第十三章 p区元素

第十三章p区元素(一)

[教学要求]

1．了解硼族元素的通性。熟悉缺电子原子和缺电子化合物的概念。熟悉乙硼烷的结构和重要性质。掌握硼酸的晶体结构和性质、硼砂的结构和性质。

了解硼的卤化物的结构和水解。

2．熟悉铝及其重要化合物的性质。

3．了解碳族元素的通性。熟悉碳单质的结构、二氧化碳、碳酸及其盐的重要性质，能用离子极化理论说明碳酸盐的热稳定性。

4．了解硅单质、二氧化硅、硅酸及其盐的重要性质，硅的卤化物。

5．了解锡、铅的氧化物；熟悉锡、铅硫化物的酸碱性及其变化规律。掌握Sn(Ⅱ)的还原性和PB(Ⅳ)的氧化性。熟悉锡、铅硫化物的颜色、生成和溶解性。

[教学重点]

碳、硅、硼三元素的单质、氢化物、含氧化合物和卤化物制备、性质和用途。[教学难点]

硼的多中心键

[教学时数]6学时

[教学内容]

§13.1 p区元素概述

p区元素性质的特征

1.各族元素性质由上到下呈现二次周期性

①第二周期元素具有反常性(只有2s,2p轨道)

形成配合物时，配位数最多不超过4；第二周期元素单键键能小于第三周期

元素单键键能(kJ mol -1 )

E(N—N)=159 E(O—O)=142 E(F—F)=141

E(P—P)=209 E(S—S)=264 E(Cl—Cl)=199 ②第四周期元素表现出异样性(d区插入)

例如：溴酸、高溴酸氧化性分别比其他卤酸(HClO 3 ，HIO 3)、高卤酸(HClO 4，H 5IO 6)强。

③最后三种元素性质缓慢地递变(d 区、f 区插入)

2.多种氧化值

价电子构型：n s 2n p 1~5

例如：氯的氧化值有 +1，+3，+5，+7，-1，0等。 3.惰性电子对效应：

同族元素从上到下，低氧化值化合物比高氧化值化合物变得更稳定。 例如：Si(II)

，[Ne]

Pb(II)>Pb(IV) ,价电子结构分别为[Xe]6s 2

，[Xe]

§13.2 硼族元素 13.2.1 硼族元素概述

硼族(ⅢA)：B ，Al ，Ga ，In ，Tl 价电子构型：n s 2n p 1

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：BF 3，H 3BO 3。 注意： HBF 4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

如：HBF 4 3HF BF b. 易形成双聚物Al 2Cl 6

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）最大配位数：B：4 例：HBF4

其他：6 例：Na3AlF6

13.2.2 硼族元素的单质

硼的单质

同素异形体：无定形硼，棕色粉末, 化学活性高,

晶形硼,黑灰色,硬度大

熔点，沸点都很高。

13.2.3 硼的化合物

1.硼的氢化物

硼烷分类：B n H n+4和B n H n+6

例：B2H6乙硼烷B4H10丁硼烷

有CH4，但无BH3

最简单的硼烷：B2H6

硼烷的结构

B：利用sp 3

杂化轨道，与氢形成三中心二电子键。（氢桥）

B4H10分子结构

硼烷的性质

① 自燃：空气中自燃或爆炸，并放出大量的热：高能燃料，剧毒

262232B H (g)3O (g)B O (s)3H O(g)+−−→+ △rH °＝-2166KJ·mol-1

② 水解

262332B H (g)3H O(l)2H BO (s)6H (g)+−−→+

△rH m °-1-509.3kJ mol =⋅水下火箭燃料 ③ 加合反应

263B H CO 2[H B CO]+−−→←

2632324B H 2NH [BH (NH )][BH ]+-+−−→⋅+ 2642LiH B H 2LiBH +−−→ 2642NaH B H 2NaBH +−−→

④ 被氯氯化

2623B H (g)6Cl (g)2BCl (l)6HCl +−−→+

2.硼的含氧化合物 ① 三氧化二硼 B 2O 3

结构：原子晶体：熔点460︒C

无定形体：软化

制备：

223332324B(s)3O (g)2B O (s)2H BO B O 3H O

+−−→−−→+

性质：

24

H SO 33252532H BO +3C H OH B(OC H )+3H O −−−→

② 硼酸 H 3BO 3

结构：sp2杂化氢键连成片状结构，层与层之间则以范德华力相吸引。

性质：

a. 一元弱酸(固体酸):

B(OH)3＋H 2O ==[(OH)3B ←OH]-＋H + Ka==7.08×10-6

硼酸是一元路易斯酸(固体酸) ，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 +。

b.与多羟基化合物加合

在H 3BO 3中加入甘油(丙三醇)，酸性可增强。 c. 受热易分解

d. 硼酸的鉴定反应

24

H SO 33252532H BO +3C H OH B(OC H )+3H O −−−→

硼酸酯具有挥发性，点燃时: 硼酸三乙酯燃烧显绿色火焰 ③ 硼砂 ：247224542Na B O 10H O Na B O (OH)8H O ⋅⋅或 硼酸根的结构：