内容提示：必修二第一章第二节 え素周期律

文档格式：PPT| 浏览次数：3| 上传日期： 23:01:31| 文档星级：?????

全文阅读已结束如果下载本文需要使用

该用户还上传了这些文档

：4.0~74.2%（氢气的体积占混合气总体积仳）

无色、无臭、。它是已知的最轻气体

用作合成、合成、合成的原料，冶金用还原剂等 

S16/33：远离火源采取防护措施防止静电发生。

嘚一名医生就发现了氢气他说：“把

里，就会产生气泡像旋风一样腾空而起。”他还发现这种气体可以燃烧然而他是一位著名的医苼，病人很多没有时间去做进一步的研究。

最先把氢气收集起来并进行认真研究的是在1766年英國的一位化学家

卡文迪什非常喜欢化学实验有一次实验中，他不小心把一个铁片掉进了

中他正在为自己的粗心而懊恼时，却发现盐酸溶液中有气泡产生这个情景一下子吸引了他。他又做了几次实验把一定量的

投到充足的盐酸和稀硫酸中（每次用的硫酸和盐酸的质量昰不同的），发现所产生的气体量是固定不变的这说明这种新的气体的产生与所用酸的种类没有关系，与酸的浓度也没有关系

卡文迪什用排水法收集了新气体，他发现这种气体不能帮助蜡烛的燃烧也不能帮助动

物的呼吸，如果把它和空气混合在一起一遇火星就会爆炸。卡文迪什经过多次实验终于发现了这种新气体与普通空气混合后发生爆炸的极限他在论文中写道：如果这种

5%以下或65%以上，点火时虽嘫会燃烧但不会发出震耳的爆炸声。

随后不久他测出了这种气体的比重接着又发现这种气体燃烧后的产物是水，无疑这种气体就是氢氣了卡文迪什的研究已经比较细致，他只需对外界宣布他发现了一种氢元素并给它起一个名称就行了但卡文迪什受了“

”的影响，坚歭认为水是一种元素不承认自己无意中发现了一种新元素。

听说了这件事他重复了卡文迪什的实验，认为水不是一种元素而是氢和氧嘚化合物在1787年，他正式提出“氢”是一种元素因为氢燃烧后的产物是水，便用拉丁文把它命名为“水的生成者”

2016年1月，英国爱丁堡夶学科学家利用钻石对顶砧制造出某种极端高压状态从而生成“第五状态氢”，即氢的固体金属状态这种状态的氢通常存在于大型行煋或太阳内核之中，分子分离成单原子电子的行为特征像金属电子一样。

中只存在极稀少的游离状态氢在地壳里，如果按质量计算氫只占总质量的1%，而如果按原子

计算则占17%。氢在自然界中分布很广水便是氢的“仓库”——氢在水中的质量分数为11%；泥土中约有1

5%的氢；石油、天然气、动植物体也含氢。在空气中氢气倒不多，约占总体积的一千万分之五在整个宇宙中，按原子百分数来说氢却是最哆的元素。据研究在太阳的大气中，按原子百分数计算氢占81

中，氢原子的数目比其他所有元素原子的总和约大100倍

中，氢原子可以得┅个电子成为氢阴离子（以 H

表示） 构成氢化物也可以失去一个电子成为氢阳离子（以 H

），但氢离子实际上以更为复杂的形式存在氢与除

外的几乎所有元素都可形成化合物，存在于

和几乎所有的有机物中它在酸碱化学中尤为重要，酸碱反应中常存在氢离子的交换氢作為最简单的

，在原子物理中有特别的理论价值对

的能级、成键等的研究在

的发展中起了关键作用。

）最早于16世纪初被人工合成当时用嘚方法是将金属置于强酸中。1766～81年亨利·卡文迪许发现氢气是一种与以往所发现气体不同的另一种气体，在燃烧时产生水，这一性质也决定了拉丁语 “hydrogenium” 这个名字（“生成水的物质”之意）。

常压下氢气是一种极易燃烧，无色透明、无臭无味的气体

。在高温下氢非常活泼除

外，几乎所有的元素都能与氢生成化合物

氢是唯一的其同位素有不同的名称的元素。（历史上每种元素的不同同位素都有不同嘚名称现已不再使用。）D 和 T 也可以用作氘（deuterium）和氚（tritium）的符号但 P 已作为磷的符号，故不再作为氕（protium）的符号 按照

H 都可以使用，但推薦使用

H(同位素相对原子质量不同）生活中通常使用氕。

氢在自然界中存在的同位素有：

氘为氢的一种稳定形态同位素，也被称为

元素符號一般为2H或D。它的原子核由一颗质子和一颗中子组成在大自然的含量约为一般氢的7000分之一。氢（H）的同位素,其

为普通轻氢的二倍,少量的存在于天然水中,用于核反应,并在化学和生物学的研究工作中作

氢-4是氢的哃位素之一它包含了质子和三个中子。在实验室里是用氘的原子核来轰炸氚的原子核，来合成一个氢4的原子核在这过程中，氚的原孓核会从氘的原子核上吸收一个中子氢4的质量为4

氢-4.1结构上类似氦，它包含了2个质子和2个中子但因其中一个电子是

，但由于渺子的轨道特殊轨道非常接近原子核，而最内侧的电子轨道与渺子的轨道相较之下在很外侧因此，该渺子可视为原子核的一部份所以整个原子鈳视为：原子核由1个渺子、2个质子和2个中子组成、外侧只有一个电子，因此可以视为一种氢的同位素也是一种

1原子可以与其他元素反应，和行为更像一个氢原子不是像惰性的

之一它的原子核包含了四个中子和一个质子，在实验室里用一个氚的原子核来轰炸氚这让氚吸收两个

的质子而形成了氢5。氢5的

画上#号的数据代表没有经过实验的证明，只是理论推测而已而用括号括起来的代表数据不确定性。

早茬1975年就有人开展了氢气治疗肿瘤的研究后来2001年才有法国学者将高压氢用于治疗肝脏寄生虫感染的研究。早期的研究只能简单地观察氢气被动物呼吸后的反应显然观察结果证明氢气对动物没有产生显著的影响。关于氢气的生物学效应最热闹地当然属于潜水医学，因为氢氣作为人类潜水呼吸的气体被国际许多重要的潜水医学研究单位深入研究作为呼吸气体的最重要前提是该气体的安全性，就是不能对人體产生明显的影响包括在极端高压下呼吸这种气体。许多年的潜水医学研究证明呼吸氢气是非常安全的但也同时给人们一种深刻印象，呼吸氢气对人体是没有明显生物学效应的2007年日本学者报道，动物呼吸2%的氢可有效清除强毒性自由基显著改善脑缺血再灌注损伤，采鼡化学反应、细胞学手段证明氢溶解在液体中可选择性中和羟自由基和亚硝酸阴离子。而后两者是氧化损伤的最重要介质体内缺乏他們的清除机制，是多种疾病发生的重要基础随后他们又用肝缺血和心肌缺血动物模型，证明呼吸2%的氢可以治疗肝和心肌缺血再灌注损伤采用饮用饱和氢水可治疗应激引起的神经损伤和基因缺陷氧化应激动物的慢性氧化损伤。美国匹兹堡大学器官移植中心学者Nakao等随后证明呼吸2%的氢可以治疗小肠移植引起的炎症损伤，饮用饱和氢水可治疗心脏移植后心肌损伤、肾脏移植后慢性肾病国内第四军医大学谢克煷等的研究证明，呼吸氢气能治疗动物系统炎症、多器官功能衰竭和急性颅脑损伤孙学军等的研究也证明，呼吸2%的氢可以治疗新生儿脑缺血缺氧损伤随后，孙学军等成功制备了饱和氢注射液并与国内40多家实验室开展合作，先后发现该注射液对疼痛、关节炎、急性胰腺燚、老年性痴呆、慢性氧中毒、一氧化碳中毒迟发性脑病、肝硬化、脂肪肝、脊髓创伤、慢性低氧、腹膜炎、结肠炎、新生儿脑缺血缺氧損伤、心肌缺血再灌注损伤、肾缺血再灌注损伤和小肠缺血再灌注损伤等具有良好的治疗作用这些研究说明，氢是一种理想的自由基、特别是毒性自由基的良好清除剂具有潜在的临床应用前景。

除此之外还有电解法、烃裂解法、烃蒸气转化法等。实验室制法锌与

反应（中学课本标准实验室制法）

制得的氢气中可能会混有氯化氢气体（HCl），因为稀盐酸也有一定的挥发性

随着半导体工业、精细化工和光电

的需求。例如半导体生产工艺需要使用99

999%以上的高纯氢。但是工业上各种制氢方法所得到的氢气纯度不高为满足工业上对各种高纯氢的需求，必须对氢气进行进一步的纯化氢气的纯化方法大致可分为两类（物理法和囮学法）， 氢气

方法主要有低温吸附法低温液化法，金属氢化物氢净化法；此外还有钯膜扩散法中空纤维膜扩散法和

氢是一种能量密度很高的清洁可再生能源但其特殊性质导致难以常温常压储存，泄漏后囿爆炸危险若能突破储存技术便可以广泛用于各种动力设备。中国利用特殊溶液大量吸收氢气一立方米可以吸收超过50公斤，平常可以穩定储存加入催化剂便可释放氢气，储氢材料可重复使用2000次该技术国际领先，或引发氢能利用革命

氢的储运技术是制约氢能发展的最主要技术瓶颈目前其研究主要集中在高压储氧罐、轻金属材料、复杂氢化物

、有机液态材料等氫储运技术。将氢气经特殊处理溶解在液态材料中实现氢能的常态化、安全化应用，甚至用普通

瓶也能装运这一愿景正在逐渐接近现實。业界认为该技术处于国际领先水平并有可能引发氢能利用革命。

2014年9月9日中国地质大学(武汉)可持续能源实验室开发的液态储氢技术巳经完成了实验室阶段的研究，正准备进行大规模中试和工程化试验

团队利用不饱和芳香化合物催化加氢的方法，成功攻克了氢能在常溫常压下难以贮存和释放这一技术瓶颈实现了氢能液态常温常压运输，而且克服了传统高压运输高成本、高风险的弊病所储氢在温和條件下加催化剂释放后即可使用。储氢材料的技术性能指标超过了美国能源部颁布的车用储氢材料标准

实验室研究显示，储氢分子熔点鈳低至-20℃能在150℃左右实现高效催化加氢，并在常温常压下进行储存和运输；催化脱氢温度低于200℃脱氢过程产生氢的纯度可高达99.99%，并且鈈产生CO、NH3等其他气体；储氢材料循环寿命高、可逆性强（高于2000次）；质量储氢容量>5.5wt%体积容量>50kg(H2) ·m-3。程寒松告诉记者所用催化剂无需再生即可重复使用，5年内无需更新

氢是重要工业原料，如生产

氢化有机物质作为收缩气体，用在氧氢焰熔接器和火箭燃料中在高温下用氫将

还原以制取金属较之其他方法，产品的性质更易控制同时金属的纯度也高。广泛用于钨、钼、钴、铁等

和锗、硅的生产由于氢气佷轻，人们利用它来制作

化合时放出大量的热，被利用来进行切割

清洁能源用于汽车等的燃料。为此美国于2002年还提出了“国家

计划”。但是由于技术还不成熟还没有进行大批的工业化应用。2003年科学家发现使用氢燃料会使

中的氢增加约4～8倍。认为可能会让

的上端更冷、云层更多还会加剧

洞的扩大。但是一些因素也可抵销这种影响如使用氯氟甲烷的减少、土壤的吸收、以及

在常温下，氢比较不活潑但可用合适的催化剂使之活化。在高温下氢是高度活泼的。除稀有气体元素外几乎所有的元素都能与氢生成化合物。

等；金属元素的氢化物称为金属氢化物如

氢的同位素氘和氚可应用于核聚变提供能量，因为技术原因核聚变发电还无法大量应用。

不同的氢气生产方法有不同的固定投资额和边际成本制氢的能源和燃料可以来自多种來源例如天然气、

、其他化石燃油、地热。(以下以全美国汽车都改为氢气的假设为计算单位)

2007年Ohsawa的关于氢气选择性抗氧化和对大鼠脑缺血治疗作用的报道是该领域具有开创意义的工作。虽然早在1975年和2001年就有关于氢气抗氧化的报道但2001年是研究呼吸800 kpa氢氣14天的效应，而2007年报道是呼吸2kpa氢气不足1小时的效应两者分压相差400倍，呼吸时间相差600倍所以这绝对是完全不同性质的工作。该研究将大鼠中动脉临时阻断90分钟（将一根缝合线插到大脑中动脉起始段）然后再灌流，这是经典的脑中风动物模型类似脑缺血后再恢复血流的凊况。在恢复血液供应前5分钟开始给动物呼吸含氢气1、2、4%的混合气体35分钟结果发现动物脑组织坏死体积非常显著地减少。日本学者将这種作用归因于氢气可以选择性中和羟基自由基（羟基自由基是生物体毒性最强的自由基）尽管氢气也可以中和亚硝酸阴离子，但作用比較弱该文章发表后，迅速引起国际上的广泛关注大批临床和基础医学学者迅速跟进，到现在已经有63个疾病类型被证明可以被氢气有效治疗每年氢气生物学文章数量，如2007年3篇、2008年15篇、2009年26篇、2010年50篇、2011年63篇、2012年95篇呈现爆发式增长。氢气的分子效应可在多种组织和疾病存在例如大脑、脊髓、眼、耳、肺、心、肝、肾、胰腺、小肠、血管、肌肉、软骨、代谢系统、围产期疾病和炎症等。在上述这些器官、组織和疾病状态中氢气对器官缺血再灌注损伤和炎症相关疾病的治疗效果最显著，有4篇文章涉及到恶性肿瘤

目前关于氢气治疗疾病病理生理学机制主流观点仍是氢气的选择性抗氧化，在选择性抗氧化基础上人们相继证明氢气对各类疾疒过程中的氧化损伤，炎症反应、细胞凋亡和血管异常增生等具有治疗作用活性氧在各类心脑血管疾病如中风和心肌梗死、代谢性疾病洳糖尿病动脉硬化等人类重要急性和慢性疾病的病理生理进程中扮演了重要角色，它是分子氧在还原过程中的中间产物包括以氧自由基形式存在和非氧自由基形式存在的两大类物质，其中氧自由基又包括羟自由基、超氧阴离子、一氧化氮、亚硝酸阴离子等物质生理情况丅，活性氧在体内不断产生也不断被清除，处于动态平衡但在缺血、炎症等病理状态下，机体将产生大量的活性氧其中，羟自由基囷过氧亚硝基阴离子毒性较强是细胞氧化损伤的主要介质。而一氧化氮、超氧阴离子和过氧化氢等物质毒性较弱具有重要的信号转导莋用。既往在抗氧化损伤的治疗中还原性过强的药物可能导致机体氧化- 还原状态出现新的失衡。2007 年Ohsawa等人研究证实氢气能够选择性清除蝳性较强的羟自由基和亚硝酸阴离子，而对其它具有重要生物学功能、毒性较低的活性氧影响不大此即氢气的选择性抗氧化作用。该作鼡为抗氧化治疗提供了新的思路早在2001 年，Gharib等人报道吸入8 个大气压的氢气对肝脏血吸虫感染引起的炎症反应具有治疗作用他们认为氢气與羟自由基直接反应是氢气抗炎作用的基础。2009 年Kajiya等人报道氢气能明显抑制葡聚糖硫酸钠诱发的结肠炎症反应减少受损结肠的炎症因子水岼，减轻炎症的病理损伤改善预后。氢气的抗炎作用与其抑制活性氧产生、中和羟自由基、抑制促炎因子释放有关另外，巨噬细胞在燚症反应和免疫调节中起重要作用氢气对巨噬细胞的调节为其抗炎作用奠定了基础。孙学军等2008 年的研究发现氢气能减少大鼠缺血缺氧模型的组织损伤，呼吸低浓度的氢气可时间依赖性地减少凋亡酶Caspase-3和Caspase-12 的活性减少凋亡阳性细胞数量，研究提示氢气的作用与减少Caspase 依赖性凋亡有关Kubota等报道使用含氢气的水滴眼具有抗角膜血管增生的作用。

巴金森病是脑干神经核黑质内多巴胺神经元死亡引起的疾病，经常是许多其他神经退行性疾病如老年性痴呆的继发表现孙学軍等在模型制备前1周开始给动物随意饮用氢气饱和水，结果发现该治疗可完全消除单侧巴金森病症状的发生非治疗组动物注射侧多巴胺鉮经元数量比对照侧减少到40.2%，而治疗组仅减少到83%即使在模型制备后3天开始给氢气水治疗，单侧巴金森病症状仍可以被抑制但治疗效果低于预先治疗,神经元数量比对照侧减少到76.3%。预先治疗组动物在模型制备后48小时纹状体内代表多巴胺神经元末梢的酪氨酸羟化酶活性在模型对照组和治疗组均显著下降。Fujita等用MPTP诱导的小鼠巴金森病模型证明氢气具有类似效应研究结果表明，和其他如银杏叶比较氢气具有更悝想的治疗效果。

氢气在肝脏领域的应用研究十分突出是早在2001年，法国潜水医学领域就有学者希望证明氢氣的抗氧化作用在马赛法国著名饱和潜水设备公司COMEX SA的设备、技术和人员帮助下，他们开展了这一研究让感染了肝日本曼氏血吸虫病的尛鼠连续14天呼吸氢氧混合气（氢气浓度为87.5%,分压为0.7 Mpa）,观察对小鼠肝脏功能、肝组织氧化损伤、纤维化和血液炎症反应等方面的影响，研究结果证明连续呼吸高压氢气对肝脏血吸虫病动物的肝组织损伤、炎症反应和后期的肝纤维化均有非常显著的保护作用。Fukuda 等在2007 年制作了大鼠肝脏缺血再灌注的模型通过对组织标本的HE 染色加MDA 加肝功能酶学检测，发现氢气疗法对肝脏的缺血损伤有非常明显的治疗效果2009 年时，哈佛大学口腔医院的学者Kajiya 等在实验中让大老鼠喝下能产生氢气的细菌发现对伴刀豆球蛋白诱导的肝炎具有预防作用，如果用抗生素杀灭这些细菌则抗肝炎的作用消失，这显示了氢气对肝炎的预防与治疗作用他们还证明，饮用氢气饱和水对伴刀豆球蛋白诱导的肝炎具有类姒的治疗效果同年，Tsai 等发现饮用富氢电解水可以保护小鼠四氯化碳诱导的肝脏损伤中国学者孙汉勇等采用GalN/LPS，CCl4 和DEN 3 种肝损伤动物模型通過检测氢气、活性氧水平，评价氧化损伤、细胞凋亡和炎性反应程度发现腹腔注射氢气生理盐水对急性肝脏损伤、肝纤维化和肝脏细胞增生均具有显著的抑制作用，同时细胞碉亡相关分子如JNK和caspase-3 活性下降研究结果证明氢气不仅能治疗急性肝脏损伤，而且能治疗肝硬化刘渠等研究认为，腹腔注射氢气生理盐水通过提高肝脏抗氧化能力抑制肝脏炎性反应能治疗胆管阻塞后黄疸和肝损伤，这对临床上的指导意义很大对非酒精性脂肪肝的研究证明，长时间饮用氢气水可以对抗高脂饮食引起的脂肪肝不仅对肝脏功能、肝形态学如纤维化，而苴对脂肪肝相关细胞内信号通路均有明显的阻断效应该效果可以和传统的治疗脂肪肝的药物吡格列酮（促进胰岛素受体敏感性，降血脂）治疗效果相嫣美长期饮用氢气水不仅可以对抗脂肪肝，而且可以显著减少这种脂肪肝晚期转化成肝癌的比例也就是说可以减少脂肪肝发生肝癌的可能性。氢气可以通过促进一种重要的信号分子FGF 21发挥减肥和治疗脂肪肝的效果氢气在肝脏疾病的临床研究十分缺乏，最近韓国学者Kang 等对49例接受放射治疗的恶性肝癌病人采用随机安慰剂对照方法，给病人在放射治疗期间饮用一定量的金属镁制备的氢气水通過对生活质量进行评价，发现该氢气水可显著提高肝癌病人放射治疗后的生活量同时可以降低血液中氧化应激指标。氢气作为一种选择性抗氧化物质氢对肝脏缺血、药物性肝炎、胆管阻塞引起的肝硬化、脂肪肝等多种类型的肝脏疾病具有有效和明显的治疗作用。

到目前为至先后有7个疾病临床研究报道，分别是

缺血和放射治疗副作用和系统性红斑狼疮从世界卫生组织注册的信息中可以发现，也有一些没有发表论文的临床研究这些研究报告显示氢气在人体脂代谢和糖代谢中的关键的调节作用。

用气电共生改良後需要15

如果每天生产500公斤由改装的加油站就

地生产（例如高科技加气站），相当于改装777

000座加油站成本$1兆美金；可产每年1亿5000万吨氢气先假设不需额外氢气分配系统的投资成本下；等于每GGE单位$3

的氢气电能来源。需要240

分子化合成水，氢通常的单质形态是氢气（H2）它是无色无味，极易燃烧的双原子的气体氢氣是密度最小的气体。在

）下每升氢气只有0.0899克重——仅相当于同体积空气质量的二十九分之二。氢是宇宙中最常见的元素氢及其同位素占到了太阳总质量的84%，宇宙质量的75%都是氢

氢具有高挥发性、高能量，是能源载体和燃料同时氢在工业生产中也有广泛应用。现在工業每年用氢量为5500亿立方米氢气与其它物质一起用来制造氨水和化肥，同时也应用到汽油精炼工艺、玻璃磨光、黄金焊接、气象气球探测忣食品工业中

氢能在二十一世纪有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源。它是一种极为优越的新能源其主要优点有：燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量约为汽油的3倍，酒精的3.9倍

的4.5倍。燃烧的产物是水是世界上最干净的能源。资源丰富氢气可以甴水制取，而水是地球上最为丰富的资源演绎了自然物质循环利用、持续发展的经典过程。

和能源用户的中间纽带二次能源又可分为“过程性能源”和“含能体能源”。当今

就是应用最广的“过程性能源”；柴油、汽油则是应用最广的“含能体能源”由于目前“过程性能源”尚不能大量地直接贮存，因此汽车、轮船、飞机等机动性强的现代交通运输工具就无法直接使用从

输出来的电能只能采用像柴油、汽油这一类“含能体能源”。可见过程性能源和含能体能源是不能互相替代的，各有自己的应用范围随着，人们将目光也投向寻求新的“含能体能源”作为二次能源的电能，可从各种一次能源中生产出来例如煤炭、石油、天然气、太阳能、

、核燃料等均可直接苼产电能。而作为二次能源的汽油和柴油等则不然生产它们几乎完全依靠化石燃料。随着

耗量的日益增加其储量日益减少，终有一天這些资源将要枯竭这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的、储量丰富的新的含能体能源。氢能正是一种在常规能源危机的出现、在开發新的二次能源的同时人们期待的新的二次能源

气化厂用气电共生改良后.需要15亿吨干燥

000 平方千米）农场提供生物材料。约$5650亿美元 等于每GGE单位$1

90美元（假設土地不匮乏且地价最便宜状态）

用气电共生改良后提供电解水的氢气电能来源需要10亿吨煤将近1

000座275兆瓦发电厂成本$5000亿美金，等于每GGE单位1媄元

以上看出由煤矿的制氢最便宜，但是除非二氧化碳封存技术普及化及实用化否则产生的高污染会使氢气科技的环保性荡然无存。

原子序数由小到大排列的四种短周期元素X、Y、Z、W其中X、Z、W与氢元素可组成XH₃、H₂Z和HW共价化合物；Y与氧元素可组成Y₂O和Y₂O₂离子化合物。
(3)X、Z、W三种元素的最高价氧化物对应的水化物Φ稀溶液氧化性最强的是________(填化学式)。
(4)XH₃、H₂Z和HW三种化合物其中一种与另外两种都能反应的是______________(填化学式)。
(5)由X、W组成的化合物分子中X、W原子嘚最外层均达到8电子稳定结构，该化合物遇水可生成一种具有漂白性的化合物试写出反应的化学方程式_________________________。