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第二讲：氢的传奇2.1 诗 文
老聃曾告道生一①，万物归源元素氢。
氢有哥仨氕氘氚②，性格相同体质异。
氢气易散难溶水③，热值高且储量沛④。
密度小兮液化难， 易燃易爆躁脾气。
当今开发新能源， 避短扬长研储氢。
固态合金纳米管⑤，教化氢气为自然。
工业用氢常冶金⑥，氘氚热核巨能兴⑦。
环保氢能堪最佳， 大道至简唯数氢。书法欣赏2.2 释 义
①老聃即老子，中国古代春秋后期的思想家，道家学派的创始人。其著作《道德经》内
容丰富，涉及哲学、政治、军事、文化、自然界及社会生活诸多方面。展现了朴素的
辩证法思想。曾言：道生一、一生二、二生三、三生万物。……
②氢元素经测定在自然界存在三种核素：（1H）氕、（2H）氘、（3H）氚 。三者质子
数相同而中子数不同，互为氢的同位素。因其核外电子排布均为1s1，故化学性质相同。
但物理性质（比如密度、扩散速度、质量数等）有差异。三者的丰度（原子百分数）
不同，其中1H占99.9885%，2H占0.0115%，3H痕量呈现。
③氢分子的扩散速度大，因其密度小，且扩散速度反比于其相对分子质量的平方根。另
因其属于非极性分子，故在极性溶剂水中的溶解性很小（根据相似相溶经验规则判定）。④氢气的燃烧热为241.8kJmol-1，且燃烧产物只是水，不会对环境带来污染，是
未来最清洁的绿色能源。氢元素占地球中所含元素总质量的15.2%，绝大多数以
化合态形式存在。
⑤当今人们已经陆续摸索并开发出固态储氢的方式。如镧镍合金（LaNi5）和碳纳米管，
利用其在特定条件下对氢气的吸附性和脱附性，具备储氢容量高安全性好的特点。
⑥工业上利用氢气的还原性，在高温下冶炼金属如钨钼铜等。例：
⑦热核反应分为核裂变与核聚变两大类。其中由轻核形成重核称为“聚变”反应，例如：
2H + 3H →4He + 1n ;此外重核可裂变并持续释放出中子而引起链式反应，例如：235U
+ 1n → 139Ba + 95Kr + 21n。两种热核反应均可放出巨大的能量。2.3 示 例
【例题】在一定条件下，氢气既可与活泼金属反应，又可与活泼非金
属反应。现有两种氢化物CaH2和H2S，下列有关判断正确的是（
）
A.所含氢元素的化合价均为+1
B.两者均为共价化合物
C.两者混合是会生成氢气
D.两者所含的氢微粒的半径相同【解析】
CaH2属于离子型（或盐型）氢化物，其电子式为：
[H:]-Ca2+[:H]-,故其中H为 -1价。
H2S属于共价化合物，其电子式为：
故其中H为+1价。
显然半径大小为H- > H，因发生氧化还原反应：
CaH2 + H2S = CaS + 2H2,故两者不能共存。
综上所述本题选C2.4 体 验
【题目】已知储氢材料具有可逆吸放氢气的功能，在室温下，块状LaNi5合金与一定压力
的氢气发生氢化反应：LaNi5(s) + 3H2 (g) = LaNi5H6 (s) ⊿H < 0
其产物也称为金属氢化物（简记为MH）。现有某金属氢化物镍电池反应如下：
NiOOH + MH Ni(OH)2 + M ，其组成是以KOH为电解质，储氢合金MH与Ni(OH)2为
电极材料。试回答下列问题：
（1）为提高LaNi5合金的储氢能力，可采取的措施有 。
（2）当上述电池放电时，其正极的电极反应为 。
（3）当上述电池充电时，阴极发生的电极反应为 。
（4）上述电池充放电过程中，M的主要作用是 。【答案】
（1）从平衡移动角度分析，可采取加压降温等措施
（2）NiOOH + e- + H2O = Ni(OH)2 + OH-
（3）H2O + e- + M = MH + OH-
（4）担任储氢介质和发生电极反应的作用2.5 拓 展
（一）氢能的起源、发展与未来
自从1783年8月27日，由法国物理学家雅克·查理制作的世界上第一个氢气球在
巴黎升空起，人类便开启了利用氢气作为交通运输提供动力的序幕。当今全球面临能
源与环境压力，各国对氢能的要求与开发更显迫切。氢能既可燃烧于内燃机也可用于
燃料电池。尽管氢能优点突出，但易燃易爆难液化且目前还难以实现象储存常见液体
燃料那样致密而简单的方式储存氢能。现今全球研发的工业化的储氢的方法有：液态
氢、压缩氢。液态氢可提高氢能量密度，但其使用需要低温设备且操作务求安全保障
上成本过高。压缩氢可采用过渡金属氢化物储氢、化学氢化物（如四氢铝钠）储氢、
碳纳米材料吸附储氢、金属有机材料储氢等但均存在一些不足。从目前研发状况预计，
大规模的研发使用合适的储氢技术尚需时日。有一种新构想是：实现氢电合一的超级
电网的研发与建设，能有效实现电流与氢流的传输与转化。感知氢能应用的未来前景 （二）常见氢粒子的稳定性及其电子排布
只含氢元素的粒子也有多种，因前述氢的同位素H、D、T的化学性质相同，故均
视为H原子。研究表明:常见氢粒子有：H、H+、H-、H2、H2
+、H2
- 等。那么，它们的
化学稳定性及其电子排布如何？现从分子轨道理论角度简述如下：
1.单核氢粒子中：H+：1s0、H： 1s1、 H-：1s2 。其价电子层均符合：全空、半满、全
满的结构。显然H+、H-的稳定性应大于H；从元素价态分析，则三者之间能够发生反
应： 步骤①吸热且熵增步骤、②放热且熵减，总反应能够正向自发进行。
2.多核氢粒子中：H2、H2
+、H2
- 等原子间存在共价键。但三者的键级数δ=（成键电子
总数-反键电子总数）/2各异，依次为：δ=1、1/2、1/2；相应的分子轨道结构为：
1σ2
g = σ2
1s 、1σ1
g = σ1
1s、 1σ2
g 1σ1
u = 1 σ2
1s1σ＊1
1s 故稳定性为：H2>H2
+> H2
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