河北

人教版《必修1》“物質(zhì)的分類”給出的樹狀分類法圖示中，將化合物分為氧化物、酸、堿、鹽四類，這對學(xué)生形成“分類”思想，分類學(xué)習(xí)它們的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途具有重要的作用?！侗匦?》，又將HCl、H2S、NH3和CH4等稱作氫化物，化合物樹狀分類體系中又增加一個(gè)類別。

在人教版課本中HCl的標(biāo)簽是酸，H2S僅在“資料卡片”里介紹了它的毒性，NH3的知識(shí)體系較為完整，CH4放到烴的框架中學(xué)習(xí)，在元素周期律時(shí)介紹了氫化物的形成條件及其穩(wěn)定性比較……分散零碎、結(jié)構(gòu)性差是氫化物在教學(xué)中的現(xiàn)狀。還有，HCl、H2S、NH3、CH4只是氫化物的“半壁江山”，2011年全國卷28題推出了CaH2，為學(xué)生打開了認(rèn)識(shí)金屬氫化物的窗口。因此，高三復(fù)習(xí)時(shí)，基于系統(tǒng)思維，教師有必要強(qiáng)化學(xué)生的氫化物類別意識(shí)，整合建構(gòu)知識(shí)體系和思維模型，指導(dǎo)學(xué)生把握氫化物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律，提升學(xué)生們的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的素養(yǎng)水平。

一、氫化物的含義

正如氧化物、氯化物其中的氧元素、氯元素與電負(fù)性比它小的元素所形成的化合物一樣，氫化物應(yīng)當(dāng)是氫與比其電負(fù)性小的元素所形成的化合物，如NaH等，其中的氫元素為-1價(jià)。但人們已經(jīng)習(xí)慣將諸如HCl、H2S、NH3、CH4等其中的氫元素顯+1價(jià)的化合物也稱為氫化物，所以我們只能尊重大眾習(xí)慣，把含有氫元素的二元化合物統(tǒng)稱為氫化物。

二、氫化物的類型

根據(jù)元素組成，氫化物可簡單分為金屬氫化物和非金屬氫化物；根據(jù)成鍵特征，氫化物可分為共價(jià)型、離子型和金屬型三類。

1.共價(jià)型氫化物

共價(jià)型氫化物主要是氫元素與第ⅣA族至ⅦA族元素形成的二元共價(jià)化合物。該內(nèi)容需整合元素周期表和元素周期律知識(shí)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論，建構(gòu)“結(jié)構(gòu)→通性和特性→用途”的學(xué)習(xí)模型進(jìn)行復(fù)習(xí)。

(1)熔、沸點(diǎn)較低。在通常條件下，非金屬元素的簡單氫化物除水之外都是氣態(tài)。ⅣA族簡單氫化物熔、沸點(diǎn)從上到下逐漸升高，這是因?yàn)榉肿娱g范德華力隨相對分子質(zhì)量逐漸增大；而ⅤA～ⅦA族元素的簡單氫化物中，位于第二周期的NH3、H2O、HF因分子間存在氫鍵，使它們的熔、沸點(diǎn)在同族中反常高。

(2)熱穩(wěn)定性差別很大。同一周期元素的簡單氫化物穩(wěn)定性從左到右逐漸增強(qiáng)，同一主族元素的簡單氫化物的熱穩(wěn)定性從上到下逐漸減弱，這種遞變性規(guī)律與元素的電負(fù)性的遞變規(guī)律是一致的。與氫元素相結(jié)合的元素E的電負(fù)性越大，其H-E鍵的鍵能越大，氫化物越穩(wěn)定。

學(xué)生在復(fù)習(xí)該類氫化物時(shí)，存在的盲點(diǎn)和誤區(qū)主要有以下三種：

(1)判斷非金屬氫化物的熔、沸點(diǎn)和穩(wěn)定性的依據(jù)錯(cuò)位。

【例1】(2019·天津卷·7·節(jié)選)(2)氮和磷氫化物性質(zhì)的比較：熱穩(wěn)定性：NH3________PH3(填“>”或“<”)。

沸點(diǎn)：N2H4________P2H4(填“>”或“<”)，判斷的依據(jù)是______________________________。

【答案】> > N2H4分子間存在氫鍵

【分析】部分同學(xué)對物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)和穩(wěn)定性理解混亂。分子晶體的熔點(diǎn)是分子間作用力或氫鍵強(qiáng)弱的體現(xiàn)，屬于物理性質(zhì)，而分子的穩(wěn)定性涉及化學(xué)鍵的斷裂，往往會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，屬于化學(xué)性質(zhì)，二者具有本質(zhì)的區(qū)別。

(2)思維單一，缺乏靈活性和發(fā)散性。比如，很多學(xué)生認(rèn)為碳元素的氫化物是CH4，其實(shí)碳元素的氫化物種類繁多、家族龐大，這與碳元素的成鍵特點(diǎn)有關(guān)；Si、N、P、O的氫化物也非“獨(dú)苗”，2012年全國卷第13題元素推斷的著陸點(diǎn)就在于此。再如，《必修2》初學(xué)時(shí)僅從元素的非金屬性比較氫化物的穩(wěn)定性，學(xué)習(xí)《選修4》后，還可從其合成反應(yīng)的平衡常數(shù)大小進(jìn)行宏觀考量，這一點(diǎn)在2011年北京卷25題中有所體現(xiàn)。

(3)遷移應(yīng)用能力欠佳，不能由此及彼，觸類旁通。

【例2】(2016·全國卷Ⅱ·26·節(jié)選)聯(lián)氨(又稱肼，N2H4，無色液體)是一種應(yīng)用廣泛的化工原料，可用作火箭燃料。回答下列問題：

【答案】8.7×10-7N2H6(HSO4)2

2.離子型氫化物

堿金屬和ⅡA族的Mg、Ca、Sr、Ba在氫氣流中加熱，可以生成相應(yīng)的二元化合物。由于這些金屬元素的電負(fù)性都比氫元素的小，且相差較大，在一定溫度條件下氫原子從這些活潑金屬的最外層電子中得到一個(gè)電子形成H-，因此人們將這一類金屬氫化物稱為離子型氫化物。電解CaH2的熔融鹽，在陽極上放出H2，證明了H-的存在。

【例3】(2011·全國卷·28·節(jié)選)氫化鈣固體是登山運(yùn)動(dòng)員常用的能源提供劑。某興趣小組擬選用如下裝置制備氫化鈣。(裝置圖略)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，某同學(xué)取少量產(chǎn)物，小心加入水中，觀察到有氣泡冒出，溶液中加入酚酞后顯紅色，該同學(xué)據(jù)此判斷，上述實(shí)驗(yàn)確有CaH2生成。

(1)寫出CaH2與水反應(yīng)的化學(xué)方程式________________；

(2)該同學(xué)的判斷不正確，原因是________________。

(2)未反應(yīng)的鈣與水反應(yīng)也有類似現(xiàn)象

另外，由于氫元素的電子親和能很小(|-72.7|kJ·mol-1)，所以離子型氫化物穩(wěn)定性較差，且其加熱時(shí)能放出H2，因此能作貯氫材料，這一點(diǎn)在下文【例4】中有所體現(xiàn)。

3.金屬型氫化物

許多過渡元素以及鑭系和錒系金屬都能和氫結(jié)合生成二元或多元化合物，如CuH、TiH2、LaNi5H6等，它們?nèi)阅鼙３纸饘俚膶?dǎo)電性，故被稱作金屬型氫化物。以LaNi5H6的生成為例：H2與合金LaNi5接觸時(shí)，先吸附于合金表面上，H2分子發(fā)生解離(Ni有催化作用)，原子態(tài)氫原子經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入由金屬鑭原子和鎳原子形成的四面體或八面體的空隙中，并以金屬鍵的鍵合作用與金屬原子結(jié)合，也稱間充型氫化物。

【例4】合金貯氫材料具有優(yōu)異的吸收氫性能，在配合氫能的開發(fā)中起到重要作用。一定溫度下，某貯氫合金(M)的貯氫過程如圖所示，縱軸為平衡時(shí)氫氣的壓強(qiáng)(p)，橫軸表示固相中氫原子與金屬原子的個(gè)數(shù)比(H/M)。(說明：圖象中的字母D、K、K′、G、G′、C、C′是本文作者添加的)

(2)η表示單位質(zhì)量貯氫合金在氫化反應(yīng)階段的最大吸氫量占其總吸氫量的比例，則溫度為T1、T2時(shí)，η(T1)________η(T2)(填“>”“<”或“=”)。當(dāng)反應(yīng)Ⅰ處于圖中a點(diǎn)時(shí)，保持溫度不變，向恒容體系中通入少量氫氣，達(dá)到平衡后反應(yīng)Ⅰ可能處于圖中________點(diǎn)(填“b”“c”或“d”)，該貯氫合金可通過________或________的方式釋放氫氣。

【答案】(1)< (2)>c加熱 減壓

【分析】本題以合金貯氫材料為載體，考查學(xué)生化學(xué)反應(yīng)原理的應(yīng)用能力以及變化觀念和平衡思想的學(xué)科素養(yǎng)。由于合金貯氫材料及其原理陌生度高，學(xué)生沒有相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，思考入題困難，不能根據(jù)圖象信息正確解讀貯氫過程。

理解合金貯氫過程，需要把題目中的文字信息與圖形信息連接起來，建立它們之間的對應(yīng)關(guān)系，挖掘貯氫過程的原理和本質(zhì)。以T1時(shí)為例說明如下：

B點(diǎn)后繼續(xù)通入H2，由于H/M幾乎不變，圖象的BC段斜率急劇增加，說明B點(diǎn)后的H2被吸收的量很少，可以忽略不計(jì)。

通過上述分析可以看出該合金貯氫的兩種鍵型方式，可知該合金貯氫形成的氫化物處于金屬型氫化物、離子型氫化物或共價(jià)型氫化物的過渡狀態(tài)。

三、小結(jié)