第十六章 硼族元素剖析

Tl(OH)3 -0.05 TlOH -0.344 Tl
Tl3+的化合物具有强氧化性 Tl+的化合物特别稳定
§16-2 硼及其化合物
2-1 硼在自然界的存在
——以硼酸盐的形式存在 主要矿有：
硼砂—— Na2B4O7·10H2O 方硼矿—— 2Mg3B8O15 ·MgCl2 白硼钙石——Ca2B6O11·3H2O 等
第十六章 硼族元素
ⅢA—— B 、Al 、Ga 、In 、Tl —— 称硼族元素
其中Ga 、In 、Tl 及Ge属分散性稀有元素， 没有单独的矿藏。
本章主要讲述： (1) B 及其化合物中的多中心键( 3c-2e 键 )； (2) B 、Al 及其重要化合物的结构、性质、制备和用途； (3) B与Si的相似性(对角线规则)； (4) Tl+的稳定性， Tl(Ⅲ)的化合物的不稳定性。
B、Al不但是缺电子原子，而且形成的+3氧化态的 共价化合物仍具有空的 p 轨道，使得B 、Al 的化合物 (如：BF3、AlCl3等)表现出缺电子性，它们还有很强的继 续接受电子对的能力。这种能力表现在分子的自身聚合 (如Al2Cl6)、同电子给予体形成稳定的配合物(如BF4-)以及 多中心键( 3c-2e 键 )等方面 。
23 44 36 34 50
2.04 1.61 1.18 1.78 1.62
(1) 基态Байду номын сангаас子的价电子构型
—— ns2np1——缺电子原子 第二周期的元素，价层电子数小于价层轨道数的原子 是缺电子原子。
(2) 特征氧化态—— +3
B 、Al 只有稳定的+3氧化态。 Ga、In、Tl除+3氧化态外，还有+1氧化态，并且 +1 氧化态随主量子数 n 的增大，GaTl趋于稳定。
+3 +3 +3(+1) +3(+1) +3(+1)
82 118 126 144 148
20 50 62 81 95
电离能( kJ·mol-1)
E1 / kJ·mol-1 电负性（xp）
I1 800.6 577.6 578.8 558.3 589.3 I2 2427 1817 1979 1821 1971 I3 3660 2745 2963 2705 2878
我国西部地区的内陆盐湖和吉林、辽宁等省有硼矿。
2-2 硼的成键特征
(硼的化学主要表现在缺电子性质上)
(1) 基态B的价层结构
B是缺电子原子
B
2s2
2p1
(2) 硼化合物中激发态B的价层电子分布
B可采取sp2、sp3
杂化轨道成键
B
2s1
2p2
(3) 硼原子成键的三大特征
① 共价性——B以形成共价化合物为特征
(小结惰性电子对效应，并探讨其产生的原因。)
§16-1 硼族元素的通性
表16-1 硼族元素的基本性质
元素 性质 原子序数 价层结构 主要氧化数 共价半径 / pm M3+离子半径 / pm
B Al Ga In Tl
5
13 31 49 81
2s22p1 3s23p1 4s24p1 5s25p1 6s26p1
2、掌握硼、铝、铊的单质及其重要化合物的制备、性质 和用途；了解镓的性质和用途。
3、熟悉Tl+的化合物的稳定性以及TlX与AgX的某些相似 性，Tl2O3、TlF3等在酸性介质中的强氧化性。
4、掌握惰性电子对效应和对角线规则。 5、掌握Al3+的鉴定方法。
二、教学时数： 4学时
三、典型习题： P791-792： 2、3、6、7、8、9(2)(3)(4)、11、14
键
B-F Si-F C-F
键能(kJ·mol-1) 613 565 485
键
B-B Si-Si C-C
键能(kJ·mol-1) 293 222 346
而C 的自相 成键能力最 强
铝热反应：4Al + 3O2 == 2Al2O3 rHm = -3339 kJ·mol-1
冰晶石矿Na3[AlF6]的存在，说明Al也是亲O、F的元素。
从下面所列的键能还可以看出： B不但与Al的性质 相似，而且类Si， B、Al均是亲O、亲F的元素。
表16-2 B、Si、C的某些单键的键能
键
B-H Si-H C-H
B是亲O、亲F
键能(kJ·mol-1) 389
318
411 元素，其次是Si。
键
B-O Si-O C-O
键能(kJ·mol-1) 561 452 358
Al
AlF63-
-2.13
Al(OH)3 Al(OH)4-
-2.31 Al -2.35
Ga3+ -0.65 Ga2+ -0.45 Ga
Ga(OH)4- -1.22 Ga
-0.52
铝易置换氢氟酸中的 In3+ -0.45 In2+ -0.35 In+ -0.25 In 氢——为什么？
-0.34
Tl3+ 1.25 Tl+ -0.336 Tl 1.36 TlCl -0.557
第十六章 硼族元素
本章主要介绍：硼元素的缺电子特性和 多中心键；硼的重要化合物和金属铝及其重 要化合物制备、性质和用途；对角线规则； 惰性电子对效应。
对镓、铊的单质及其重要化合物的制备、 性质和用途仅作一般了解。
一、教学要求：
1、通过硼、铝及其化合物的结构和性质的学习，了解硼 的缺电子特性，以及硼与铝成键的相似性和差异性。
2Al + 6H+ === 2Al3+ + 3H2
（4）硼族元素的电势2图A（l +图2N16a-O1）H：+ 6H2O === 2NaAl(OH)4 + 3H2
φAθ / V ：
Al 在酸、碱介质中 φBθ / V ： 都表现出强还原性
H3BO3
-0.73
B
B(OH)4-
-2.5 B
Al3+
-1.67
Tl+ 的化合物特别稳定。
(3) 成键特征
B 的原子半径较小，电离能在本族元素中最大，电子 亲合能小，电负性较大，成键时形成的是共价键。
Al、Ga、In、Tl虽是金属，但+3这一较高氧化态以及 Ga、In、Tl的18e壳层的结构(离子极化力强)，使得它们 形成化合物时化学键也是以共价键为主。
事实上， Al、Ga、In、Tl的化合物中，仅在AlF3、 Al2O3、Al2(SO4)3和Tl+的化合物等中的化学键是离子键。
B的原子半径小，I1、I2、I3 大，B在形成化合物时： 可以采取sp2杂化成键，例如：BX3、B(OH)3
也可以采取sp3杂化成键，例如：BF4-、 BH4-、 B(OH)4-