【求回答】氢气可以和过渡金属（如铁）和非一二主族的主族金属（如铝）直接反应吗？
当然，我来给你好好聊聊氢气和金属的反应，特别是过渡金属和主族金属的情况，保证让你看得明白，而且尽量让这内容听起来更像是咱们自己琢磨出来的。
总的来说，氢气和金属的直接反应，那得看是哪种金属，以及反应的条件有多苛刻。 咱们一句两句也说不清楚，得一项一项来分析。
氢气与过渡金属的“直接反应”
先说说过渡金属，比如你提到的铁。
铁 (Fe) 和氢气 (H₂):
常温常压？ 基本上，氢气跟铁在咱们日常见到的常温常压条件下，不会发生什么明显的直接反应。铁在空气中会氧化（生锈），但那是和氧气的事儿，跟氢气没多大关系。
高温高压？ 到了高温，事情就变了。比如说，在高温（比如几百摄氏度）而且氢气压力较高的情况下，铁和氢气是可以发生直接反应的。最典型的例子就是铁的“氢化”。
反应式： 铁在高温下可以和氢气反应，形成氢化物，但这个反应不是生成一个简单的“FeH”这么简单，它会形成一些非化学计量比的氢化物，通常写成 FeHₓ，其中 x 的值在 0 到 1 之间变化，并且结构也比较复杂，不是典型的离子或共价化合物。
更常见的“间接”反应： 其实，在更常见的化学场景下，我们看到的铁和氢气之间的“互动”，往往不是直接生成氢化物。比如，在制备铁的粉末时，可能会用氢气作为还原剂来还原氧化铁。在这种情况下，是氢气先与氧化铁反应（例如 Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O），生成铁单质，然后再讨论铁单质和氢气是否直接反应。
催化作用： 另外，铁及其化合物在某些氢化反应中（比如不饱和键的加氢）会作为催化剂。这时，氢气分子会在铁的表面被活化，然后和其他的底物反应，而不是直接和铁原子结合形成稳定的氢化物。
其他过渡金属：
镍 (Ni)、铂 (Pt)、钯 (Pd) 等贵金属： 这些金属对氢气相当“热情”。它们不仅在高温下容易和氢气反应，很多时候在常温甚至低温下，氢气就能被它们吸附到金属表面，形成“氢化物”。
吸附与形成合金： 严格来说，这更像是氢原子溶解在金属晶格中，形成了一种金属 hydride，或者更准确地说，是氢原子进入了金属的间隙位置，形成一种固溶体。例如，钯可以吸收大量的氢气，形成 PdHₓ，其中 x 的值可以很高，氢的含量几乎和钯原子一样多，这被称作“储氢材料”的重要研究方向。
反应过程： 氢气分子（H₂）在这些金属表面会被解离成氢原子（H），这些氢原子随后扩散进入金属的晶格中。这个过程可以发生在相对温和的条件下。
钛 (Ti)、锆 (Zr) 等： 这些金属在高温下也能和氢气反应，形成非常稳定的氢化物，如 TiH₂、ZrH₂。它们的反应活性比铁高一些，可能在稍低一些的温度下就开始反应。
氢气与主族金属的“直接反应”
再来看看主族金属，比如你提到的铝。
铝 (Al) 和氢气 (H₂):
常温常压？ 铝在常温常压下，不会和纯净的氢气直接发生反应。铝表面有一层致密的氧化铝（Al₂O₃）保护膜，这层膜非常稳定，能有效阻止氢气接近金属铝。
高温？ 即使到了高温，铝和氢气的直接反应也不常见，或者说反应很困难。铝的熔点虽然比铁高，但它和氢气直接形成稳定氢化物的倾向不像某些过渡金属那么明显。
特殊的反应条件/杂质： 在某些特殊的、非常苛刻的条件下，或者存在某些催化剂或活化剂（比如某些碱金属熔盐）时，铝才可能和氢气发生一些反应。但这些都不是我们通常意义上说的“直接反应”，而且铝跟氢气反应，更多时候是作为还原剂参与其他反应，或者被还原。
“铝热反应”的类比： 很多人可能听说过铝热反应（铝粉和氧化铁等发生剧烈反应）。这是因为铝的还原性非常强。但这种强还原性是针对氧、硫等非金属，不是直接针对氢气。
与碱的反应： 铝会和强碱（如 NaOH）反应生成铝酸盐和氢气（2Al + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂↑）。这个反应是铝和水在碱的催化下发生的，氢气是产物，而不是反应物（氢气）。
碱金属 (Li, Na, K 等) 和氢气 (H₂):
强反应性！ 碱金属和氢气会发生非常剧烈的反应，而且反应条件比你想象的要温和得多。
生成氢化物： 碱金属直接和氢气反应，会生成离子型的金属氢化物，比如 NaH, KH。
反应式： 2M + H₂ → 2MH (M 为碱金属)
反应特点： 这些反应通常在室温或稍高的温度下就可以发生，反应会放出大量的热，而且产物（如 NaH）本身也具有很强的碱性和还原性，遇到水还会分解出氢气（NaH + H₂O → NaOH + H₂）。
危险性： 由于反应剧烈且产物活泼，所以碱金属和氢气在实验室里操作都需要非常小心。
碱土金属 (Mg, Ca 等) 和氢气 (H₂):
反应性比碱金属弱，但依然可以反应。
生成氢化物： 它们也可以和氢气反应生成离子型或共价型氢化物，比如 MgH₂, CaH₂。
反应条件： 反应需要加热，条件比碱金属苛刻一些，但也不是极端的条件。例如，镁和氢气在几百摄氏度下即可反应。
MgH₂ 的应用： MgH₂ 是一种重要的储氢材料，因为它质量轻、储氢密度高。
总结一下
1. 过渡金属：
大部分活性较低的过渡金属（如铁） 在常温下不与氢气反应，但在高温高压下可以形成氢化物。
一些贵金属（如 Pt, Pd）和某些活性金属（如 Ti, Zr） 对氢气有很强的吸附和反应能力，在相对温和的条件下就能形成金属氢化物，甚至可以溶解大量氢气。
2. 主族金属：
碱金属（Li, Na, K 等） 与氢气反应非常剧烈，生成离子型氢化物，反应可以在室温或稍高的温度下发生。
碱土金属（Mg, Ca 等） 也能与氢气反应生成氢化物，但需要加热。
铝（Al） 在常温下基本不与氢气反应，主要原因是表面有致密的氧化铝保护层。即使在高温下，直接反应也较困难，不像碱金属那样容易。
所以，这个问题不是一个简单的“是”或“否”，而是要看具体的金属以及反应的“度”。希望这样讲能让你觉得更明白！
总的来说，氢气和金属的直接反应，那得看是哪种金属，以及反应的条件有多苛刻。 咱们一句两句也说不清楚，得一项一项来分析。
氢气与过渡金属的“直接反应”
先说说过渡金属，比如你提到的铁。
铁 (Fe) 和氢气 (H₂):
常温常压？ 基本上，氢气跟铁在咱们日常见到的常温常压条件下，不会发生什么明显的直接反应。铁在空气中会氧化（生锈），但那是和氧气的事儿，跟氢气没多大关系。
高温高压？ 到了高温，事情就变了。比如说，在高温（比如几百摄氏度）而且氢气压力较高的情况下，铁和氢气是可以发生直接反应的。最典型的例子就是铁的“氢化”。
反应式： 铁在高温下可以和氢气反应，形成氢化物，但这个反应不是生成一个简单的“FeH”这么简单，它会形成一些非化学计量比的氢化物，通常写成 FeHₓ，其中 x 的值在 0 到 1 之间变化，并且结构也比较复杂，不是典型的离子或共价化合物。
更常见的“间接”反应： 其实，在更常见的化学场景下，我们看到的铁和氢气之间的“互动”，往往不是直接生成氢化物。比如，在制备铁的粉末时，可能会用氢气作为还原剂来还原氧化铁。在这种情况下，是氢气先与氧化铁反应（例如 Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O），生成铁单质，然后再讨论铁单质和氢气是否直接反应。
催化作用： 另外，铁及其化合物在某些氢化反应中（比如不饱和键的加氢）会作为催化剂。这时，氢气分子会在铁的表面被活化，然后和其他的底物反应，而不是直接和铁原子结合形成稳定的氢化物。
其他过渡金属：
镍 (Ni)、铂 (Pt)、钯 (Pd) 等贵金属： 这些金属对氢气相当“热情”。它们不仅在高温下容易和氢气反应，很多时候在常温甚至低温下，氢气就能被它们吸附到金属表面，形成“氢化物”。
吸附与形成合金： 严格来说，这更像是氢原子溶解在金属晶格中，形成了一种金属 hydride，或者更准确地说，是氢原子进入了金属的间隙位置，形成一种固溶体。例如，钯可以吸收大量的氢气，形成 PdHₓ，其中 x 的值可以很高，氢的含量几乎和钯原子一样多，这被称作“储氢材料”的重要研究方向。
反应过程： 氢气分子（H₂）在这些金属表面会被解离成氢原子（H），这些氢原子随后扩散进入金属的晶格中。这个过程可以发生在相对温和的条件下。
钛 (Ti)、锆 (Zr) 等： 这些金属在高温下也能和氢气反应，形成非常稳定的氢化物，如 TiH₂、ZrH₂。它们的反应活性比铁高一些，可能在稍低一些的温度下就开始反应。
氢气与主族金属的“直接反应”
再来看看主族金属，比如你提到的铝。
铝 (Al) 和氢气 (H₂):
常温常压？ 铝在常温常压下，不会和纯净的氢气直接发生反应。铝表面有一层致密的氧化铝（Al₂O₃）保护膜，这层膜非常稳定，能有效阻止氢气接近金属铝。
高温？ 即使到了高温，铝和氢气的直接反应也不常见，或者说反应很困难。铝的熔点虽然比铁高，但它和氢气直接形成稳定氢化物的倾向不像某些过渡金属那么明显。
特殊的反应条件/杂质： 在某些特殊的、非常苛刻的条件下，或者存在某些催化剂或活化剂（比如某些碱金属熔盐）时，铝才可能和氢气发生一些反应。但这些都不是我们通常意义上说的“直接反应”，而且铝跟氢气反应，更多时候是作为还原剂参与其他反应，或者被还原。
“铝热反应”的类比： 很多人可能听说过铝热反应（铝粉和氧化铁等发生剧烈反应）。这是因为铝的还原性非常强。但这种强还原性是针对氧、硫等非金属，不是直接针对氢气。
与碱的反应： 铝会和强碱（如 NaOH）反应生成铝酸盐和氢气（2Al + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂↑）。这个反应是铝和水在碱的催化下发生的，氢气是产物，而不是反应物（氢气）。
碱金属 (Li, Na, K 等) 和氢气 (H₂):
强反应性！ 碱金属和氢气会发生非常剧烈的反应，而且反应条件比你想象的要温和得多。
生成氢化物： 碱金属直接和氢气反应，会生成离子型的金属氢化物，比如 NaH, KH。
反应式： 2M + H₂ → 2MH (M 为碱金属)
反应特点： 这些反应通常在室温或稍高的温度下就可以发生，反应会放出大量的热，而且产物（如 NaH）本身也具有很强的碱性和还原性，遇到水还会分解出氢气（NaH + H₂O → NaOH + H₂）。
危险性： 由于反应剧烈且产物活泼，所以碱金属和氢气在实验室里操作都需要非常小心。
碱土金属 (Mg, Ca 等) 和氢气 (H₂):
反应性比碱金属弱，但依然可以反应。
生成氢化物： 它们也可以和氢气反应生成离子型或共价型氢化物，比如 MgH₂, CaH₂。
反应条件： 反应需要加热，条件比碱金属苛刻一些，但也不是极端的条件。例如，镁和氢气在几百摄氏度下即可反应。
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1. 过渡金属：
大部分活性较低的过渡金属（如铁） 在常温下不与氢气反应，但在高温高压下可以形成氢化物。
一些贵金属（如 Pt, Pd）和某些活性金属（如 Ti, Zr） 对氢气有很强的吸附和反应能力，在相对温和的条件下就能形成金属氢化物，甚至可以溶解大量氢气。
2. 主族金属：
碱金属（Li, Na, K 等） 与氢气反应非常剧烈，生成离子型氢化物，反应可以在室温或稍高的温度下发生。
碱土金属（Mg, Ca 等） 也能与氢气反应生成氢化物，但需要加热。
铝（Al） 在常温下基本不与氢气反应，主要原因是表面有致密的氧化铝保护层。即使在高温下，直接反应也较困难，不像碱金属那样容易。
所以，这个问题不是一个简单的“是”或“否”，而是要看具体的金属以及反应的“度”。希望这样讲能让你觉得更明白！
网友意见
主族金属不太清楚，没有进行过相关研究，不过过渡金属，比如说镧，钛等等会在高压氢气中和氢气反应，生成相应的金属氢化物。钛的话可以生成二氢化钛，这个还挺稳定的。
同时，氢气可以不与金属发生反应渗透到金属中，这个相关研究很多。 @小侯飞氘 在这方向进行过相关研究。
1-5族的金属基本上都能和氢反应形成氢化物（镧系錒系不太确定）。比较常见的Ti, V等金属在服役过程中需要尽量避免接触H氛围，否则很容易吸H产生氢脆。
剩下的，Mn, Ni, Pd能和H反应形成氢化物，其他金属好像都不太容易与H反应。当然，只要驱动力足够强（例如GPa级别的H压），啥都能和H反应。
不同金属形成的氢化物结构会不一样，同种金属含H量不同时晶体结构也不尽相同。比较常见的是rocksalt结构（金属:H=1:1）和fluorite结构（金属:H=1:2）。即金属原子以面心立方的形式排列，H占据金属原子的八面体间隙（rocksalt）或四面体间隙（fluorite）。
Al是比较排斥H的金属，H在Al中的溶解热很高(~0.7 eV/H), H很难溶进Al中。
Fe稍微好一些，但溶解热也有0.3 eV/H左右，通常不易与H反应。但也有文献报道说奥氏体钢在低温和阴极保护的氛围下，能够形成rocksalt结构的FeH。
不能放图有的地方比较抽象，等服务器好了补上吧。
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