第十六章     硼族元素
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第十六章 硼族元素. 16.1 硼族元素概述. 16.2 硼族元素的单质. 16.3 硼的化合物. 16.4 铝的化合物. 16.5 惰性电子对效应和 周期表中的斜线关系. 教学目标 :. ◆ 了解硼族元素的通性、硼的缺电子性; ◆ 掌握硼族元素的单质及其化合物的性质; ◆ 了解惰性电子对效应。. 本章重点 :. ◆ 硼和铝的化合物; ◆ 乙硼烷的结构、多中心键。. HF BF 3. 16.1 硼族元素概述. 硼族 ( Ⅲ A) : B , Al , Ga , In , Tl

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第十六章 硼族元素

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Presentation Transcript


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第十六章 硼族元素

16.1硼族元素概述

16.2硼族元素的单质

16.3硼的化合物

16.4铝的化合物

16.5惰性电子对效应和

周期表中的斜线关系


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教学目标:

◆了解硼族元素的通性、硼的缺电子性;

◆掌握硼族元素的单质及其化合物的性质;

◆了解惰性电子对效应。

本章重点:

◆硼和铝的化合物;

◆乙硼烷的结构、多中心键。


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HF BF3

16.1 硼族元素概述

硼族(ⅢA):B,Al,Ga,In,Tl

价电子构型:ns2np1

缺电子元素:价电子数<价层轨道数

缺电子化合物:成键电子对数<价层轨道数

例如:BF3,H3BO3。

注意: HBF4不是缺电子化合物。

缺电子化合物特点:

a. 易形成配位化合物HBF4

b. 易形成双聚物Al2Cl6

一般性质?


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σ配位键

多中心键

硼族元素的一般性质

  • B为非金属单质,Al,Ga,In,Tl是金属

  • 氧化态: B,Al,Ga:(+3)

  • In:(+1,+3)

  • Tl:(+1)

  • 表现惰性电子对效应

  • 最大配位数?成键情况?

  • B:4 例,HBF4表现共价性、缺电子

  • 其它:6 例:Na3AlF6 共价性、离子性兼有

  • Ga,In,Tl:离子键为主,+3价易形成共价键。

从Al→Tl,离子性↑, ns2↑,Tl+离子稳定

本族元素单质?


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16.2 硼族元素的单质

存在、主要矿物?


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自然界中的存在、主要矿物?

硼的单质

硼: 硼砂 方硼矿

硼镁矿 少量硼酸

铝:铝矾土

镓、铟、铊:稀有分散元素,无独立矿藏,与其它矿共生

B-O、 Al-O键能大,B、Al为亲氧元素。

α-菱形硼(B12)

原子晶体,正二十面体

化学性质?


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硼的化学性质

与O2

与其它非金属

与H2O

与酸

与碱

硼的用途?

铝、镓、铟、铊?铝热还原法?用途?

硼的化合物?


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16.3 硼的化合物

1.硼的氢化物

硼烷分类:BnHn+4和 BnHn+6

例: B2H6 B4H10

乙硼烷 丁硼烷

有CH4,但无BH3

最简单的硼烷:B2H6

其结构并非如右图所示:

END


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H

B B

B 2s22p1

硼烷的结构

B:利用sp3杂化轨道,与氢形成

4个B-H( 2c-2e )—— σ键

2个三中心两电子键(3c-2e)——氢桥键

记作:

要点:B的杂化方式,三中心两电子键、氢桥键。

其它


B 4 h 10

H

B B

B

B

B

B

H

B

B B

B

B

B4H10分子结构

硼烷分子中的五种键型:

2c-2e

硼氢键

2c-2e

硼硼键

3c-2e开式

硼桥键

3c-2e闭式

硼桥键

3c-2e

氢桥键

性质


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无色气体,易燃、易水解,剧毒

硼烷的性质:

①自燃

高能燃料,剧毒

②水解

③ 被氯氯化

  • 硼烷的制备:间接合成

含氧


B 2 o 3

O2

+H2O

+H2O

+H2O

H3BO3

B(无定形)

B2O3

2HBO2

2H3BO3

B2O3

Mg或Al

-H2O

-H2O

-H2O

2.硼的含氧化合物

① 三氧化二硼 B2O3

结构:

原子晶体:熔点460C;无定形体:软化

制备:

性质:

硼珠试验?

蓝色

绿色


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② 硼酸 偏硼酸 多硼酸

H3BO3 HBO2 xB2O3· yH2O

结构:

B:sp2杂化

硼酸是几元酸?

性质


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=5.8×10-10

  • 一元弱酸 (固体酸,Lewis酸)

性质:

  • 与多羟基化合物加合,甘露醇,甘油等

  • 与甲醇或乙醇→硼酸酯→绿色火焰→鉴定硼化合物

  • 受热易分解

硼砂


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③ 硼砂

硼酸根的结构:

硼砂珠实验:用于定性分析或焊接除锈

卤化物


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X

B

X

X

3.硼的卤化物

  • BX3结构:

B:sp2杂化

非极性分子

  • BX3性质:

制取


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制取:

水解:

氟硼酸

  • Lewis酸 酸性BF3< BCl3< BBr3< BI3


16 2 4

16.2.4 铝的化合物

有些氧化铝晶体透明,因含有杂质而呈现鲜明颜色。

红宝石(Cr3+)蓝宝石(Fe3+,Cr3+)黄玉/黄晶(Fe3+)

刚玉——自然界α- Al2O3晶体,作磨料、耐火材料

刚玉粉——含微量Fe2O3的 Al2O3,作抛光剂

氧化物


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氧化铝:Al2O3

高温


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两性: Al(OH)3+ 3H+ Al3+ + 3H2O

Al(OH)3+ OH- [Al(OH)4]-

在碱性溶液中存在[Al(OH)4]-或[Al(OH)6]3-

简便书写为

氢氧化铝:Al(OH)3

卤化物


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铝的卤化物

AlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3

离子键 共价键

难溶于水 易溶

离子晶体 分子晶体 熔点低,易挥发,

易溶于有机溶剂,

易形成双聚物。

Lewis酸,作催化剂

END


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16.5惰性电子对效应和

周期表中的斜线关系

惰性电子对效应

同族元素自上而下,与族数相同的高氧化态化合物稳定性依次减小,比族数小2 的低氧化态稳定性增加的现象。

明显表现在ⅢA、ⅣA、ⅤA和ⅡB

如何解释?

1)同一族,自上而下,ns2稳定性增加

不易参与成键而表现出惰性;表16-7

2)从化学键能解释;表16-8

3)从结构上解释。

斜线


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周期表中的斜线关系

周期表中处于相邻两族的对角斜线上元素的

性质十分相似;即某元素的性质与其左上方或右

下方元素的相似性。

明显表现在哪几对?

三对 Li Be B C

Na Mg Al Si

如何解释?

用离子极化理论说明:原因在于相似的离子极化力

问题


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问 题

1、乙硼烷的结构如何?

2、乙硼烷的化学性质及有关反应?

3、硼的卤化物的结构?水解性?m.p,b.p?

4、硼酸是几元酸?酸性如何?

5、硼砂的化学式?硼珠实验?

6、铝化合物的两性?

如何分离Al3+和Mg2+?


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