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第 13 章 硼族元素

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第 13 章 硼族元素 - PowerPoint PPT Presentation

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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