无机化学课件--硼族

B B B 3c-2e闭式 硼桥键
2c-2e 硼氢键
2c-2e 硼硼键
•硼烷的性质： 无色气体，易燃、易水解，剧毒 ① 自燃
B2H6 (g) 3O2 (g) B2O3 (s) 3H2O(g)
B2H6 (g) 3H2O(l) 2H3BO3 (s) 6H2 (g)
水下火箭燃料
B－O、 Al－O键能大，B、Al为亲氧元素。
硼的单质 无定形硼 棕色粉末 晶形硼 黑灰色
化学活性高
熔点，
硬度大
α-菱形硼（B12） 原子晶体，正二十面体
沸点都很高 化学性质？
硼的化学性质 与O2
K 4B 3O2 973 2B2O3
与其它非金属
2B N2 2BN B F2 常温 BF3 B X2 BCl3 , BBr3
2O 2O • 受热易分解 H3BO3 -H HBO2 -H B2O3 (玻璃态)
③ 硼砂 Na 2 B4 O7 10H2 O
Na 2 B4 O5 (OH)4 8H2 O
硼酸根的结构：
硼砂珠实验：用于定性分析或焊接除锈
Na2B4O7 CoO Co(BO2 )2 2NaBO2 (蓝色)
Cl Cl
Al
BF3
Cl
Cl
Al
Cl Cl
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） 表现惰性电子对效应
•最大配位数？成键情况？
B：4 其它：6
σ 配位键 例，HBF，表现共价性、缺电子 多中心键
例：Na3AlF6 共价性、离子性兼有
(X Cl, Br, I)
氟硼酸 4BF H3BO3 3H[BF 3 3H2O 4]
BF3 HF [HF BF3 ]
•Lewis酸 酸性BF3＜ BCl3 ＜ BBr3 ＜ BI3
6 4 键依次 易打开
4.氮化物(BN)X
1、制备：
Na2 B4O7 2NH4Cl 2NaCl B2O3 2BN 4H2O
制取：B2O3 3H2SO 4 (浓) 3CaF2 BF3 3CaSO 3H2O
BF3 (g) AlCl AlF3 BCl3 (g) B2O3 3C 3Cl 2 2BCl3 3CO
水解： BX3 3H2O H3BO3 3HX
2H3 BO 3 B 2 O 3 3H2 O
性质： B 2 O 3 3Mg 2B 3MgO
B2O3
+H2O -H2O
2HBO2
+H2O -H2O
2H3BO3
蓝色
绿色
硼珠试验？ B O CuO Cu(BO2 )2 2 3
B2O3 NiO Ni(BO2 )2
B H2O(g) H3BO3 H2
BS B2S3

与H2O 与酸
B HNO3 (浓) H3BO3 NO2
B H2SO 4 (浓) H3BO3 SO 2
与碱 2B 2NaOH 3KNO3 2NaBO2 3KNO2 H2O 硼的用途？ 铝、镓、铟、铊？铝热还原法？用途？ 硼的化合物？
乙醚 3Li[AlH4 ] 4BCl3 3LiCl 3AlCl3 2B2H6
乙醚 3Na[BH4 ] BF3 3NaF 3 2B2 H6
B2H6 高级硼烷
2.硼的含氧化合物
① 三氧化二硼 B2O3
结构： 原子晶体：熔点460C；无定形体：软化 O2 +H2O H3BO3 B(无定形) B2O3 -H2O Mg或Al 2B2 O 3 (s) 制备： 4B(s) 3O2 (g)
铝的卤化物 AlF3
离子键
AlCl3
AlBr3
共价键
AlI3
难溶于水 离子晶体
易溶 分子晶体 熔点低，易挥发， 易溶于有机溶剂，
Cl Cl
Al
Cl Cl
Al
Cl Cl
易形成双聚物。 Lewis酸，作催化剂
21.5 惰性电子对效应和 周期表中的斜线关系
惰性电子对效应——Sidgwick
同族元素自上而下，与族数相同的高氧化 态化合物稳定性依次减小，比族数小2 的低氧 化态稳定性增加的现象。
21.1 硼族元素概述
硼族(ⅢA)：B，Al，Ga，In，Tl
价电子构型：ns2np1 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：BF3，H3BO3。
注意： HBF4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HBF4 HF b. 易形成双聚物Al2Cl6
Ga,In,Tl：离子键为主，+3价易形成共价键。 从Al→Tl，离子性↑, ns2↑,Tl+离子稳定
21.2 硼族元素的单质
存在、主要矿物？
自然界中的存在、主要矿物？
硼： 硼砂 Na2B4O7 10H2O 方硼矿 2Mg3B8O15 MgCl2 硼镁矿Mg2B2O5 H2O 少量硼酸 H 3BO3 铝：铝矾土 Al2O3 xH2O 镓、铟、铊：稀有分散元素，无独立矿藏，与其它矿共生
△ rHm -2034kJ mol-1 高能燃料，剧毒
Fra Baidu bibliotek
② 水解
mol-1 △ rHm -509.3kJ
③ 被氯氯化
B2H6 (g) 6Cl2 (g) 2BCl3 (l) 6HCl
•硼烷的制备:间接合成
△ rHm -1376kJ mol-1
乙醚 6LiH 4BF3 6Li[BF4 ] B2H6
R'
OH OH
H H
C C
R'
R
O O
H HO H HO
B
OH H
O O
C C
R'
H H
H
R
H
H H
C C
R'
O O
B
O O
C C
R'
H 3H2 O H
• 与甲醇或乙醇→硼酸酯→绿色 火焰→鉴定硼化合物 H2SO 4 H3BO3 3CH3OH 浓 B(OCH3 )3 3H2O
明显表现在哪几对？ 三对 Li Na 如何解释？
用离子极化理论说明：原因在于相似的离子极化力(静电 场力)
Be Mg
B Al
C Si
问题
1、乙硼烷的结构如何？
2、乙硼烷的化学性质及有关反应？
3、硼的卤化物的结构？水解性？m.p,b.p?
4、硼酸是几元酸？酸性如何？
5、硼砂的化学式？硼珠实验？
6、铝化合物的两性？ 如何分离Al3+和Mg2+？
② 硼酸
H3BO3
偏硼酸
HBO2
多硼酸
xB2O3· yH2O
结构： B：sp2杂化
H
O
B
O H
O
H
硼酸是几元酸？
性质： • 一元弱酸 (固体酸,Lewis酸)
H3BO3 H2O
R
B(OH)-4 H
R
K =5.8×10-10
R
• 与多羟基化合物加合，甘露醇，甘油等
H3 BO3 2
H H C C
高温
Al2O3
Al(OH)3 →（400-500℃）
Al(OH)3、Al2(SO4)3、Al(NO3)3 →灼烧 六方紧密堆积 熔点高、硬度大、不溶于水酸 碱，耐腐蚀绝缘性好，密度大
或铝铵矿加热
六方面心立方堆积 质轻、硬度小、不溶于水，溶 于酸碱－活性氧化铝，粒子小、 表面积大、吸附力强
用作高硬质材料、耐磨、耐火 材料
H
要点：B的杂化方式， 三中心两电子键、氢桥键。
B4H10分子结构
H H H B H B B H H B H H H H
(a)
119pm
122
。
171pm
143pm
110pm
137pm
H
(b)
H B
硼烷分子中的五种键型： B H B B H B B 3c-2e 氢桥键 B
B
B 3c-2e开式 硼桥键
Na2B4O7 NiO Ni(BO2 )2 2NaBO2 (绿色)
3.硼的卤化物
• BX3结构： B：sp2杂化
X
非极性分子
B
• BX3性质：
X
BF3 BCl3 BBr3 l -46 91.3 BI3 s 49.9 210
X
室温下 g g 聚集态 熔点/℃ -127.1 -107 沸点/℃ -100.4 12.7
第21章
硼族元素
21.1 硼族元素概述 21.2 硼族元素的单质 21.3 硼的化合物 21.4 铝的化合物 21.5 惰性电子对效应和 周期表中的斜线关系
教学目标:
◆了解硼族元素的通性、硼的缺电子性； ◆掌握硼族元素的单质及其化合物的性质； ◆了解惰性电子对效应。
本章重点:
◆硼和铝的化合物； ◆乙硼烷的结构、多中心键。
作吸附剂、催化剂载体、色谱 柱
氢氧化铝：Al(OH)3
两性： Al(OH)3+ 3H+
Al(OH)3+ OH-
Al3+ + 3H2O
[Al(OH)4]-
在碱性溶液中存在[Al(OH)4]-或[Al(OH)6]33 简便书写为 AlO 2 或AlO3
2Al(OH)3 +12HF+3Na2CO3 =2Na3[AlF6] + 3CO2 +9H2O
明显表现在ⅢA、ⅣA、ⅤA和ⅡB
解释: 6s2电子的成对能力较差 1）原子半径大，电子云重叠程度差； 2）内层电子数较多，这些内层电子与其键合原 子间的电子的斥力大； 3）从结构上解释。
周期表中的斜线关系
周期表中处于相邻两族的对角斜线上元素的 性质十分相似；即某元素的性质与其左上方或右 下方元素的相似性。
2、存在 石墨型：不导电、耐热、耐腐蚀、润滑性能优良 金刚石型：硬度大于金刚石
21. 4 铝的单质 • • • • • • 1、铝的冶炼：电解法 2、铝的性质： （1）亲氧性：2Al+Fe2O3=Fe+Al2O3 4Al+3TiO2 +3C =Al2O3 +3TiC （2）两性： 2Al+6H+=3H2+2Al3+ 2Al+2OH-+3H2O =2[Al(OH)4]- +3H2
21.3 硼的化合物
1.硼的氢化物
硼烷分类：BnHn+4和 BnHn+6 例： B2H6 乙硼烷 有CH4，但无BH3 B4H10 丁硼烷
H
H
最简单的硼烷：B2H6
其结构并非如右图所示：
H
B
H
B
H
H
• 硼烷的结构
B 2 s 22 p 1
H B
H B H H B H
B：利用sp3杂化轨道，与氢形成 4个B-H（ 2c-2e ）—— σ 键 2个三中心两电子键（3c-2e）——氢桥键 记作： H B
21.2.4 铝的化合物
有些氧化铝晶体透明，因含有杂质而呈现鲜明颜色。
红宝石(Cr3+)
蓝宝石(Fe3+,Cr3+)
黄玉/黄晶(Fe3+)
刚玉——自然界α - Al2O3晶体，作磨料、耐火材料 刚玉粉——含微量Fe2O3 的 Al2O3，作抛光剂
氧化铝：Al2O3
Al2O3
Al + O2→燃烧