硼族元素及其化合物

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。
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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。
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AlCl3+H2O → Al(OH)Cl2+HCl AlCl3+H2O → AlOCl+2HCl AlOCl+2H2O → Al(OH)3+HCl 加热可促进水解的进行，由于生成的Al(OH)3有较强的吸 附能力，故三氯化铝常用于水的净化，此外还可作为止血剂 的组成成分，且是有机合成中重要的催化剂和脱水剂。
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2. 硼的重要化合物
（1）硼酸。 硼酸（H3BO3）是无色、有光泽的鳞片状晶体。 在空气中很稳定，受热后发生失水作用，变化如下：
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硼酸与甘油（或其 他多元醇）配合生成甘 油硼酸，使酸性增强。 因此，可用强碱直接滴 定来测定其含量。
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二、 硼、铝及其重要化合物 1. 硼和铝的单质
（1）硼单质。 硼单质包括结晶态和无定形态两种同素 异形体，结晶态的硼具有多种复杂的结构。常见的α-菱形硼晶 体的结构如图8-4所示。在单质硼的晶体中，存在一个由12个 硼原子构成的正20面体基本结构单元，12个硼原子位于20面 体的12个顶点。由于20面体的连接方式不同、化学键不同， 可以形成各种晶体类型，但都属于原子晶体，熔点、沸点很高， 硬度很大（在单质中仅次于金刚石）。
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。
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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。
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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：
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图8-4 α-菱形硼的结构
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常温下，硼与F2和O2反应，并放热。经加热可与其 他卤素反应，在适宜条件下，硼可用于与各种非金属直接 反应，也能与许多金属生成硼化物，如MB6（M=Ca、Sr、 Ba、La）、MB2（M=Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta），MB2 熔点高，硬度大。
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（2）铝单质。 铝在空气中极易被氧化，在表面形成 一层致密的氧化铝保护膜，使其不易被一般的无机酸碱所 腐蚀。铝能与氧气剧烈反应，并放出大量的热：
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铝的电导率虽然低于铜，但密度小。 按同等质量比较，铝的电导率比铜高一 倍，价格也低得多，所以铝已成为制造 电线电缆的主要材质。硬质铝合金可用 于制造汽车和飞机发电机。铝合金已深 入到日常生活的各个方面，如铝合金炊 具和餐具，铝合金门窗等。