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学习小专题 |
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元素化学的复习,往往忽略了稀有气体。其实高考中稀有气体也是元素化学的重要组成部分,因此我总结了这篇小文章。但愿对你有一点帮助。
一、基本概念与组成
稀有气体(又称惰性气体、贵气体)是元素周期表 ** 第 18 族 (0 族)** 的元素,包括:
氦 (He)、氖 (Ne)、氩 (Ar)、氪 (Kr)、氙 (Xe)、氡 (Rn)(放射性)
核心特征:
价电子层结构:ns²np⁶(He 为 1s²),形成稳定的闭壳层结构,这是其化学性质极不活泼的根本原因
在自然界中以单原子分子形式存在,几乎不与其他物质发生化学反应
大气中含量极少:Ar 约 1%,Ne 约 0.0018%,He 约 0.0005%,Kr 约 0.00011%,Xe 仅约 0.000009%
二、物理性质(高考必考点)
性质 | 特征描述 | 考点关联 |
|---|---|---|
颜色 | 所有稀有气体在常温常压下均为无色 | 区分 "气体本身颜色" 与 "通电后发光现象" |
气味 | 无味、无毒 | STSE 应用安全性考量 |
熔沸点 | 极低(分子间仅存在微弱的伦敦色散力) | 工业分离方法(液化空气分馏) |
密度 | 不同(如 He 密度小于空气,可用于填充气球) | 用途推断题 |
三、化学性质(惰性的本质)
化学惰性极强
历史上曾被称为 "惰性气体",但现代研究发现部分稀有气体(如 Xe、Kr)在特定条件下可形成化合物
反应实例:
Xe + F₂ → XeF₄(四氟化氙)
Kr + F₂ → KrF₂(二氟化氪)
惰性成因:完全填充的价电子层使其具有极高的电离能和极低的电子亲和能,难以得失电子或形成化学键
四、通电发光现象(高考 STSE 高频考点)
1. 发光原理(必考)
电子跃迁机制:
通电时,电能使稀有气体原子外层电子从基态跃迁到激发态
激发态电子不稳定,迅速回落至基态,释放的能量以特定波长光的形式辐射
不同稀有气体因能级差不同,发出的光颜色各异
2. 颜色对应关系(必须记忆)
稀有气体 | 通电发光颜色 | 常见应用 |
|---|---|---|
氦 (He) | 黄白色 / 粉红色 | 低温研究、飞艇填充 |
氖 (Ne) | 橙红色 | 霓虹灯(纯氖灯呈红色) |
氩 (Ar) | 淡蓝色 | 填充普通灯泡、焊接保护气 |
氪 (Kr) | 蓝紫色 | 节能荧光灯、半导体激光 |
氙 (Xe) | 明亮白色(近似日光) | 氙气大灯、医疗麻醉、"天宫" 空间站推进剂 |
五、高考核心考点突破
1. 颜色辨析(高频易错点)
错误表述:"氖气呈橙红色"" 稀有气体有不同颜色 "正确理解:稀有气体本身无色,橙红色等是通电后的发光现象,属于物理变化(电子跃迁),而非物质本身的颜色
高考陷阱:"下列气体本身呈 XX 颜色的是",若选项中出现稀有气体,直接排除(除非明确说明 "通电后")
2. 应用与 STSE 结合(2021-2025 真题热点)
近五年真题考点:
2025 年:"天宫" 空间站使用氙推进剂(考查稀有气体在航天领域应用)
2024 年:稀有气体在电光源、医疗、科研领域的应用(江苏卷、广东卷)
2023 年:霓虹灯发光原理(电子跃迁与光谱)(全国多省市卷)
典型应用场景:
应用领域 | 具体用途 | 对应气体 |
|---|---|---|
照明 | 霓虹灯、广告灯箱 | Ne(红色)、Ar + 荧光粉(多种颜色) |
科研 | 超低温环境(液氦,-269℃) | He |
医疗 | 麻醉剂(氙气,效果好、恢复快) | Xe |
工业 | 焊接保护气(隔绝氧气) | Ar(最经济)、He(高端应用) |
电子 | 半导体制造、准分子激光器 | KrF₂、XeF₂激光(用于芯片光刻) |
航空 | 飞艇、气球填充(低密度、不燃) | He |
航天 | 离子推进系统(高比冲、高效) | Xe("天宫" 空间站应用) |
3. 提取与制备(工业化学考点)
主要方法:
液化空气分馏法:
空气液化后,利用各组分沸点差异逐步分离(Ar 沸点 - 185.7℃,N₂-195.8℃,O₂-183℃)
膜分离、吸附分离:
新型技术,提高效率降低成本
六、备考策略(针对高考)
1. 核心知识记忆法
口诀:"零族六气本无色,氦氖氩氪氙氡全;通电跃迁发光彩,霓虹科研医疗先;氦冷氖红氩保护,氙灯推进记心间"
2. 易错点专项突破
关键区分:
"本身颜色" vs "通电发光":
稀有气体本身均无色,发光是电子跃迁的物理现象,非化学变化
"惰性" vs "不反应":
惰性是相对的,Xe、Kr 在强氧化剂(如 F₂)作用下可形成化合物
3. 真题演练重点
必做题型:
选择题:判断稀有气体性质、应用的正误(尤其颜色辨析)
STSE 综合题:结合新材料、新能源、航空航天考查应用(如 2025 年氙推进剂)
物质结构题:电子跃迁与光谱(选修 3 内容,解释发光原理)
提分要点:
熟练掌握各稀有气体通电颜色(Ne 红、Ar 蓝、Xe 白等)
理解发光本质是电子从激发态→基态跃迁释放能量
关注稀有气体在新兴领域的应用(如 2025 年空间站推进剂)
七、总结(高考核心考点速记)
稀有气体是高考化学 STSE 领域的重要考点,核心掌握:
物理特性:
无色无味无毒,单原子分子,化学性质极不活泼
发光现象:
通电后因电子跃迁发光,各气体颜色不同(Ne 红、Ar 蓝等)
应用价值:
照明、医疗、科研、工业保护、航空航天(如氙推进剂)
考场提示:遇到 "稀有气体颜色" 题,先判断是考 "本身性质"(无色)还是 "通电现象"(有色),这是近五年高考高频陷阱。
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