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第 13 章 硼族元素

第 13 章 硼族元素. IIIA B Al Ga In Tl. B 为非金属， Al 、 Ga 、 In 、 Tl 是金属。 常见氧化态： B 、 Al 、 Ga ＋ 3 In ＋ 1 ，＋ 3 Tl ＋ 1 最大配位数： B ： 4 HBF 4

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第 13 章 硼族元素

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Presentation Transcript

  1. 第 13章 硼族元素

  2. IIIA B Al Ga In Tl B 为非金属，Al、Ga、In、Tl 是金属。 常见氧化态：B、Al、Ga ＋3 In ＋1，＋3 Tl ＋1 最大配位数：B： 4 HBF4 其它：6 Na3AlF6 ns2np1 硼族元素的最大特征是缺电子元素，可形成缺电子化合物。

  3. 13 － 1 硼单质及其化合物 13 － 1 － 1硼单质 1硼的同素异形体

  4. α-菱形硼(B12)结构

  5. 2单质硼的化学性质 2 B ＋ 3F2 2 BF3 4 B ＋ 3O2 2 B2O3 2 B ＋ 6 H2O(g) 2 B(OH)3 ＋ 3 H2↑ 2 B ＋ N2 2 BN 2 B ＋ 3 Cl2 2 BCl3 2 B ＋ 3 S B2S3 B ＋ 3 HNO3(浓) B(OH)3 ＋ 3 NO2↑ 2 B ＋ 3 H2SO4 (浓) 2 B(OH)3 ＋ 3 SO2↑ 2B ＋ 2NaOH＋3KNO3 2NaBO2＋3KNO2＋H2O

  6. 最简单的硼烷是 B2H6 2 BH3(g) ＝ B2H6(g) △rH ＝ －148 kJ·mol－1 sp3 13 － 1 － 2 硼的氢化物

  7. H H H H H H 133pm 119pm B B B B H H H H H H 三中心两电子氢桥键

  8. B2H6 (g) ＋ 3 O2 (g) B2O3 (s) ＋ 3 H2O (l) B2H6 (g) ＋ 6 Cl2 (g) BCl3 (l) ＋ 6 HCl (g) B2H6＋ 6 H2O 2 H3BO3＋ 6 H2

  9. 硼氢键 B－H 硼硼键 B－B H 氢桥键 B B B 开放的3中心－2电子硼桥键* B B *量子化学研究认为此种键可以不予考虑 B 闭合的3中心－2电子硼桥键 B B 硼烷中有 五种键型

  10. 癸硼烷-14(B10H14)的键联 关系示意图

  11. B2O3易溶于水生成硼酸，粉末状的B2O3可用作吸水剂 B2O3＋ 3 H2O 2 H3BO3 (aq) 若水量不充足，如遇到热的水蒸气或潮气时 B2O3 ＋ H2O ( g ) 2 HBO2 ( g ) 13 － 1 － 3 硼的含氧化合物 1 B2O3 和 H3BO3 B2O3 是最难结晶的物质之一。在红热条件下硼酸脱水只能得到玻璃态的 B2O3，只有在较低的温度下、极其缓慢地脱水才能得到 B2O3 晶体。

  12. 硼酸具有片层状结构，层与层之间以分子间力联系在一起。因此硼酸晶体有解理性，可作为润滑剂。硼酸具有片层状结构，层与层之间以分子间力联系在一起。因此硼酸晶体有解理性，可作为润滑剂。 B：SP2杂化；存在分子间氢键

  13. H3BO3是Lewis酸，是一元酸。 OH ＋ H＋ － B OH ＋ Ｈ2O B OH OH OH OH OH

  14. 硼酸酸性很弱，Ka＝5.8×10－10，加入多羟基化合物可增加酸性。这是因为加入的物质可以与B(OH)4－结合成很稳定的物质，如：硼酸酸性很弱，Ka＝5.8×10－10，加入多羟基化合物可增加酸性。这是因为加入的物质可以与B(OH)4－结合成很稳定的物质，如： O － O CH2 CH2 HOCH HOCH B O CH2 CH2 O

  15. H2SO4 H3BO3 ＋ 3 CH3OH B(OCH3)3 ＋ 3 H2O 燃烧绿色火焰 可鉴别硼酸及盐

  16. 2硼砂及其它硼酸盐 B: sp2 杂化 sp3 杂化 [B4O5(OH)4]2－

  17. 硼砂晶体在空气中易失去水而风化。受热到400 ˚C左右，将失去 8 个结晶水和 2 个羟基水，形成化学式为 Na2B4O7 的无水盐。

  18. 硼砂本身为缓冲溶液，在洗衣粉中作填料。 Na2B4O7 ＋ 7 H2O 4 H3BO3 ＋ 2 NaOH H3BO3 ＋ OH－B(OH)4－ pH ＝ 9.24

  19. 硼砂珠实验: △ Na2B4O7 B2O3 ＋ 2 NaBO2 ＋) CoO ＋ B2O3 Co (BO2)2 Na2B4O7 ＋ CoO 2 NaBO2·Co(BO2)2 Cr2O3 为绿色 , Fe2O3 为黄色. 偏硼酸钠与过氧化氢作用，可以生成过硼酸钠，大量的过硼酸钠被用于洗衣粉中作增白剂。 NaBO2＋ H2O2 NaBO3·H2O 硼砂珠实验可用于除氧化物，定性分析，玻璃、陶瓷上釉、制造人造宝石等。

  20. 硼酸盐的种类很多，结构也很复杂，但都是由最基本的结构单元——三角形的BO3和四面体的BO4——联结而成的。硼酸盐的种类很多，结构也很复杂，但都是由最基本的结构单元——三角形的BO3和四面体的BO4——联结而成的。 (a)(b) 化学键 三角形和四面体的轮廓线

  21. BX3的中心硼原子的轨道采用sp2杂化，构型为三角形，为缺电子结构。 X B X X 13 － 1 － 4 硼的卤化物

  22. BX3 是典型的强的路易斯酸，如： BF3(g) ＋ NH3 H3N→BF3 BX3水中发生强烈水解： BCl3＋3 H2O B(OH)3＋3 HCl 将 BF3 通入水中: BF3＋ 3 H2O B(OH)3 ＋ 3 HF 进一步反应: BF3＋ HF H＋ ＋ BF4－

  23. 13 － 2 铝单质及其化合物 1 铝的提取和冶炼 Al(OH)3 沉淀 通入CO2 Na[Al(OH)4]溶液 铝矾土 Al2O3 NaOH 电解 分离、焙烧 较纯净 的Al2O3 铝 熔融Na3AlF6 13 － 2 － 1铝单质

  24. 铝可以从其它金属氧化物中置换出金属 2 Al ＋ Fe2O3 2 Fe ＋ Al2O3 在高温下，铝容易同 P、S、Si 等非金属反应 2 Al＋3 S Al2S3 铝不能同 H2 直接化合， (AlH3)n要在乙醚中制备 3n LiH ＋ n AlCl3 (AlH3)n＋ 3n LiCl (AlH3)n是白色的聚合物，当反应混合物中LiH过量时，将有Li(AlH4)生成。 2 铝单质的性质 铝最重要的性质是两性。

  25. α-Al2O3 刚玉 13 － 2 － 2 铝的含氧化合物 γ-Al2O3具有强的吸附能力与催化能力 β-Al2O3 固体电解质

  26. 铝的含氧化合物最重要的性质是两性： Al(OH)3 ＋ 3 HCl AlCl3＋ 3 H2O Al(OH)3 ＋ NaOH NaAl(OH)4

  27. AlCl3 中铝为 sp3 杂化 13 － 2 － 3 铝的三卤化物 ⅢA族除 B 的卤化物及ⅢA族元素的氟化物以外，均为二聚形式，如：(GaCl3)2，(InCl3)2，(AlBr3)2，(AlI3)2， (GaBr3)2等。

  28. BeCl2·4H2O 和 AlCl3·6H2O 受热脱水时发生水解： Δ Δ BeCl2·4H2O Be(OH)Cl ＋ 3 H2O ＋ HCl AlCl3·6H2O Al(OH)2Cl ＋ 4 H2O ＋ 2 HCl

  29. 铍和铝都是两性金属，Be(OH)2和Al(OH)3都是两性氢氧化物： Be ＋ 2 NaOH ＋ 2 H2O Na2Be(OH)4＋ H2 2 Al ＋ 2 NaOH ＋ 6 H2O 2 NaAl(OH)4＋ 3 H2 Be(OH)2＋ 2 NaOH Na2Be(OH)4 Al(OH)3＋ NaOH NaAl(OH)4

  30. 13 － 3 镓、铟、铊 镓的化学性质和铝很相似，但没有铝活泼。只有镓能与苛性碱溶液反应放出氢气。 镓、铟和铊三种金属都能溶于稀盐酸，但只有加热时反应速率才比较快。 镓、铟和铊三种金属与氯气及溴的化合，在常温下就可以进行，在高温下，它们都可以与 O2、S、P、As 等非金属单质直接化合。

  31. 镓、铟、铊正三价化合物越来越不稳定，正一价化合物越来越稳定：镓、铟、铊正三价化合物越来越不稳定，正一价化合物越来越稳定： 2 Ga ＋ 3 H2SO4 Ga2(SO4)3＋ 3 H2↑ 2 In ＋ 3 H2SO4 In 2(SO4)3＋ 3 H2↑ 2 Tl ＋ H2SO4 Tl2SO4＋ H2↑ Ga ＋ 6 HNO3 Ga (NO3)3＋ 3 NO2＋ 3 H2O 2 Tl ＋ 2 HNO3 TlNO3＋ NO2＋ H2O

  32. Tl(III) 是很强的氧化剂，例如： Tl2 ( SO4)3＋ 4 FeSO4 Tl2SO4＋ 2 Fe2(SO4)3Tl (NO3)3＋ SO2＋ 2 H2O TlNO3＋ H2SO4＋ 2 HNO3 2 Tl 3＋ ＋ 3 S2－Tl2S (蓝黑色) ＋ 2 S

  33. ns2np1 ns2np2 ns2np3 ＋3 ＋4 ＋5 同族元素，从上到下,与族数对应的最高氧化态，越来越不稳定 ns2 ns2 ns2 同族元素，从上到下，与族数差 2 的氧化态，愈来愈稳定 ＋1 ＋2 ＋3 惰性电子对效应 ⅢA ⅣA ⅤA B C N Al Si P Ga Ge As In Sn Sb Tl Pb Bi 其原因主要是6s2电子对的惰性显著

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