硼族元素及其化合物
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。
第2-6硼族元素
二、硼酸(重点) T↗，逐步脱水： 120℃ 140-160℃ 500℃ B(OH)3 → HBO2 → H2B4O7 → B2O3 正硼酸 偏硼酸 四硼酸 （一）B(OH)3晶体结构 层状结构： 层内：B sp2杂化 有氢键 层间：范德华力 ∴似石墨，有解离性。 （二）B(OH)3物性 R.T.微溶于水，T↗，溶解度↗，可用重结晶方法提纯 T/℃ 25 50 100 S/g/100gH2O 5.44 10.24 27.53
三、毒性大
空气中允许的最高浓度10-6（ppm） COCl2 光气 1 HCN 氰化氢 10 B2H6 0.1
四、分子结构:缺电子化合物特殊成键方式
困扰化学界几十年的难题， 1960 年代初由 Lipscomb 利普斯
科姆解决 （一）乙硼烷B2H6 (重点掌握其结构) 价电子数：3×2 + 1×6 = 12
问题?
为什么H3BO3为一元弱酸?
（三）B(OH)3或（H3BO3)化性(重点)
1．一元Lewis弱酸：不是三元质子酸！ B(OH)3 sp3 缺电子性 B(OH)3＋H2O=［B(OH)4］－+H+ Ka = 5.8×10-10，很弱 2．与多元顺式羟基化合物反应，酸性↗，例如：
螯合效应
Ka =10-6 （可用标准碱液确定）
第17章 硼族元素 （IIIA族）
B Al Ga In Tl 硼 铝 镓 铟 铊
一、硼族元素 2s22p1
B
3s23p1 Al 4s24p1 Ga
5s25p1 In 6s26p1
Tl
（在周期表中位置：第IIIA族） 相似性 递变性 1、最外层都有 单质物性 单质化性 3个电子，氧化 ＋3 EA1 ＋ 1 数主要有+3和 熔 非 规 最 氢 +1，易形成共 沸 主 主 律 高 化 金 点 价化合物。 要 要 性 价 物 属 降 氧 的 性 氧 氧 不 低 减 化 稳 化 化 强 物 定 单 弱 2、气态氢化物 态 态 对 性 、 质 稳 稳 的通式：RH3 I1 应 减 密 金 定 定 水 弱 度 属 基 化 性 性 性 增 本 物 大 增 3、最高氧化数 逐 逐 逐 的 强 渐 渐 酸 化物对应的水 渐 增 减 性 减 化物通式为 大 小 减 小 H3RO3或R(OH)3 弱
无机化学-第六章-硼族元素
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无机化学
硼的化学性质
晶体硼较惰性
（1）无定形硼较活泼，高温下能与N2、O2、 S、X2发 生反应，显还原性。
R.T. 973K
2B(s) + 3F2(g) ══ 2BF3 4B(s) + 3O2(g) ══ 2B2O3
B-O Si-O C-O 键能/kJ·mol-1 560-690 > 452 > 358
CuBO2
红
Cu(BO2)2
蓝
Fe(BO2)2
绿
Fe(BO2)3
棕
23-мар-22
无机化学
(1) BX3结构：
硼的卤化物
B：sp2杂化
(2) BX3性质：
BF3
室温下 聚集态
g
熔点/( /℃) -127.1
沸点/( /℃) -100.4
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BCl3 g
-107 12.7
BBr3
BI3
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无机化学
硼的制备 ➢ -菱形硼 12 BI3 = B12(s) + 18 I2(g) ➢无定形硼 Na2B4O7·10H2O+ 2HCl=4H3BO3+ 2NaCl+ 5H2O 2H3BO3 = B2O3 + 3H2O (800K) B2O3 + Mg = 3MgO + 2B (800K)
结构： B：sp2杂化
硼酸 H3BO3
引 导 语 ： 心得 体会是 指一种 读书、 实践后 所写的 感受性 文字。 语言类 读书心 得 同 数 学 札 记相近 ；体会 是指将 学习的 东西运 用到实 践中去 。下面 是小编 为你带 来 的 医 生 的 岗前培 训心得 体会， 希望对 你有所 帮助。 从 那 天 起 ，我们 开始了 胸 科 医 院 的 培训， 前三天 的课程 让我懂 得了很 多以前 在书上 学不到 的东西 ，有院 领 导 的 亲 身 经历和 他们的 所见所 闻，对 医院的 故障制 度有了 一定认 识。这 次培训 中 我 学 到 了 很多知 识，但 感触最 深的是 每一位 领导基 本上都 提到一 个要求 ，那就 是 学 习 、 学 习、再 学习。 一刻也 不能放 松，不 仅要钻 研本专 业的知 识，还 要了解 其 他 专 业 的 知识， 比如说 我自己 ，就应 该多了 解医学 影像诊 断及技 术等方 面的知 识 ，这样 有利于 我提高 工作效 率与质 量。此 外，就 是希望 能尽快 地进入 工作状 态， 做 好 思 想 意 识的转 变，从 受者转 变成施 者。我 认为我 在这方 面做得 也比较 到位， 经 过 学 习 和 互动， 感觉现 在也慢 慢走上 正轨了 ，希望 我们能 脚踏实 地的工 作，养 成 良 好 的 工 作与生 活习惯 ，为自 己积累 资本、 为医院 创造价 值。 通 过 第 四和 第 五 天 的 培 训我明 白了什 么是沟 通，沟 通就是 人们在 互动过 程中通 过某种 途径将 一 定 的 信 息 从发送 者传递 给接收 者，并 获得理 解的过 程，双 方互动 的过程 。我们
硼族元素及其化合物
硼族元素及其化合物
一、硼的性质
硼（Boron）是一种族IIIb的元素，在化学元素周期表中第五位，原子序数为5，原子质量为10.81、硼元素是一种半金属元素，具有金属质地，保持着类似硅的结构。
硼具有极强的抗氧化、加热稳定性、腐蚀性，使其有着优良的电性能，适用于电子设备中的导电成份，还拥有稳定的介电性能，是线路板制作的上佳材料。
二、硼的化合物
（1）氢氧化硼
氢氧化硼（H₂BO₃）是硼元素的最常见的化合物。
它是一种无色粉末状的晶体，熔点为350℃，有特殊的稀酸味，非常溶于水，但在碳酸钠、碳酸氢钠水溶液中极难溶解。
氢氧化硼是一种电解质，是用作电缆、电池和电磁浮动的主要材料。
（2）硼酸
硼酸（HBO₂）是硼的重要的化合物之一，其有机半氧化物的形式为
H₃BO₃，通常以白色粉末的形式存在，溶于水，不溶于二氯甲烷，拥有特殊的稀酸性味道。
硼酸有着广泛的应用，主要用作农药、洗涤剂、轻工业中制作消光剂、染料、防腐剂和焊条等。
（3）硼酸钠
硼酸钠（Na₂B₂O₄·2H₂O）是一种水溶性的硼酸盐，主要用作染料、洗涤剂、消光剂、增塑剂、绝缘剂、涂料等。
硼及其化合物
硼族元素及其化合物约公元前200年，古埃及、罗马、巴比伦曾用硼沙制造玻璃和焊接黄金。
法国化学家盖·吕萨克用金属钾还原硼酸制得单质硼。
硼在地壳中的含量为0.001%。
硼为黑色或银灰色固体。
晶体硼为黑色，硬度仅次于金刚石，质地较脆。
硼还由于其缺电子性造成其氢化物中硼原子拥有异常高的配位数，使之成为所有元素氢化物中结构最复杂的。
单质硼为黑色或深棕色粉末，熔点2076℃。
沸点3927℃。
单质硼有多种同素异形体，无定形硼为棕色粉末，晶体硼呈灰黑色。
晶态硼较惰性，无定形硼则比较活泼。
单质硼的硬度近似于金刚石，有很高的电阻，但它的导电率却随着温度的升高而增大，高温时为良导体。
硼共有14种同位素，其中只有两个是稳定的。
室温时为弱导电体；高温时则为良导体。
在自然界中主要以硼酸和硼酸盐的形式存在。
晶体结构晶态单质硼有多种变体，它们都以B12正二十面体为基本的结构单元。
这个二十面体由12个B原子组成，20个接近等边三角形的棱面相交成30条棱边和12个角顶，每个角顶为一个B原子所占据。
由于B12二十面体的连接方式不同，键也不同，形成的硼晶体类型也不同。
其中最普通的一种为α-菱形硼。
α-菱形硼是由B12单元组成的层状结构，α-菱形硼晶体中既有普通的σ键，又有三中心两电子键。
许多B原子的成键电子在相当大的程度上是离域的，这样的晶体属于原子晶体，因此晶态单质硼的硬度大，熔点高，化学性质也不活泼。
在α－菱形硼晶格中，每个二十面体通过处在腰部的6个B原子以三中心两电子键与在同一平面内的相邻的6个二十面体连接起来（其中虚线三角形表示三中心两电子键，键距203pm）。
这种二十面体组成的片层，层面结合靠的是二十面体的上下各3 个B原子以6个正常的B-B共价键（即两中心两电子键，键长171pm）同上下两层的6个附近的二十面体相连接，3个在上一层，3个在下一层。
在硼的二十面体结构单元中，B12的36个电子是如下分配的：在二十面体内有13个分子轨道，用去26个电子；每个二十面体同上下相邻的6个二十面体形成6个两中心两电子共价键，用去了6个电子；在二十面体腰部的6个B原子与同平面上周围相邻的6个三中心两电子键，用去了6×2/3=4个电子，结果总电子数是26+6+4=36。
第16章-硼族元素
第16章硼族元素16.1 硼族元素的通性16.1.1 硼族元素的通性包括硼、铝、镓、铟、铊五种元素。
硼在自然界中有硼镁矿、硼砂等；铝在地壳中的含量仅次于氧和硅，占第三位，主要以长石、云母、高岭土等硅酸盐形式存在。
镓、铟、铊比较分散，没有单独矿藏，与其他矿物共生。
硼的原子半径最小，核电荷对外层电子的吸引较强，为非金属，其余四种元素为金属，从硼到铝是由非金属突变到金属，不是逐渐过渡的。
●硼族元素氧化物的酸碱性递变规律：硼的氧化物呈酸性，铝和镓的氧化物为两性，铟和铊的氧化物是碱性的。
●硼族元素的价电子构型为ns2np1，一般氧化态为+III。
“惰性电子对效应”，随着原子序数的递增，生成低氧化态的(+I)的倾向增强。
镓、铟、铊在一定的条件下能显示出+I氧化态，特别是Tl ，其+I氧化态常见，Tl(+I)的化合物具有较强的离子健特征。
●硼、铝两元素亲氧特性表现得突出。
●硼族元素价电子轨道（ns和np）数为4，而价电子仅为3，为缺电子原子，它们所形成的化合物有些为缺电子化合物。
有空的价键轨道，这些化合物有很强的接受电子的趋势，容易形成聚合分子（如：Al2Cl6）和配合物（如：HBF4）。
在此过程中，中心原子价轨道由sp2杂化过渡到sp3杂化，相应分子从平面结构过渡到立体结构。
硼原子最高配位数为4，而其它元素外层d轨道可参与成键，最高配位数可以为6。
16.2 硼族元素的单质及其化合物硼在自然界主要以含氧化合物的形式存在。
硼的重要矿石有硼砂Na2B4O7·10H2O，方硼石2Mg3B8O15•MgCl2，硼镁矿Mg2B2O5•H2O等。
铝在自然界分布很广，主要以铝矾土矿形式存在，它是一种含有杂质的水合氧化铝矿。
镓、铟、铊在自然界单独矿物，以杂质的形式分散在其它矿物中。
16.2.1 硼族元素的单质1. 单质硼(1) 单质硼的结构单质硼有多种同素异形体，包括无定形硼和晶体硼。
无定形硼为棕色粉末，晶体硼呈黑灰色。
硼族
Na 2B4O7 NiO Ni(BO2 )2 2NaBO2 (棕色)
3.硼的卤化物
• 结构： B：sp2杂化 • BX3性质： BF3
X
B
X
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
④ 被氯氯化
B2 H6 (g) 6Cl2 (g) 2BCl3 (l) 6HCl
r H -1376kJ mol
m
-1
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 B(无定形)
O2
Mg或Al +H2O -H2O
B2O3
H3BO3
水解：
BX3 3H2O H3BO3 3HX (X Cl,Br,I)
4BF3 3H2 O H3 BO3 3H[BF 4]
BF3 HF HF BF3
卤素的电负性为F>Cl>Br>I,但为什么卤化硼接受电 子对能力的次序为BF3<BCl3<BBr3<BI3? 除配位原子的电负性影响卤化硼分子接受电子对的 能力外，还有其他因素： 1 离域p键的形成降低了B原子进一步接受外来电子 的能力，BX3中B原子利用空的2p轨道和卤素原子形 成Π46大p键，降低了该空轨道接受电子对的能力。 而F半径最小，I半径最大，因此大键强度为 BF3>BCl3>BBr3>BI3，所以BI3最易接受外来电子。 2 卤化硼接受外来电子对后分子构型将由平面三角形 变为四面体，构型的转化需要一定的能量。卤化硼 构型改变能大小顺序为BF3>BCl3>BBr3>BI3。
第三章硼族元素-基本要点
Na
Mg
Al
Si
二、解释
属于经验规则，尚无统一理论解释
∵处于对角线上的元素离子的极化力相近 ∴ 性质上也相似。 极化力从上至下减弱（因为电荷数相同而半径增大） 极化力从左至右增大（因为半径减小而电荷数增加） 所以，处于对角线右下角的元素，离子电荷数的增加弥补了半径增大的影响，故极化力 与左上方的元素相近。
o
* 2 B 2 H 2 SO4 2 H 3 BO3 3SO2 （HNO3 NO2）
三、 硼的氢化物： 1. 二硼烷制备：
( C2 H 5 ) 2 O 4 BCl3 3LiAlH 4 2 B2 H 6 3 AlCl3 3LiCl
能与水蒸气作用（置换出 H2） 。不溶于非氧化性酸，能被氧化性酸氧化为 H3BO3。能与 碱作用（说明具有成酸性质） 。 2．铝 银白色有光泽金属，密度小（2.7 g·cm 3） ，熔点较低（657℃） ，导电、导热性良好（导 电性为同体积 Cu 的 64％，因此同质量下导电能力大于铜） 。在空气和水中有较好的耐 蚀性（表面有致密氧化膜保护） 。具有两性，可溶于酸和碱中。强烈的亲氧性（Al2O3 的生成热在所有氧化物中最大） 。有一定毒性，对人体神经功能有影响。 3．镓、铟、铊 ① 物理性质 镓是银白色有光泽质软的金属，硬度近于铅。熔点很低（29.78℃） ，沸点
④ 由 B2H6 加热（200～250℃）合成高级硼烷。 2．结构 有两种系列的硼烷，前一系列较稳定，后一系列易自燃 B n H n＋4 B2H6 、B5H9 、B6H10 、B8H12 、B10H20 、B16H6 、B18H22 ； B n H n＋6 B3H9 、B4H10 、B5H11 、B6H12 、B9H15 、B10H16 、B20H26 ； 由正常共价化合物 BH3 、B2H4 、B3H5 等通过 “氢桥” 、 “硼桥”等特殊键结合而成。 B2H6 的结构： B 原子以 s p 3 杂化成键，中间两个氢桥键是三中心二电子键， 与两端的 B-H 平面垂直。 在硼烷系列中存在五种特殊的化学键： ① 端侧 B－H 键（2 c－2 e ） ；
硼族元素
刚玉， α-Al2O3：刚玉，宝石 Al2O3 + 3K2S2O7 γ-Al2O3：活性氧化铝 △ 3K2SO4 + Al2(SO4)3
两性Al(OH)3 两性 Al(OH)3 + OH- = Al(OH)4沉淀-溶解平衡： 沉淀 溶解平衡： 溶解平衡 Al3++3OHAl(OH)3 +H2O [Al(OH)4]-+H+
[三卤化铝 ： 三卤化铝]： 三卤化铝 卤化铝(AlF3, AlCl3, AlBr3, AlI3) 卤化铝 AlF3离子化合物，白色难溶的固体。 离子化合物，白色难溶的固体。 AlCl3、AlBr3、AlI3 均为共价化合物，均易溶于水 均为共价化合物， AlCl3缺电子共价化合物，分子式：Al2Cl6 缺电子共价化合物，分子式：
硼砂珠实验： 硼砂珠实验： 兰色） Na2B4O7 + CoO = 2NaBO2•Co(BO2)2(兰色） 兰色 Cu(BO2)2 天蓝色，Cr(BO2)3绿色 天蓝色， Na2B4O7 == B2O3+2NaBO2 +) CoO +B2O3 == Co (BO2)2 Na2B4O7+CoO=2NaBO2·Co(BO2)2 除氧化物 定性分析 陶瓷、 陶瓷、玻璃上釉 制造人造宝石
3）结构 ） 硼原子sp 杂化，形成片面三角的BO 3 硼原子 2杂化，形成片面三角的 单元。分子之间形成氢键，构成片层结构。 单元。分子之间形成氢键，构成片层结构。 片层之间以范德华作用力相连。 片层之间以范德华作用力相连。
4）性质 ） 硼酸受热脱水，具有一定的挥发性， ⑴硼酸受热脱水，具有一定的挥发性， HBO2挥发性更大。 挥发性更大。
16-2-2 氢化物 硼烷 少氢型 BnHn+4 较稳定 多氢型 BnHn+6 不稳定
《无机化学》第3版 宋天佑 13 硼族元素
13. 1. 3 硼的含氧化合物
硼氧键键能很大，远远强于硼硼 键，也远强于硼氢键、硼氮键和硼硅 键等。见下表。
表 13―2 某些化学键的键能
化学键 键能/ kJ·mol-1
B−O B−H B−B B−C B−N 806 330 297 448 389
B1B2
B1H2B8 B4H4B10
B7B3B10
B3B6B9 B8B9B10
B3B4
硼氢键
每一个B 均与 H 成硼氢键
HB
BH
H HB
H
H HB H
B
B
BH
H BH
H
HB
BH
必须注意，癸硼烷－14 并非平面结构。
端基 H 桥H
B 原子 近大远小
癸硼烷－14 的立体结构图
H B8
B10 H
H H B1
也有少量的硼酸 H3BO3 存在。
硼在地壳中的质量分数 为 10－3 %
1827年，戴维电解熔融的 三氧化二硼制得了单质硼，但 是纯度不高。
法国人莫瓦桑（Moissan）于 1891 — 1892 年用金属镁在氢气气 氛下还原三氧化二硼制得了纯度为 99%的单质硼。
铝 Al 铝土矿 Al2O3·n H2O 铝硅酸盐矿物 铝在地壳中的质量分数 为 % 列第 3 位
Na2B4O7 + H2SO4 + 5 H2O —— 4 H3BO3 + Na2SO4
加热使硼酸 脱水，得到 B2O3。 2 H3BO3 —∆— B2O3 + 3 H2O
再用活泼金属 Mg 高温下还原 B2O3 ，得到 95% ~ 98% 的粗硼。
知识点3 硼的化合物
第五章 p 区元素（一）第二节硼族元素5.2.3 硼的化合物硼的氢化物硼烷分类：BnH n+4 和 B n H n+6（少氢硼烷）（多氢硼烷）例： B2H6 B4H10乙硼烷丁硼烷有CH4，但无BH3最简单的硼烷：B2H6其结构并非如右图所示：HHBBHHH H硼烷的结构B：利用 sp3 杂化轨道，与氢形成三中心两电子键。
（氢桥）记作：HH B BHH HH要点：B的杂化方式，三中心两电子键、氢桥。
B4H10分子结构硼烷的性质① 自燃 高能燃料，剧毒（可与氰化氢和光气相比） 空气中允许的最高浓度 0.1 ppm O(g)3H (s)O B (g)3O (g)H B 232262+−→−+含硼化合物燃烧火焰呈现绿色② 水解(g)H 6(s)BO 2H O(l)3H (g)H B 233262+−→−+水下火箭燃料③ 配位反应 263B H 2CO 2[H B CO]+−−→←④ 加合反应4622NaBH H B 2NaH −→−+4622LiBH H B 2LiH −→−+⑤ 与卤素反应 6HCl (l)2BCl (g)6Cl (g)H B 3262+−→−+硼的含氧化合物①三氧化二硼 B2O3原子晶体：熔点460︒C无定形体：软化结构：一般以无定形的状态存在，很难形成晶体，但在高强度退火后也能结晶。
B2O3(无定形）＝ B2O3（晶体）△r Hθ= - 19.2 kJ·mol-1制备：性质：(1) 溶于水形成HBO2 或H3BO3(2) 能被碱金属及镁铝还原成单质硼(3) 与金属氧化物共熔形成具有特征颜色的玻璃状偏硼酸盐，用于鉴别金属离子。
(4) 与非金属氧化物反应P2O5 + B2O3 = 2 BPO4(两性性质)②硼酸 H3BO3结构：层状结构层内：B sp2杂化有氢键。
层间：范德华力。
∴似石墨，有解离性。
硼酸晶体的片层结构24723324 Na B O2HCl5H O4H BO Na SO++−−→+制备：R.T.微溶于水，T↗，溶解度↗，可用重结晶方法提纯。
16 无机化学 第十六章 硼族元素
④硼酸可溶合为链状或环状多硼酸xB2O3· 2O、酸 H 根(BO2)nn- 。在多硼酸结构中，有两种基本结构单 元：BO3 (平面三角形)、BO4 (四面体)。
二、硼酸盐
硼酸盐类似于硅酸盐，大多数难溶，可溶的硼酸盐讨 论的较多的是四硼酸钠，即硼砂。Na2B4O7· 2O也 10H 可写成： Na2B4O5(OH)4 · 2O ------见p787 8H
2Al＋2OH-＋6H2O＝2Al(OH)4-＋3H2↑
二、镓单质
Ga具有熔点与沸点相差甚远这一特点，302.8～2676K，即 液态温度范围很宽（拿到水中就可熔化，像水银），可用 来制高温温度计。 镓的另一特点是“热缩冷胀”，从液 体到固体，体积膨胀3%。 制铅字合金，使字更为清晰。
Ga、In多用于电子工业，作P型半导体的掺杂剂。 也可制 Ⅲ—Ⅴ族半导体化合物，如GaAs等，可用于 光电管中。
三、性质：
1、强还原性：
硼烷燃烧热很大，在空气中易燃，易水解，有剧毒， 制备时要注意保持反应处于无氧，无水气状态，做好 安全防护工作。
想一想：硼烷燃 烧的高能量，是 否可以用硼烷来 做火箭的燃料？ 为什么？
B2H6(g)＋3O2(g)＝B2O3(s)＋3H2O(g) △H = -2166KJ· -1 mol B2H6＋6H2O＝2H3BO3↓＋6H2↑
+3价的Al有两种存在形式Al3+(酸性)、(AlO2)-或 Al(OH)4-（碱性） Al3+在水溶液中以八面体水合离子[Al(H2O)6]3+的 形式存在，在水中发生水解，溶液显酸性：
[Al(H2O)6]3++H2O==[Al(H2O)5(OH)]2+ + H3O+ [Al(H2O)5(OH)]2+ +H2O==[Al(H2O)4(OH)2]+ + H3O+ [Al(H2O)4(OH)2]+ +H2O==[Al(H2O)3(OH)3] + H3O+
硼族
Ga 。
In 。
Tl 。
硼族元素的△G /F-Z图
二、铝的化性：
（一）斜角相似：
Ｌi Be B \ \ C \ Si r和Ｚ* 互相竞争，* ＝Ｚ* / r 相近
Na Mg Al
（二）强还原性：
1．与非金属化合：
4 Al(s) + 3O2(g) ═══ 2Al2O3(s) 2Al + 3X2 ═══ 2 AlX3 2Al + N2 ═══ 2AlN 2．与酸或碱均反应 →H2↑ 2Al + 6H+ = 2Al3+ + 3H2↑ 2Al + 2OH- + 6H2O = 2Al(OH)4 - + 3H2 ∴Al是“两性元素” （Zn也是）
第五章 硼族元素
（IIIA族）
B Al Ga In Tl 硼 铝 镓 铟 铊 授课教师：龚孟濂教授 PowerPoint制作：林钢
§5-1 硼
一、硼成键特征：
（一）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-
与LiH 或 NaH加合
-1
-1
2LiH + (NaH)
Lewis 碱
B2H6 ══ 2Li+[BH4]( Na+[BH4] -)
Lewis 酸 酸碱加合物
万能 还原剂
§5-4 硼族元素重要化合物一Biblioteka 氧化硼B2O3(s) 白色固体
化性： （一）硼酸酐
晶体（BO4 单元、似石英、但 4 个 B-O 键长不等） 无定形体
H B B
2c-2e bond； 2c-2e bond； 3c-2e bond； 3c-2e bond；
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
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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。
硼族元素及其化合物
图8-4 α-菱形硼的结构
硼族元素及其化合物
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。
硼族元素及其化合物
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。
硼族元素及其化合物
（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：
硼族元素及其化Leabharlann 物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。
硼族元素及其化合物
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：
硼族元素及其化合物
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。
硼族元素及其化合物
硼族元素及其化合物
硼族元素及其化合物
硼族元素及其化合物
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）。