硼铝族
高中化学竞赛-硼族元素
高中化学奥林匹克竞赛辅导硼族元素一、硼族元素简介硼族元素包括硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)，在周期表中处于第Ⅲ A族。
硼族元素的价电子构型为n s2n p1，除硼外其余元素均为金属元素，金属性随原子序数的增加而增强。
B的半径较小，失去三个电子非常困难，因此硼不能形成简单阳离子B3+，只能通过共用电子对形成共价化合物。
Al、Ga、In、Tl在水溶液中可以形成M3+。
因为惰性电子对效应，Tl3+具有强氧化性。
在硼族元素形成的共价分子中，中心原子最外层只有6个电子，未达到8电子的外层结构，属于缺电子化合物，它们具有一个空p轨道，可以接受孤对电子形成配位键，是强的路易斯酸。
硼族元素的性质二、硼及其化合物1.硼的单质硼的非金属单质以原子晶体形式存在。
单质硼有无定形硼和晶体硼两种，无定形硼为棕色粉末，晶体硼为黑灰色原子晶体。
晶体硼结构较为复杂，其晶体结构单元为12个硼原子组成的正二十面体。
它有20个等边三角形面，12个顶点，硼二十面体通过不同的连接方式形成各种硼的同素异形体。
晶体硼的化学活性较低，无定形硼较活泼。
常温下，硼能与F 2反应，高温下能与N 2、O 2、S 等非金属单质反应。
无定形硼可被热的浓硝酸、浓硫酸氧化成硼酸，也能与强碱作用放出氢气。
2B+N 22BN(与金刚石C 2互为等电子体，是原子晶体) B+3HNO 3(浓)B(OH)3+3NO 2↑2B+2NaOH+2H 2O2NaBO 2+3H 2↑(与Al 的性质相似)2.硼的氧化物及含氧酸硼最重要的氧化物是B 2O 3，熔融B 2O 3能溶解许多金属氧化物，形成具有特征颜色的偏硼酸盐，这个反应用于定性分析，称为硼珠实验：CuO+B 2O 3Cu(BO 2)2(蓝色) NiO+B 2O 3Ni(BO 2)2(绿色) B 2O 3的水化物为硼酸H 3BO 3或B(OH)3。
H 3BO 3是白色的片状晶体，具有片层结构，层和层 之间存在范德华力，容易发生滑动，其中氢键对其结构的形成具有支配的作用。
硼族元素及其化合物
无机化学
硼族元素及其化合物
氢氧化铝（Al（OH）3）是两性物质，既溶于酸又溶于碱： Al(OH)3+NaOH → NaAlO2+2H2O 2Al(OH)3+6HCl → 2AlCl3+3H2O 氢氧化铝的碱性比酸性略强，故铝盐都易水解。
硼族元素及其化合物
铝的卤化物从氟化物到碘化物，键型由离子键过渡 到共价键，这是因为F-、Cl-、Br-、I-的变形性依次增强， 其中最重要的是AlCl3。无水氯化铝是无色晶体，常温下 有挥发性，经测定其蒸发密度知它的分子式相当于Al2Cl6， 是共价化合物，为双聚分子。AlCl3溶于所有的有机溶剂， 在水中也易溶，因水解作用，其溶液显较强酸性，水解 过程中有碱式盐生成，其水解过程如下：
3. 铝的重要化合物
铝的重要化合物有氧化物、氢氧化物及卤化物。
氧化铝（Al2O3）是一种难熔的且不溶于水的白色粉末， 经灼烧后的氧化铝也不溶于酸。刚玉是存在于自然界中的 结晶氧化铝，其硬度仅次于金刚砂（碳化硅），是很好的 磨料。经特殊处理的氧化铝粉末，疏松多孔，具有很大的 相对表面积，有很强的吸附性能，叫做活性氧化铝，广泛 用作层析工作中的吸附剂。
无机化学
硼族元素及其化合物
硼族元素位于周期表中第ⅢA族，主 要包括硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）、 铟（In）、铊（Tl）五种元素。
硼族元素及其化合物
一、 硼族元素通性
硼族元素的价电子层结构为ns2np1，其氧化数为+3 和+1，以+3为主要特征，在+3氧化态时完全是共价化合 物。由于它们价电子层的四个轨道中只有三个电子，价电 子数少于价电子层轨道数，故称为缺电子原子，所形成的 化合物被称为缺电子化合物。因此硼族元素有极强的接受 电子的能力，易形成聚合型分子（如Al2Cl6）和配位键化 合物。表8-19是硼族元素的一些基本性质。
38硼族元素及其化合物
1、氟硼酸
它是一种强酸，仅以离子状态存在于水溶液中。铜、锡、铅、镉、钴、铁、镍等金属的氟硼酸盐用于电镀，速度快，镀层质量好，又省电。
2、硼的氧化物
三氧化二硼B2O3的熔点为72OK，沸点为2523K；易溶于水，形成硼酸：
B2O3 + 3H2O 2H3BO3
但遇热的水蒸气可生成易挥发的偏硼酸：
B4O5(OH)42- + 5H2O 2H3BO3 + 2B(OH)4-
这种水溶液具有缓冲作用。硼砂易于提纯，水溶液又显碱性，所以分析化学上常用它来标定酸的浓度。硼砂还可以作肥皂和洗衣粉的填料。
5、过硼酸盐
6、氮化硼
四、金属铝
铝是银白色金属,熔点930K,沸点2700K.具有良好的导电性和延展性,也是光和热的良好反射体.
4、多硼酸盐-硼砂
除IA族金属元素以外，多数金属的硼酸盐不溶于水。多硼酸盐与硅酸盐一样，加热时容易玻璃化。
最常用的硼酸盐即硼砂。它是无色半透明的晶体或白色结晶粉末。在它的晶体中，[B4O5(OH)4]2-离子通过氢键连接成链状结构，链与链之间通过Na+离子键结合，水分子存在于链之间，所以硼砂的分子式按结构应写为Na2B4O5(OH)4.8H2O。
（处理方法）
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一、硼族元素
第ⅢA族包括硼、铝、镓、铟和铊五种元素。其中除硼是非金属元素外，其余的都是金属元素，且其金属性随着原子序数的增加而增强。
二、硼族元素的特性
本族元素原子的价电子层结构为ns2np1，常见氧化态为+3和+1，随原子序数的递增，ns2电子对趋于稳定，特别是6s上的2个电子稳定性特别强。使得从硼到铊高氧化数(+Ⅲ)稳定性依次减小，即氧化性依次增强；而低氧化数(+I)稳定性依次增强，其还原性依次减弱。例如：Tl(Ⅲ)是很强的氧化剂，而Tl(Ⅰ)很稳定，其化合物具有较强的离子键特性。
III层硼族元素
要点提示 在
＋ 3 Al 、AlOH
3、AlO 2 之间的定性分析和定量计算问题中
－
应注意： 1分析图像或作图时不仅要注意加入的酸或碱的强弱，还要 注意所加入的量和滴加的顺序，因为滴加的顺序不同可能产 生的现象不同。 2若产生的沉淀有多种，则应仔细分析相关量间的关系，要 特别关注沉淀是否同步生成，沉淀物是否溶于所加入的过量 试剂中，同时要注意横纵坐标的意义。
有关金属铝的反应：
△ 4Al＋ 3O2=====2Al2O3
△ 2Al＋3Cl2=====2AlCl3
钝化
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋ ④__________________________________ 3H2↑
2Al＋Fe2O3=====Al2O3＋2Fe ⑤__________________________( 铝热反应 )
－ －
－
－
2．Al3＋、Al(OH)3、AlO － 2 之间的定性分析和定量计算 (1)把 NaOH 溶液逐滴加入到 AlCl3 溶液中至过量 Ⅰ.定性分析 ①现象： 先有白色沉淀产生，然后沉淀逐渐溶解 ②原理： ③图像
Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
。 、
－ Al(OH)3＋OH－===AlO2 ＋2H2O
。
Ⅱ.定量计算 ①根据 AlCl3(设为 a mol)与 NaOH(设为 b mol)计算生成 Al(OH)3 沉淀的量
(2)把 AlCl3 溶液逐滴加入到 NaOH 溶液中至过量 ①现象： 开始时无明显现象，然后逐渐产生大量的白色沉淀 。
－ － 3＋ Al ＋ 4OH ===AlO 2 ＋2H2O ②原理： － Al3＋＋3AlO2 ＋6H2O===4Al(OH)3↓ 。
无机化学下册：第十六章 硼族
II. 酸性
B(OH)3＋H2O==[(OH)3B←OH]-＋H+ Ka==5.810-10
硼酸是一元路易斯酸，它的酸性不是电离出H+，而是从水 中夺取了OH-，使水电离出H+， 如果在溶液中加入多羟基 化合物（如甘油），可使酸性增强。（空轨道性质）
硼酸与强碱反应生成 偏硼酸盐，碱性较弱 时生成四硼酸盐
硼酸酯具有挥发性，与乙醇一起燃烧时产生绿色的火焰，据此可 以鉴别硼酸根。
硼酸与乙醇燃烧时的绿色火焰
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V. 缩合反应
与硅酸相似，硼酸也容易缩合成链状或环状多硼酸xB2O3· yH2O， 如四硼酸根的结构，它的化学式应是[B4O5(OH)4]2-。
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2. 硼酸盐
I. 硼砂的制备
多数金属的硼酸盐是不溶于水的， 最常用的可溶性硼酸盐是四硼酸 钠，俗称硼砂，化学式为 Na2B4O5(OH)4· 8H2O
性质
在硼氢化物中，H的氧化数为-1，BH4-离子半径大，所以 它是比硼烷还原性更强的还原剂，特别是在有机反应中具 有选择性，且用量少，操作简单，对温度无特殊要求， 副反应少等优点。
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四、卤化物
1. 制备 2. 水解
与卤化硅相似，卤化 硼极易水解生成硼酸
2B+3Cl2＝2BCl3
B2O3+C+X2 ＝2BX3+CO
Ta 丝
2BBr3＋3H2============2B＋6HBr
硼烷或碘化硼可以直接热分解得到硼。
14
2BI3=====2B+3I2
三、硼烷
硼氢化合物性质与碳的氢化物(烷烃)、硅的氢化物(硅烷) 相似，所以硼的氢化物称为硼烷
硼烷的组成
通式： BnHn+4 ：B2H6, B5H9 BnHn+6 ：B4H10, B5H11
硼族元素(硼铝镓铟铊) 化学方程式总结
硼与氮气:2B+N2 高温 2BN2. 硼与浓硫酸:2B+3H2SO4(浓) △2B(OH)3 +3SO2 ↑3. 碘化硼分解:2BI3 1000K Ta2B+3I 24. 乙硼烷与氧气:B2 H6 +3O2 自然 B2O3 +3H2O5. LiBH4 +2H2O=LiBO2 +4H2 ↑6. 三氧化二硼与水:3B2O3 +3H2O(g)=2B3O3(OH)3(g)7. 氟化硼与水:BF3 +3H2O=B(OH)3 +3HF氟化硼与氟化氢:BF3 +HF=H[BF4]8. 硼与硫:2B+3S 高温 B2S39. 硼与氯气:2B+3Cl2 高温 2BCl310. 硼与水:2B+6H2O(g)=2B(OH)3 +3H211. Na2 B4O7 +H2SO4 +5H2O=4H3 BO3 +Na2SO412. 硼酸受热分解:2H3 BO3 △B2O3 +3H2O13. 三氧化二硼与镁:B2O3 +3Mg 高温 2B+3MgO14. 硼与浓硝酸:B+3HNO3(浓) △B(OH)3 +3NO2 ↑15. 硼与浓硫酸:2B+3H2SO4(浓) △2B(OH)3 +3SO2 ↑16. 硼与氢氧化钠:2B+2NaOH+3KNO3 熔融 2NaBO2 +3KNO2 +H2O17. 三氯化硼与氢气:2BCl3 +6H2 无声放电 B2 H6 +6HCl18. 3LiAlH4 +4BCl3 乙醚中 2B2 H6 +3LICl+3AlCl319. 乙硼烷与氯气:B2 H6(g)+6Cl2(g)=2BCl3(l)+6HCl(g)20. 乙硼烷与甲醇:B2 H6 +6CH3OH=2B(OCH3)3 +6H221. 4NaH+B(OCH3)3 =NaBH4 +3NaOCH322. 三氧化二硼与水:B2O3 +3H2O=2H3 BO3(aq)23. 三氧化二硼与氧化铜:B2O3 +CuO 熔融 Cu(BO2)2 (蓝色)24. 三氧化二硼与氧化铁:3B2O3 +Fe2O3 熔融 2Fe(BO2)3 (黄色)25. 硼酸与水:B(OH)3 +H2O=[B(OH)4]- +H +26. 硼酸与乙醇:B(OH)3 +3C2 H5OH 浓 H2SO4(C2 H5O)3 B+3H2O27. [B4O5(OH)4]2- +5H2O=2H3 BO3 +2[B(OH)4]-28. 氟化硼与氨气:BF3(g)+NH3 =H3 N→ BF331. 三氯化硼与水:BCl3 +3H2O=B(OH)3 +3HCl32. 硼与氟气:2B+3F2 =2BF333. 硼酸与磷酸:B(OH)3 +H3 PO4 =BPO4 +3H2O34. 偏硼酸钠与过氧化氢:NaBO2 +H2O2 =NaBO3 · H2O35. B2O3 +8CaF2 +8H2SO4(浓)+3H2O=2B(OH)3 +16HF+8CaSO4铝与氢氧化钠:2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H 22. 偏铝酸钠与氯化铵:NaAlO2 +NH4Cl+H2O=Al(OH)3 +NH 3 +NaCl3. Al2O3 +2NaOH+3H2O 加压煮沸 2Na[Al(OH)4]4. 2Na[Al(OH)4]+CO 2 =2Al(OH)3 ↓+Na2CO3 +H2O5. 氢氧化钠受热分解:2Al(OH)3 △Al2O3 +3H2O6. 电解三氧化二铝:2Al2O3 通电熔融冰晶石 4Al+3O2 ↑7. 铝与氯气:2Al+3Cl2 △2AlCl38. 六水氯化铝受热分解:AlCl3 · 6H2O△Al(OH)2Cl+4H2O+2HCl↑9. 铝离子与氨水:Al3++3NH3 · H2O=Al(OH)3 ↓+3NH4+10. Na[Al(OH)4]+NH4Cl=Al(OH)3 ↓+NaCl+NH3 +H2O11. 铝与三氧化二铁:2Al+Fe2O3 点燃镁条 2Fe+Al2O312. 铝与盐酸:2Al+6HCl(aq)=2AlCl3 +3H2 ↑13. 铝与硫单质:2Al+3S 高温 Al2S314. 氯化铝与氢化锂:3nLiH+nAlCl3 乙醚中(AlH3)n+3nLiCl15. 氢氧化铝与氢氧化钠:Al(OH)3 +NaOH(aq)=Na[Al(OH)4] 1. 镓与稀硫酸:2Ga+3H2SO4(稀)=Ga2(SO4)3 +3H2 ↑2. 镓与浓硝酸:Ga+6HNO3(浓)=Ga(NO3)3 +3NO2 ↑+3H2O1. 铟与稀硫酸:2In+3H2SO4(稀)=In2(SO4)3 +3H2 ↑1. 氢氧化铊与氯化钠:TlOH+NaCl=TlCl+NaOH2. 三氯化铊与碘化钾:TlCl3 +3KI=TlI+I2 +3KCl3. 三氯化铊与硫化钠:2TlCl3 +3Na2S=Tl2S↓+2S↓+6NaCl4. 氯化铊与氯气:TlCl+Cl2 =TlCl35. 铊与稀硫酸:2Tl+H2SO4(稀)=Tl2SO4 +H2 ↑6. 铊与稀硝酸:Tl+2HNO3(稀)=TlNO3 +NO2 ↑+H2O7. 硫酸铊与硫酸亚铁:Tl2(SO4)3 +4FeSO4 =Tl2SO4 +2Fe2(SO4)38. 硝酸铊与二氧化硫:Tl(NO3)3 +SO2 +2H2O=TlNO3 +H2SO4 +2HNO39. 铊离子与硫离子:2Tl3++3S2- =Tl2S↓+2S↓。
讲座十三 硼族元素
讲座十三硼族元素王振山2017年12月9日，2018年1月27日，2中一、硼族元素概述硼族元素又称土族元素，其中Al2O3为黏土的主要成分，既难溶又难熔。
电子亲和能E A1规律性不强，电离能I1基本逐渐减小锯齿变化，氢化物稳定性减弱，+3氧化态为缺电子化合物。
2、硼族元素基本性质◆价电子构型：n s2n p1，◆最大特征是缺电子元素：价电子数3<价层轨道数4，可形成缺电子化合物。
▽缺电子化合物：成键电子对数<价层轨道数。
缺电子原子的特征表现：①、有空轨道，可形成多中心缺电子键(如B2H6中有3c-2e 键)；②、缺电子化合物是典型的Lewis酸(如BF3)。
易形成配位化合物(如H[BF4])，易形成双聚物(如Al2Cl6)。
注意：H[BF4]不是缺电子化合物。
3、硼族元素的电势图二、硼及其化合物硼在自然界中的存在：自然界没有游离硼，硼是自然界中分布较广的元素，存地壳中的质量分数为1.0×10-3%。
最丰富的硼矿是电气石，它是一种复杂的铝硅酸盐，约含10%的硼。
硼在自然界主要以含氧化合物的形式存在，其主要的矿物有：硼砂Na2B4O7·10H2O、斜方硼砂Na2B4O7·4H2O(四水硼砂)、方硼矿Mg5B14O26·MgCl2(2Mg3B8O15·MgCl2)、硼镁矿Mg2B2O5·H2O、硬硼钙石Ca2B6O11·5H2O、纤维硼镁石Mg(BO2)OH、硼钠钙石NaCa(B5O9)·8H2O、少量的天然硼酸H3BO3等。
硼在自然界中丰度之所以低，是因为105B+10n→42He+73Li，所以硼材料可作为核反应堆的减速剂和生物防护。
单质硼是高效的中子吸收剂，含硼控制棒是核电站的最重要部件之一，用于控制核反应的速率。
1、硼原子成键的三大特性：⑴、共价性（主要特征）B原子半径小，电离能(I1、I2、I3)大，B以形成共价键为特征。
有机化学第十二章第三节 硼 课程总结
第12章第3节硼族元素教案一、硼族元素概述1．组成：硼族元素包括硼、铝、镓、铟、Tl。
是第ⅢA族元素，也叫土族元素。
2．存在形式：（1）自然界中无游离态的硼，硼主要以化合态存在。
（2）铝是地壳中最多的金属，主要以铝土矿存在。
（3）镓铟较分散，与其他矿共生。
3．物理性质：（1）颜色：铝铟Tl是银白色金属，镓为蓝灰色固体。
（2）它们均质软、轻、有弹性。
（3）熔沸点：镓熔沸点相差很多，可做高温温度计。
4．化学性质：（1）硼铝一般只形成氧化数为+3的化合物。
从镓到Tl，由于惰性电子对效应，氧化数为+3的化合物稳定性降低，氧化数为+1的化合物稳定性增加。
（2）硼电负性较大，化合物属于共价型。
（3）硼族元素易形成聚合分子和配合物。
二、硼单质及其化合物1.硼单质：（1）物理性质：黑色或深棕色粉末。
在常温时为弱导体，而在高湿时导电良好。
（2）化学性质：易与非金属、稳定氧化物、酸、强碱、金属发生反应。
2.硼的化合物：（1）硼的氢化物：（a）物理性质与碳硅的氢化物相似，硼的氢化物叫硼烷。
同时分别为B n H n+4B n H n+6最简单的是乙硼烷B2H6（注意分子杂化为sp3杂化，形成3c-2e氢桥键）（b）硼烷的性质：随原子数目的增加和相对分子质量的增大，分子变形性增大，熔沸点升高，物理性质与相应碳烷相似，但化学性质与相应硅烷接近。
通常比硅烷更不稳定。
硼烷燃烧放出大量热，反应速率快。
硼烷遇水发生水解。
（乙硼烷遇水产生氢气并放出大量热。
）（2）硼酸盐：（a）硼的含氧酸盐包括正硼酸、偏硼酸和多硼酸。
硼酸的晶体结构单位B(OH)3为平面三角形。
硼原子通过sp2杂化与3各样原子以共价键结合形成平面三角形结构。
硼酸是固体酸，微溶于水。
在水中呈酸性。
（配位键的作用。
）硼酸还是一种防腐剂和消毒剂。
(b) 最重要的硼酸盐是四硼酸钠，俗称硼砂。
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。
第十一章 硼族元素
子的高氧化态（ +3 ）以及18电子壳层的结构，容 易表现为极性共价键。
6
2. 易形成缺电子化合物
ⅣA 硼(B) 铝(Al) 镓(Ga) 铟(In) 铊(Tl)
价价•电电原缺3子子子电数层序子结数价原构子层2：电s25价2子4p电1轨3子s道12数33数p1<4为 形价s32层缺成41p轨电缺1 道5子电s4数25原子9p1子化6s，合8261可物p1
机件上。 17
2. 化学性质
（1）与非金属作用-加热 2Al + 3X2 ＝ 2 AlX3 2Al + N2 ＝ 2AlN
2 Al(s) + 3/2O2(g) ＝ Al2O3(s)
△rH298 = - 1675.7 kJ·mol-1
可从金属氧化物中夺取氧，置换出金属（铝热还 原法），铝可作冶金还原剂。
要制备纯度99.95%的单质硼，可使用碘化物热解
法来提纯，先合成BI3，然后使之在灼热的钽丝 (1000-1300K)上热解，就可得到高纯度的-菱形硼。
2BI3＝2B十3I2
22
（二）铝的提取和冶炼
从铝矾土矿提取和冶炼铝。 Al2O3(铝矾土)+ 2NaOH +3H2O＝2Na[Al(OH)4] 铝酸钠 2Na[Al(OH)4] + CO2 ＝ 2Al(OH)3↓+Na2CO3+H2O
∴Al是“两性元素” 被冷的浓硫酸或浓、稀硝酸所钝化。所以常用铝
桶装运浓硫酸、浓硝酸或某些化学试剂。但铝能 同热的浓硫酸反应。 2Al + 6H2SO4 (浓) ＝ Al2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O
第十三章 硼族元素
(2) Lewis酸性应用：
BF3、BCl3和无水AlCl3、无水GaCl3；在有机化学FriedelCraft反应中用作催化剂。
开式硼桥键
H
H
B-H
电子 2 2 2
数目 10
H-B
B-H
B-H
2 2 3
2 4
B-H
3
2
2
2
4
闭合式硼桥键 3
共用价电子44个 B
B-H
H-B B-H
B
B B B B
H
H
H H
B4H10的结构
H B H H B－H 6个 B－B 1个 氢桥键 4个 键型复杂, 不存在规律性
H
H B H
B
B H
H
1. Al2O3的两种变体
γ-Al2O3: 由Al(OH)3脱水制得，既可溶于酸，又可溶于碱的Al2O3。 α-Al2O3: 若将γ -Al2O3 高温灼烧, 则变成 α -Al2O3，α-Al2O3 既不溶于酸也不溶 于碱。和KHSO4共熔时转变为可溶物。其实相当于K2S2O7的熔矿作用。
2. 铝盐
三、 硼的含氧化合物
(1) 三氧化二硼 B2O3
单质硼燃烧或硼酸脱水得 B2O3 ，无色晶体。B2O3和SiO2的性质 差别较大。 B2O3 + 3H2O ---2H3BO3 B2O3 硼酸酐
B2O3和水蒸气或潮气时（水量不足）反应生成易挥发的偏硼酸: B2O3 ＋ H2O --- 2HBO2 B3O3(OH)3偏硼酸
化学竞赛无机化学绝密课件硼族元素
化学竞赛无机化学绝密课件硼族元素摘要：本文主要介绍了化学竞赛中无机化学部分的重要知识点——硼族元素。
通过对硼族元素的概述、性质、化合物以及应用等方面的详细讲解，旨在帮助参赛者更好地掌握这一部分内容，提高化学竞赛成绩。
一、硼族元素概述硼族元素位于元素周期表的第二族，包括硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）、铟（In）和铍（Tl）等元素。
硼族元素在自然界中分布广泛，其中硼和铝是地壳中含量较多的元素。
硼族元素在化学性质上具有一定的相似性，但在物理性质和应用方面存在较大差异。
二、硼族元素的性质1.电子结构：硼族元素的原子结构中，最外层电子数为3个，因此它们在化学反应中容易失去3个电子，形成+3价离子。
2.金属性和非金属性：从上到下，硼族元素的金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。
硼和铝具有较强的非金属性，而铟和铍的金属性较强。
3.离子半径：硼族元素的离子半径随着原子序数的增加而增大，这是因为原子核对最外层电子的吸引力逐渐减弱。
4.电负性：硼族元素的电负性随着原子序数的增加而减小，这是因为原子核对最外层电子的吸引力逐渐减弱。
三、硼族元素的化合物1.氧化物：硼族元素与氧元素形成的氧化物具有多种类型，如硼酸、氧化铝、氧化镓等。
这些氧化物在工业、医药等领域具有广泛的应用。
2.硼化物：硼族元素与金属元素形成的硼化物具有高熔点、高硬度和良好的导电性等特点，如碳化硼、氮化硼等。
3.氢化物：硼族元素与氢元素形成的氢化物在有机合成中具有重要应用，如硼氢化钠、硼氢化铝等。
4.硼酸盐：硼酸盐是一类重要的无机化合物，如硼砂、硼酸铝等。
它们在玻璃、陶瓷、洗涤剂等领域具有广泛应用。
四、硼族元素的应用1.金属铝：铝是硼族元素中应用最广泛的元素，广泛应用于建筑、交通、包装、电力等领域。
铝具有良好的导电性、导热性和轻质等特点，是国民经济的重要支柱产业。
2.硼化合物：硼化合物在农业、医药、化工等领域具有重要应用。
如硼酸用作植物生长调节剂，硼氢化钠在有机合成中作为还原剂等。
七个主族元素价电子排布式
七个主族元素价电子排布式主族元素是指周期表中的1A到8A族元素，也就是第1、2、13、14、15、16、17和18族元素。
它们的化学性质在同一族内有一定的相似性。
以下是七个主族元素的价电子排布式及其特点：1.第1族元素：氢（H）氢原子的电子排布式为1s1、氢是最简单的元素，只有一个质子和一个电子。
它的性质独特，既可作为非金属气体，又可与金属形成金属氢化物。
2.第2族元素：碱土金属碱土金属的电子排布式为[He]ns2、对应的元素有铍（Be）、镁（Mg）、钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）等。
这些元素的外层电子结构是相同的，并且都具有较低的密度和较低的沸点。
它们在化合物中常呈+2氧化态。
3.第13族元素：硼族元素硼族元素的电子排布式为[He]ns2np1、对应的元素有硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）、铟（In）、铊（Tl）等。
这些元素的外层电子结构与碱土金属相似，但其化合物多呈+3氧化态。
4.第14族元素：碳族元素碳族元素的电子排布式为[He]ns2np2、对应的元素有碳（C）、硅（Si）、锗（Ge）、锡（Sn）、铅（Pb）等。
碳族元素通常是非金属，具有共价结合能力。
碳的特殊性质导致了无机和有机化学的差异。
5.第15族元素：氮族元素氮族元素的电子排布式为[He]ns2np3、对应的元素有氮（N）、磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、碲（Te）等。
氮族元素通常通过了共价键形成化合物，其中氮最常见。
氮族元素的价层电子数较多，因此形成了多种化合物。
6.第16族元素：氧族元素氧族元素的电子排布式为[He]ns2np4、对应的元素有氧（O）、硫（S）、硒（Se）、碲（Te）、多尔德（Po）等。
氧族元素通常是非金属，具有很高的电负性。
氧化带电数为-2的氧化物最常见。
7.第17族元素：卤素卤素的电子排布式为[He]ns2np5、对应的元素有氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）和砹（At）。
这些元素严重缺少一个电子以填充其外层轨道，因此它们容易获得一个电子形成1-阴离子。
16第十六章 硼族元素
R-
CH
C H H3H 2O
R'
R'
R
R' R
H C O H HO
OH H O C H
B
H C O H HO
HOCH
R'
R'
第十六章 硼族元素
如：与甘油反应——生成强酸
C H 2-O H
C H 2-O
O -C H 2
B (O H )3+2C H -O H H O -C H BC H -O H+H ++3H 2O
沸点/K 173 286 364 483
均共价化合物，蒸气分子为单分子。
第十六章 硼族元素
1. 分子结构：平面三角形
B采取sp2杂化：
分子内含有
6 4
：未参与杂化的p空轨道与
3个X原子的充满电子的p轨道肩并肩重叠
形成
缺电子分子；BX3均为共价化合物，分子 晶体。
第十六章 硼族元素
2. 主要性质(缺电子分子的性质) (1) 均路易斯酸
1. 共价性：硼所有化合物均为共价化合物。 2. 缺电子性：易与电子对给体形成σ配键 （B F 4），易形成多中心键（例：3c-2e）。 3. 多面体特性：晶体硼和硼的许多化合物 为多面体。
二、单质硼 1. 同素异形体：
第十六章 硼族元素
无定形硼：棕色粉末，反应活性较高
晶形硼：原子晶体，黑灰色，硬度高、电阻
C H 2-O H
C H 2-O O -C H 2
iv. 与醇发生酯化反应：H3BO3的鉴定
H 3 B O 3 + 3 C 2 H 5 O H 浓 H 2 S O 4 B ( O C 2 H 5 ) 3 + 3 H 2 O
3b族元素
3B族元素1. 什么是3B族元素3B族元素是指周期表中的硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）、铟（In）、铊（Tl）。
它们都属于第13族元素，因为它们的外层电子结构都是ns2np1，其中n代表能级。
3B族元素是典型的金属元素，具有相似的化学性质。
2. 物理性质2.1 硼（B）硼是一种黑色晶体，具有高熔点和高硬度。
它是一种典型的非金属元素，是地壳中第11大的元素。
硼的密度较低，具有良好的热和电导性能。
硼在高温下能够与氧化物反应，形成硼酸盐，具有较强的抗腐蚀性。
2.2 铝（Al）铝是一种银白色的金属，具有良好的延展性和导电性。
它是地壳中第3大的元素，广泛存在于土壤、岩石和水中。
铝的密度较低，具有良好的抗腐蚀性。
铝可以通过熔炼铝矾土或电解铝矾土的方式生产。
2.3 镓（Ga）镓是一种银白色的金属，具有良好的延展性和导电性。
它是地壳中第68大的元素，存在于铜、锌和铝的矿石中。
镓的密度较低，具有良好的抗腐蚀性。
镓可以通过熔炼矿石或从废料中提取的方式生产。
2.4 铟（In）铟是一种银白色的金属，具有良好的延展性和导电性。
它是地壳中第61大的元素，存在于锌、铅和铜的矿石中。
铟的密度较低，具有良好的抗腐蚀性。
铟可以通过从锌、铅和铜的矿石中提取的方式生产。
2.5 铊（Tl）铊是一种银白色的金属，具有良好的延展性和导电性。
它是地壳中第68大的元素，存在于铅和锡的矿石中。
铊的密度较低，具有良好的抗腐蚀性。
铊可以通过从铅和锡的矿石中提取的方式生产。
3. 化学性质3.1 硼（B）硼是一种典型的非金属元素，具有较高的电负性。
它与氧、氢和氮等元素反应形成硼酸、硼氢化物和硼氮化物等化合物。
硼酸是一种重要的无机酸，广泛用于玻璃、陶瓷和洗涤剂等行业。
3.2 铝（Al）铝是一种典型的金属元素，具有较低的电负性。
它与氧、硫、氯和氟等元素反应形成氧化铝、硫化铝、氯化铝和氟化铝等化合物。
氧化铝是一种重要的无机材料，广泛用于建筑、电子和航空航天等领域。
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1、酸性
+
+
+
甘油 硼酸甘油脂
+
18
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第十八章
硼铝族
硼酸与强碱反应 生成偏硼酸盐， 碱性较弱时生成 四硼酸盐
H3BO3＋NaOH＝NaBO2＋2H2O 2H3BO3＋2NaOH＝Na2B4O7＋7H2O
加热脱水： 422K
-H2O
热稳定性
H3BO3──→HBO2──→B2O3
硼砂的性质
硼砂为白色晶体，在干燥空气中容易风化，加热失水： Na2B4O5(OH)4· 2O===== Na2B4O7 +10H2O 8H 2、硼砂珠试验 Na2B4O7＋CoO＝2NaBO2· Co(BO2)2 (蓝宝石色）
与B2O3一样可溶解某些金 属氧化物，形成具有特 征颜色，用于鉴定金属 离子
△rH(kJ· －1) mol
BF3(g) = BCl3(g) = BBr3(g) =
－143
－189 －217
14
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第十八章
硼铝族
BX3分子能稳定存 在的原因是由于X 原子能提供电子对 与B空P轨道形成形 成P-P 键，H原子 没有电子对，所以 BH3不能稳定存在。
在三卤化硼中，每个卤原子的P电子 对都有可能同B的空P轨道形成P-P 键，所以BX3中的B—B键长比正常的 键长要短，这个P-P键应当容易受 到路易斯碱的进攻而发生反应。 15
第十八章
硼铝族
1-5 卤化物和氟硼酸 一、卤化物
与卤化硅相似，卤化 硼极易水解生成硼酸
直接同卤素反应:
2B+3Cl2 =2BCl3 BCl3＋3H2O＝H3BO3＋3HCl SiCl4＋3H2O＝H2SiO3＋4HCl
想一想：卤化硼和卤化硅都容易水解而碳的卤化物不水解？ 1、中心原子都有可利用的空轨道： B是缺电子原子，在 BX3分子中，B原子还有空的P轨道；卤化硅中硅有可利用的 3d空轨道。因此它们都容易接受水的进攻而发生水解。 2、中心原子可利用的空轨道受到水进攻后，削弱了B—Cl或 Si—Cl键的强度，因而Cl-逐一被—OH取代，最终的水解产 物是它们的含氧酸。
5
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第十八章
硼铝族
性质
燃烧反应 与非金属反应 与酸反应 与强碱反应
973K
4B(s)+3O2(g)===2B2O3(s) △rH°＝-2887KJ·mol-1
2B＋3X2＝2BX3 2B＋N2＝2BN 2B＋3S＝B2S3
硼可用于炼钢 业中作去氧剂
B＋3HNO3＝H3BO3＋3NO2↑ 2B＋3H2SO4＝2H3BO3＋3SO2↑ 2B＋6NaOH==2Na3BO3＋3H2↑
9
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第十八章
硼铝族
三中心 两电子 氢桥键
均裂
B2H6Biblioteka 2L2BH3L异裂
[BH2L2]++[BH4]－
10
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第十八章
硼铝族
巢状硼烷结构
高硼烷的分子构型为正二十面体或为不完整的二十面体碎片 （去掉一个或几个顶角）所具有的巢状或蛛网状结构。在它 的分子结构中，可能存在有五种键型： H B—H 硼氢键 B—B 硼硼键 B B B B B B 开式硼桥键 B B
13
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第十八章
硼铝族
BX3是以形成大π 键来满足
对电子的要求 由于有空轨道,可接受外来 电子,均为Lewis酸
π4 6
BF3+NH3 == F3B:NH3
BF3+ HF == H+[BF4]－ 酸性强:BF3<BCl3<BBr3<BI3 C5H5N(l)+BX3(g) C5H6N: BX3
7
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第十八章
硼铝族
(3)B2H6易水解(与硅烷相似)生成硼酸: B2H6＋6H2O＝2H3BO3↓＋6H2 (4)B2H6在373K以下稳定,高于此温度则分解放 出H2, 转变为高硼烷。 加压 2B2H6======B4H10＋H2 （5）B2H6与LiH反应,能生成一种比B2H6的还原性 更强的还原剂硼氢化锂： 2LiH＋B2H6＝2LiBH4 B2H6是制备其它一系列硼烷的原料,并用于合成化 学中,它对结构化学的发展起了很大的作用。
色的火焰，据此可以鉴别硼化合物。
H2SO4
4、缩合反应
硼酸或氧化硼 与乙醇燃烧时 的绿色火焰
与硅酸相似，硼酸也容易缩合成链状或环状多硼 酸xB2O3· 2O，分子中存在有两种基本结构单元， yH 平面三角形的BO3和四面体的BO4，如四硼酸根的 结构，它的化学式应是[B4O5(OH)4]2-。
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乙硼烷 的性质
硼烷多数有毒、 有气味、不稳 (2)是强还原剂，能与强氧化剂反应。 定。
(1)B2H6暴露于空气中易燃烧或爆炸， 并放出大量的热： B2H6(g)＋3O2(g)＝B2O3(s)＋3H2O(g) △rH°＝-2166KJ· -1 mol
例如与卤素反应生成卤化硼： B2H6＋6X2＝2BX3＋6HX
氢桥键
闭合硼桥键 11
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硼铝族
1-4 硼氢配合物
制 备
BH3是不存在的，因为B的空d轨道容 易接受电子对，它与H-离子结合形成 的BH4-盐称为硼氢酸合物.
2LiH＋B2H6＝2LiBH4 4NaH＋BF3＝NaBH4＋3NaF 4NaH+B(OCH3)3=NaBH4+3NaCH3O
-H2O
578K
偏硼酸是多硼酸，HBO2是它的最简式，偏硼酸根的组成为 (BO2)nn-，其结构仍是BO3，它通过角顶原子相互连结成链状或环 状结构。
— — — —
19
—
—
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第十八章
硼铝族
3、与醇 H BO ＋3C H OH===B(OC H ) ＋3H O 3 3 2 5 2 5 3 2 燃烧生成 硼酸醇酯 硼酸酯具有挥发性，与乙醇一起燃烧时产生绿
SP2杂化
SP3杂化 链状硼酸结构 环状硼酸结构 四硼酸根离子结构 17
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硼酸性质
B(OH)3＋H2O====[(OH)3B←OH]-＋H+ Ka==7.0810-6
硼酸是一元路易斯酸，它的酸性不是电 离出H+，而是从水中夺取了OH-，使水电 离出H+， 如果在溶液中加入多羟基化合 物（如甘油），可使酸性增强。
注意： 1）由于Mg(OH)2是难溶物，因此它的化合物要用酸溶解； 2）金属硼化物一般不符合正常化合价要求。
CaC2＋2H2O＝Ca(OH)2＋C2H6↑ (电石) Al4C3＋12H2O＝4Al(OH)3＋3CH4↑ Mg2Si＋4HCl＝2MgCl2＋SiH4↑ 6MgB2＋12HCl＝6MgCl2＋B4H10＋8B＋H2
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硼铝族
所以BX3的主要性质是与路易斯碱（水、 醚、醇、胺等）进行加合反应：
4BF3+6H2O=3H3O++3BF4-+HBO3 BCl3+3H2O=H3BO3+3HCl 氟硼酸
三卤化硼在潮 湿的空气中冒 烟水解
BF3+HF=HBF4 B2O3+8HF=2HBF4+3H2O
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硼铝族
硼砂珠实验
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硼铝族
3、水解 B4O5(OH)42-＋5H2O＝2H3BO3 ＋2B(OH)4水解产物H3BO3 可以抗碱；B(OH)4-可以 抗酸。0.01M的硼砂溶液，其PH＝9.18, 所以硼砂溶液是一种常用的缓冲溶液， 它也常用于作基准物标定溶液的酸浓度.
第十八章
硼铝族
二、硼酸盐 硼砂的制备
多数金属的硼酸盐是不溶于水的， 最常用的可溶性硼酸盐是四硼酸 钠，俗称硼砂，化学式为 Na2B4O5(OH)4· 2O。 8H
用浓碱分解硼镁矿，再通CO2酸化，结晶得到： Mg2B2O5＋2NaOH＝2NaBO2＋2Mg(OH)2↓ 4NaBO2＋CO2＋10H2O＝Na2B4O5(OH)4· 2O＋Na2CO3 8H
过硼酸钠
硼酸盐与H2O2反应或硼酸与过金属氧化物反应可 得到过硼酸盐，常见的是过硼酸钠：
H3BO3+Na2O2+HCl+2H2O＝NaBO3·4H2O+NaCl
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第二节 碳化物 硅化物 硼化物 2-1离子型化合物
活泼金属与C、Si、B 形成离子型化合物， 它们的主要性质是容 易与水或酸反应生成 相应的氢化物。
B
B B 开式硼 桥键
B B
氢桥键
闭合硼 3 桥键
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第十八章
硼铝族
二、硼单质的制备
１、在硼砂溶液中 加酸沉淀出硼酸
B4O72-＋2H+＋5H2O＝4H3BO3↓
△
２、硼酸加热脱 水得氧化硼
2H3BO3＝====B2O3+3H2O
△
３、高温还原氧 化硼，还原剂可 用活泼金属 Na,Mg,Al等。
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硼铝族
第十八章 铝族 锗分族 Aluminium Family and Germanium Family ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA