] 键级＝11s21＋
He：[（s）（s*）] 键级＝0.5 有成键效应，均可存在。21s1s22
He：[（s）（s*）] 键级＝0 不可能存在。21s1s
13-7 给出与下列物种具有相同结构的稀有气体化合物的化学式并指出其空间构型：
答：相同结构的稀有气体化合物的化学式及空间构型是－（a）ICl：XeF，平面四边形；44－（b）IBr：XeF，直线形；22－（c）BrO：XeO，三角锥；33（d）ClF：XeO，直线形。
13-8 用VSEPR理论判断及的空间构型。
答：XeF：直线形；2
XeF：平面四边形；4
XeF：八面体构型；6
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]