第9 章非金屬元素的性質

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1、第9章　非金屬元素的性質9-1氫　氣9-2稀有氣體9-3空氣的液化9-4鹵素及其化合物9-5氧與硫及其化合物9-6氮與磷及其化合物9-7碳與矽及其化合物圖9-1非金屬元素在週期表的位置9-1氫　氣氫是最輕的元素，分子式為H2，因為氫的分子量小，所以熔點及沸點都很低，在常溫常壓下是一種無色、無味的氣體436鍵解離能（千焦耳／莫耳）0.074鍵長(nm)0.0898密度（克／升，在STP下）?253沸點(°C)?260熔點(°C)氫氣具有可燃性，在空氣中會和氧起劇烈燃燒反應生成水，具有爆炸性氫氣的成本較便宜且浮力很

2、大，不但曾被研究作為航空及軍事用途，也曾拿來灌充氣球，但在1937年，德國的興登堡(Hindenburg)飛船發生爆炸事件，證明了此種用途的危險性，所以現今的飛船或氣球都改用氦來代替氫氫氣的燃燒熱很大，約可產生3000°C的高溫，應用於切割及焊接所用的氫氧焰液態氫可作為火箭的燃料，燃燒產物為水，不至於污染環境(a)興登堡飛船爆炸事件(b)以不可燃的氦取代氫作為飛船的填充氣體圖9-2氫是最輕的氣體，但其易燃的特性曾經使利用它來填充的飛船發生爆炸，而造成多人的傷亡氫有三種同位素氕(protium)含量最多，以符號H

3、表示，質量數為1氘(deuterium)亦叫做重氫，以符號D表示，質量數為2氚(tritium)以符號T表示，其質量數為3氘、氚具有放射性，可應用於生物學領域中；氘也是氫彈的成分之一工業上製取氫氣是用鎳金屬(Ni)在高溫高壓下催化天然氣與水蒸氣反應，再將混合氣體通入水蒸氣中，使一氧化碳反應變成二氧化碳，同時釋出氫氣此氣體產物含有H2及CO2，可經由加壓通過氫氧化鈉而除去二氧化碳，如此便可獲得氫氣高純度的氫氣製備是利用直流電電解水產生，但耗用電力使成本高昂並不適合大量生產圖9-3水的電解在實驗室中製備氫，可利用鋅

4、粉和稀鹽酸反應圖9-4實驗室中製備氫的裝置活潑金屬如鈉、鉀與水起劇烈反應亦會產生氫氣若氫與活潑金屬結合生成離子性氫化物如LiH，將其置入水中亦會產生氫氣氫氣在工業上的主要用途是利用哈柏法生成氨，也用來將石油產物、不飽和植物油進行加氫作用達飽和化，並製造甲醇、鹽酸等其他化學品氫氣也是一種強還原劑，可將金屬氧化物還原成金屬，例如將氫氣通過灼熱氧化銅，即可獲得銅H∣H∣H∣H∣∣H∣H鐵粉催化氫燃料電池可說是能源的明日之星，以氫氣為燃料，和氧氣經電化學反應後產生電能，不但發電效益高，且最終副產品只有熱能與純水

5、，將燃料中的化學能直接轉換成為電能，是一種兼顧環保與效率的新興發電工具圖9-5氫燃料電池構造示意圖9-2稀有氣體週期表最右邊的第18族，即氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)和氡(Rn)，皆為單原子的分子，常溫常壓下為無色、無味的氣體。在自然界中含量甚微，故稱為稀有氣體(raregas)除了氦的電子組態為1s2外，其他元素最外層則為ns2np6，故很難與其他元素反應，所以又稱為惰性氣體(inertgas)或鈍氣稀有氣體的物理性質?9.73?71?61.8222.086Rn氡*8.7×10?

6、45.85?112?107.1131.354Xe氙1.14×10?33.70?156.6?152.983.8036Kr氪9.34×10?11.78?189.2?185.739.9518Ar氬1.82×10?30.900?248.7?245.920.1810Ne氖5.20×10?40.178?272.2?268.94.00312He氦空氣中佔有體積百分率(%)密度（克/升）(STP)熔點(°C)沸點(°C)原子量原子序符號元素註：*表示放射性氣體。這些元素是由英國化學家拉姆塞在1894～1898年間陸續發現的圖9

7、-6拉姆塞氦的密度很小，為僅次於氫氣的最輕氣體在空氣中含量甚微，但在油井所產天然氣中含量多達2%，所以氦的製備方法，是將天然氣壓縮及冷卻，使其液化，但因氦是最難液化的氣體，因而可以分離氦因不易燃，用於裝填飛船及氣球，比氫氣更安全由於氦不溶於血液，人們於深海潛水為防止潛水夫症，可以呼吸用氦稀釋的氧氣氖氣可由液態空氣分餾時分離製得。在真空放電管中發出紅色光，可用以製造廣告招牌的霓虹燈圖9-7氖常用以製造廣告招牌的霓虹燈氬氣除存在於空氣中外，亦發現於溫泉和火山噴出的氣體中，是大氣中含量最多、也是工業上使用最多的惰性氣

8、體。氬可用以灌充燈泡來保護鎢絲，也用於精密金屬熔接，避免金屬氧化圖9-8填充氬氣的燈泡可以延長使用的壽命氪和氙的沸點比氦、氖、氬高，是分餾液態空氣時的最後殘留物。氪、氙在真空放電管中發出藍色光輝，可用做探照燈的充填氣體圖9-9裝了氙的探照燈圖9-10氙與氟在400°C反應生成的穩定化合物XeF4由於稀有氣體化合物的合成，改變了以往認為稀有氣體不可能生成化合物的觀點9-3空氣的液化將空氣