第20章 B簇元素

晶体硼属于原子晶体，化学性质不活泼；
无定形硼和粉末硼比较活泼。
➢与水蒸气和氧化性酸作用 2B + 6H2O(g) = 2HBO3 + 3H2(g) + 3HNO3 = H3BO3 + 3NO2(g) + 3H2SO4 = 2H3BO3 + 3SO2(g)
➢与强碱作用 2B + 2NaOH + 2H2O = 2NaBO2 + 3H2(g) + 2NaOH + 3KNO3 = 2NaBO2 + 3KNO2 + H2O
硼的氢化物(硼烷)和硼氢配合物
•硼烷的制备
3NaBH4 + 4BF3 = 3NaBF4 + B2H6
NaH
NaF
•硼烷的性质
H
H B
H
H B
HHLeabharlann ➢在空气中激烈地燃烧 B2H6 + 3O2 = B2O3 + 3H2O
➢卤化 B2H6 + 6X2 = 2BX3 + 6HX
➢水解 B2H6 + 6H2O = 2H3BO3(s) + 6H2
BCl3中存在46键缓解了其缺电子问题；同时，B半径小，Cl-半径
大，在B 周围容纳4 个Cl-．显得拥挤也使BCl3 不能形成双聚体。
例4 H3BO3 和H3PO3 化学式相似，为什么H3BO3 为一元酸 而H3PO3 为二元酸？
H3BO3 为缺电子化合物。O-H 键不分解，而是接受 水分子中的OH-．释放出H+： H3BO3 + H2O = B(OH)4- + H+ 因而为一元酸。
B2O3 + 3H2O(l) = 2H3BO3(aq)
正硼酸 白色片状晶体 平面三角形 一元弱酸 路易斯酸
OH
-
HO B OH
OH
H+
浓H2SO4
绿色火焰
H3BO3 + 3CH3OH
B(OCH3)3 + 3H2O
受热分解 4H3BO3 - 4H2O 4HBO2 - H2O H2B4O7 - H2O 2B2O3
习题
• 20.1、2、5、8 、12、13
H3PO3 的结构式为 在水中，二个羟基 (OH)氢可以电离或 被置换，而与中心原于P 以共价键相连的H不能解离 或被置换．因而H3PO3 为二元酸。
例5 为什么铝不溶于水，却易溶于浓NH4Cl 或浓Na2CO3 溶液 中？
由电极电势数值：Eθ(H+/H2) = 0.0V, Eθ(H2O/H2) = -0.85V, Eθ(Al3+/Al) = -1.60 V,
例6. 路易斯酸性强弱正确的顺序是( A ) A. BF3<BCl3<BBr3; B. BF3>BCl3>BBr3; C. BF3<BCl3>BBr3; D. BF3>BCl3<BBr3;
Lewis酸性强弱顺序： BF3 < BCl3 < BBr3 > BI3 只考虑电负性： BF3 > BCl3 > BBr3 > BI3 只考虑46强度↘： BF3 BCl3 BBr3 BI3
(1) Mg2B2O5H2O+2 NaOH=2 Mg(OH)2 + 2 NaBO2 2NaBO2+CO2+10H2O=Na2B4O7 10 H2O+ Na2CO3
(2) B4O5(OH)42- + 5 H2O = 2H3BO3 + 2B(OH)4在水溶液中，水解出等物质的量的H3BO3和B(OH)4-，构
20.2 硼
20 硼族元素
IIIA中唯一的非金属元素，2s22p1，缺电子原子
➢形成共价键
➢形成簇合物
➢形成缺电子多中心键
三角面组成的多面体结构
单质硼
•结构 无定形硼和晶体硼 α-菱形硼
1
3
4
2
5
6
9
8
10
7
11
12
单质硼的性质
室温 F2
B2O3
O2
2BI3 I2 高温 高温 BCl3、BBr3、BN
➢硼酸盐
硼砂：Na2B4O5(OH)4·8H2O 硼砂珠试验
在熔融状态能溶解一些金属氧物
Na2B4O7 + CoO = 2NaBO2·Co(BO2)2 有特征颜色 标准缓冲溶液 易溶水，且易水解。
B4O5(OH)42- + 5H2O 生成氮化硼
2H3BO3 + 2B(OH)4-
Na2B4O7 + 2NH4Cl = 2NaCl + B2O3 + 2BN + 4H2O
α- Al2O3
六方 刚玉 耐酸碱
铝的两性 水解性
γ- Al2O3 面心立方 吸附剂和催化剂 卤化物 碱式氯化物 硫酸铝和明矾
例1：(1) 工业上，用苛性钠分解硼镁矿(Mg2B2O5H2O)，然后再 通入CO2进行制备硼砂，试写出制备硼砂的化学反应方程式。 (2) 硼砂水溶液具有缓冲作用，是一级标准缓冲溶液，写出硼 砂水溶液的水解方程式， 简要说明其缓冲作用的原理。
➢与NH3反应 •硼氢配合物
3B2H6 + 6NH3 = 2B3N3H6 + 12H2
2LiH + B2H6 = 2LiBH4
4NaH + B(OCH3)3 = NaBH4 + 3NaOCH3
•硼的卤化物和氟硼酸
BX3是缺电子分子，有强烈的接受电 子对倾向，是很强的路易斯酸。
X
XB X
Lewis酸性强弱顺序： 只考虑电负性： BF3 > BCl3 > BBr3 > BI3
成了共轭酸碱对，因此具有缓冲作用。硼砂的正确结构 应该是：Na2[B4(OH)4O5] 8 H2O。
例2 BN是一种耐高温的无机绝缘材料，金刚石型(BN)n 的硬度比 金刚石还硬，且更耐高温，某些场合可以代替金刚石，(BN)n 可 以用于制火箭喷嘴。金刚石型(BN)n 是由石墨型(BN)n 在高温高 压下得到的，写出由硼砂制备石墨型BN的化学反应方程式。
C6H6 (苯)
B3N3H6 (无机苯)
石墨
六方氮化硼
立方氮化硼
20-3 铝
铝及其化合物
•冶炼及性质 2Al2O3
➢铝的冶炼
铝土矿
碱溶
溶液 杂质
过滤 沉淀 煅烧
溶液
Na3AlF6 4Al + 3O2(g)
过滤
溶液
CO2
溶液 沉淀
杂质
Al2O3
熔融冰晶石
电解
Al
➢铝的性质
铝的氧化物及其水合物
铝的亲氧性
第20章 硼族元素
Group IIIA: B Al Ga In Tl
硼铝镓铟铊
+1
+3
+1, +3
K[FeⅡ(CN)6FeⅢ]
成键特征：
1. B主要以共价键成键：
B 原子半径小，I1、I2、I3 大。
B sp2杂化：BX3、B(OH)3 sp3杂化： BF4-、 BH4-、 B(OH)4-
2. 缺电子性质（ns2np1）
Eθ(AlO2-/Al) = -2.35V. 可知，Al 在酸性、中性条件下都可置换出H2, Al在空气中 迅速形成致密的氧化膜，因而在水中不溶。而在浓NH4Cl 中或浓Na2CO3中，致密的氧化膜Al2O3 溶解而使反应进行 下去。
Al2O3 + 6NH4Cl = 6NH3+2AlCl3 + 3 H2O Al2O3 + 2Na2CO3 + H2O = 2NaAlO2 + 2NaHCO3
只考虑46强度↘ BF3 BCl3 BBr3 BI3
综合两因素: BF3 < BCl3 < BBr3 > BI3
BX3与SiX4相似，极易水解： BCl3 + 3H2O = H3BO3 + 3HCl 4BF3 + 6H2O = H3BO3 + 3H3O+ + 3BF4-
•硼的含氧化合物 ➢硼的氧化物及含氧酸
例7. 硼的成键特征是 ( D ) A. 共价性 B. 缺电子性
C. 多面体性 D. 前三者均是
例8. 下列物质中，属极性分子的是………（C ）
(A) PCl5(g)
(B) BCl3
(C) NCl3
(D) XeF2
例9. 试写出B2H6的分子结构式，指出其化学键的种类和数目
4个B—H σ 键, 2个B—H—B 3c-2e 氢桥键
Na2B4O7 10H2O + 2NH4Cl = 2NaCl + B2O3(g) + 14H2O + 2BN
例3 不存在BH3 而只存在其二聚体B2H6，AlCl3 气态时也为双聚 体，但BCl3 却不能形成二聚体。请解释原因。
BH3, AlCl3, BCl3都是缺电子化合物，都有形成双聚体的倾向。 BH3由于形成双聚体倾向特别大而只以双聚体B2H6形式存在，形 成双聚体而解决了缺电子问题，AlCl3气态时也以双聚体形式存在。
价轨道数 4 2s2px2py2pz 价电子数 3 C.N. = 3或4: BX3 , B(OH)3 , BF4价电子数 < 价轨道数，B是缺电子原子
2s22p1
→ 缺电子化合物BX3、B(OH)3等，Lewis酸。
3. B氧化态为+3.
B是亲F、亲O元素 B与Si的相似
本族其它元素C.N. ≥ 4, 例：Na3AlF6 随原子序数增大，Z*↑, ns2 趋向稳定，Tl +1氧化态为特征。