无机化学-硼族、碳族元素-氢化物 (1)
元素无机化学：第十三章 硼族元素
两性
Al(OH)3 Al(OH)3
++33HO＋H=－==A=lA3+l+(O3HH2)O4－
2Al(OH)4－＋CO2 == 2Al(OH)3↓＋2CO32－＋H2O
Al(H2O)3+ CO32- Al(OH)3 CO2 Al(OH)4-
pH 小大
2. 铝的含氧化合物
Al2O3
化α学-A性l质2O不3 活泼强热
性 亲氧性
质
△
4 Al + 3O2== 2Al2O3
△rHm = －3351.4 kJ·mol－1
2Al + Fe2O3== 2Fe+Al2O3 铝热反应
强还原性
高温
高温
2Al + N2 ==2AlN 4Al + 3S ==2Al2S3
Al(OH)3 Al3++3NH3·H2O==Al(OH)3↓+3NH4+
棕色粉末
晶形硼 黑灰色
化学活性高 硬度大 熔点，沸点都很高
α-菱形硼(B12)：由B12二十面体 组成的六方晶系，B原子占据 二十面体的12个角顶。每个二 十面体以三中心二电子的B3键 和B-B键连接。
2. 硼单质的化学性质
(1) 常温下与F2反应
2B+3F2 == 2BF3
(2) 高温下与非金属和金属单质反应
对角关系主要是从性质总结出来的经验规律,可从具 有相似的离子场力来粗略解释。
硼和硅的类似性
• 单质都显有某些金属性 • 自然界不以单质存在，是以氧的化合物存在 • B-O键和Si-O键都有很高的稳定性 • 氢化物多种多样，都具有挥发性，且可自燃，
并能水解 • 卤化物彻底水解，它们都是路易斯酸 • 都生成多酸和多酸盐，有类似的结构特征。正
无机化学总结 硼族元素
一硼单质及其化合物制作成员:摆宫泽贾震韦仕富(1) 硼单质硼单质可以分为晶体与无定形两大类。
晶体硼呈灰黑色,硬度极高,导电性差,但它的电导率却随着温度的升高而增大,从而显示出与金属导体的不同。
不太纯的无定形硼为棕色粉末。
晶体硼单质的化学反应活性较低,无定形硼相对活泼。
①硼单质的晶体结构晶体硼单质基本结构单元为正二十面体,12个硼原子占据着多面体的顶点。
α—菱形硼:B12结构单元间的硼硼化学键属于三中心二电子键。
由片层间B12结构单元按面心立方最密堆积方式形成晶体,其中所以硼原子间均形成共价键,使单质硬度大,导热能力强,导电能力弱。
β—菱形硼:结构更复杂,其中含B84结构单元。
②硼单质的化学性质1 常温下与F2化合:2B+3F2=2BF32 在空气中燃烧,放出大量热:4B+3O2=2B2O33 由于硼氢键的键能很大,所以硼能从许多稳定的氧化物如SiO2,P2O5中夺取氧。
硼在炼钢过程中可以作为去氧剂。
4 赤热下,无定形硼与水蒸气反应:2B+6H2O(g)=2B(OH)3+2H25 在高温下硼能同N2,S,X2等非金属单质反应2B+N2=2BN2B+3Cl2=2BCl22B+3S=B2S36 在高温下硼也能同金属反应生成金属硼化物,如NbB4,ZrB2,LaB6等。
硼化物一般具有高硬度高熔点。
7 无定形硼不与非氧化性酸作用,但可以与热浓H2SO4,热的HNO3反应:B+3HNO3(浓)=B(OH)3+3NO2↑2B+3H2SO4(浓)=2B(OH)3+3SO2↑8 有氧化剂存在时,硼与强碱共熔可得到偏硼酸盐:2B+2NaOH+3KNO3=2NaBO2+3KNO2+H2O③硼单质的制备工业上用碱法分解硼镁矿制取单质硼。
Mg2B2O5•H2O+2NaBO2=2NaBO2+2Mg(OH)24NaBO2+CO2+10H2O=NaB4O7•10H2O+Na2CO3NaB4O7+H2SO4+5H2O=4H3BO3+Na2SO42H3BO3=B2O3+3H2OB2O3+Mg=2B+3MgO用硫酸与硼镁矿反应一步制得硼酸:Mg2B2O5•H2O+2H2SO4=2H3BO3+2MgSO4(2) 硼氢化合物称为硼烷,已知的有:B2H6,B4H10,B5H9,B8H16,B8H18等,BnHn+4与BnHn+6共20 多种。
无机化学第13章硼族元素与碳族元素
HCO OCH
H
C
B OO
C
H H 3H2O
R'
R
R'
R' R
H C O H HO OH H O C H
B
H C O H HO
HOCH
• 受热易分解 R'
R'
H3BO3 -H2O HBO2 -H2O B2O3 (玻璃态)
Na 2 B4O7 10H 2O Na 2B4O5 (OH) 4 8H 2O
同素异形体：无定形硼， 晶形硼 棕色粉末, 黑灰色
化学活性高， 硬度大 熔点，沸点都很高。
α-菱形硼（B12）
原子晶体
1.硼的氢化物
硼烷分类：BnHn+4和 BnHn+6
例： B2H6
B最简单的硼烷：B2H6 H B B H
其结构并非如右图所示： H H
B2O3
+H2O -H2O
2HBO2
偏硼酸
+H2O -H2O
2H3BO3 (原)硼酸
xB2O3·yH2O 多硼酸
② 硼酸 H3BO3 结构： B：sp2杂化
H O
B
O
OH
H
• 一元弱酸 (固体酸)
H3BO3 H2O B(OH)-4 H K =5.8×10-10
• 与多羟基化合物加合
R
R
R-
H C OH H3BO3 2 H C OH
B：利用sp3杂化轨道，与氢形成三 中心两电子键。（氢桥）
H
H
H
记作： B B
H
H
H
要点：B的杂化 方式，三中心两电子
键、氢桥。
119pm
H
碳族及硼族元素
4 铝的重要化合物
硫酸铝：
Al 2 (SO 4 ) 3
铝钾矾(明矾)： KAl(SO 4 ) 2 12H 2 O
[Al(H2O)6 ]3
3 3 2-
[Al(OH)(H 2O)5 ]2 H
Ka 10-5.03
2Al 2S 6H 2 O 2Al(OH) 3 (s) 3H 2S(g) 2Al 3CO 3H 2 O 2Al(OH) 3 (s) 3CO 2 (g)
水解：
BX3 3H 2 O H 3 BO3 3HX (X Cl, Br, I) 4BF3 3H 2 O H 3 BO3 3H[BF4 ] BF3 HF HF BF3
2 卤化硅 SiX4 SiF4 聚集态 分子量 g 小 SiCl4 l SiBr4 l SiI4 s 大
硅酸
（1）制备：
Na 2SiO 3 2HCl H 2SiO 3 2NaCl Na 2SiO 3 2NH 4 Cl H 2SiO 3 2NaCl 2NH 3 (g)
Na2CO3 +SiO2 → Na2SiO3 + CO2 Na2SiO3水溶液又叫做水玻璃，粘合剂，很廉价， 用于铸造等行业。 胶冻状硅酸 -H2O 硅胶
PbO 2 4HCl( 浓) PbCl2 Cl 2 2H 2 O 2PbO 2 4H 2SO 4 2Pb(HSO4 ) 2 O 2 2H 2 O
Δ 2PbO 2 2H 2SO 4 2PbSO 4 O 2 2H 2 O
2PbO 2 4HNO3 2Pb(NO3 ) 2 2H 2 O O 2
化学活性高， 硬度大 熔点，沸点都很高。
α -菱形硼（B12）
第13章 硼族元素和碳族元素
第13章 p区元素(一)—硼族和碳族
第一节 第二节 第三节 p区元素概述 硼族元素 碳族元素
8
二、单质硼
晶体硼惰性，无定形硼稍活泼， 高温下显还原性。
H3BO3 浓HNO3 X2 O2 BX3
+1, +3 +1, +3
浓H2SO4 H3BO3 NaOH Na2BO2+H2
B
B2O3 H2O(g) H3BO3+H2
单质硼的化学反应
9
1．与非金属反应 室温：2B(s) + 3F2(g) ＝ 2BF3 高温下与O2、N2、S、Cl2、Br2、I2等反应： 4B(s) + 3O2(g) = 2B2O3(s)
◆
加 合： B2H6+2:PF3＝2[H3B← PF3]
B2H6+2:CO＝2[H3B ←CO] B2H6+2:NH3＝ 2[H3B ←NH3]
◆
还原性：B2H6+3O2 == B2O3+3H2O
△ rH m
ө
B
◆
= -2034 kJ·mol-1
B2H6+6X2 == 2BX3+6HX
H B
20
水 解： B2H6+6H2O == 2H3BO3+6H2
△ rH m
ө
= -509.2 kJ·mol-1
21
3、 BX3的成键特征及性质
元素1(3,4,5A主族)总结
（2）H3BO3是Lewis酸，是一元酸，酸性弱 ） 酸 一元酸， θ = 5.80×10-10 × Ka OH OH － B OH ＋ H＋ ＋ Ｈ2O B OH OH OH OH OH
在硼酸水溶液中加入某些多元醇（如丙三醇) 在硼酸水溶液中加入某些多元醇（如丙三醇 ，硼 多元醇 酸的酸性将大大增强， 酸的酸性将大大增强，可以采用酸碱中和滴定法定 量分析硼酸。 量分析硼酸。
4) 正磷酸盐 溶解性： 溶解性： 磷酸二氢盐 ＞ 磷酸一氢盐 ＞ 磷酸盐 酸碱性： 酸碱性： 正磷酸盐在水中发生水解反应 Na3PO4 溶液显碱性 pH ＞ 12 Na2HPO4 溶液显弱碱性 pH = 9-10 NaH2PO4 溶液显弱酸性 pH = 4-5 稳定性：磷酸正盐>磷酸一氢盐 磷酸一氢盐>磷酸二氢盐 稳定性：磷酸正盐 磷酸一氢盐 磷酸二氢盐
As2O5
酸性(中强) 酸性( 酸性( 酸性(中强) 酸性(弱） 酸性(弱)
As2O5 + 6NaOH ＝2Na3AsO4 + 3 H2O
11 砷、锑、铋的氢氧化物和含氧酸 铋的氢氧化物和含氧酸
5) 正磷酸盐、焦磷酸盐的鉴别： 正磷酸盐、焦磷酸盐的鉴别： 正磷酸盐、偏磷酸盐和焦磷酸盐鉴别： 正磷酸盐、偏磷酸盐和焦磷酸盐鉴别： AgNO3 和蛋清溶液 AgNO3＋PO43-＝Ag3PO4↓(黄色 黄色) 黄色 AgNO3＋P2O72-＝Ag4P2O7↓(白色 白色) 白色 AgNO3＋PO3-＝AgPO3↓(白色 白色) 白色 蛋白质水溶液→ ＋蛋白质水溶液→白色沉淀 3-的鉴定 PO4 的鉴定——钼酸铵试剂 钼酸铵试剂 PO43-+12MoO42-+24H+ +3NH4+→ (NH4)3PO4·12MoO3·6H2O +6H2O (黄色 黄色) 黄色 8 磷的卤化物 水解性 PCl3 + 3 H2O ＝ H3PO3 + 3 HCl PCl5+ 4 H2O ＝ H3PO4 + 5 HCl
常见元素的化合价记忆口诀
常见元素的化合价记忆口诀
一、碱金属（IA族元素）：一价阳离子
二、氢氧化物：氢氧化物，氢氧化金属
二、碱土金属（IIA族元素）：二价阳离子
其中铍镁钙锌，铍镁钙锌镁铵
三、硼族元素（IIIA族元素）：三价阳离子
硼及其氯化物，硼氯氧植堆一旁
四、碳族元素（IVA族元素）：四价
碳硅锗锡铅石，硅锗锡铅石碳
五、氮族元素（VA族元素）：五价
氮磷及砷锑，碘钋砷锑氮
六、氧族元素（VIA族元素）：二价阴离子
氧硫硒及硒碲，氧硫硒碲氧
七、卤素族元素（VIIA族元素）：一价阴离子
氟氯碘溴氟，氯溴碘氟氯
八、氢元素（IA族元素）：一价阳离子
除了卤素，氢唯一
九、八、氢与十八族元素（0、VIII、VIIIA族元素）：不形成离子
氢氧氟化合物，水、氢氧化物
十、二十与十八族元素（0、IIB、VIIIB族元素）：通常是二价阳离子
锌及镍铜银，亚铁锰钴亦能
以上是常见元素的化合价记忆口诀，用于帮助记忆元素的化合价。
2024年化学竞赛无机化学绝密课件硼族元素-(含多场合)
化学竞赛无机化学绝密课件硼族元素-(含多场合)化学竞赛无机化学绝密课件硼族元素摘要：本文主要介绍了化学竞赛中无机化学部分的重要知识点——硼族元素。
通过对硼族元素的概述、性质、化合物以及应用等方面的详细讲解，旨在帮助参赛者更好地掌握这一部分内容，提高化学竞赛成绩。
一、硼族元素概述硼族元素位于元素周期表的第二族，包括硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）、铟（In）和铍（Tl）等元素。
硼族元素在自然界中分布广泛，其中硼和铝是地壳中含量较多的元素。
硼族元素在化学性质上具有一定的相似性，但在物理性质和应用方面存在较大差异。
二、硼族元素的性质1.电子结构：硼族元素的原子结构中，最外层电子数为3个，因此它们在化学反应中容易失去3个电子，形成+3价离子。
2.金属性和非金属性：从上到下，硼族元素的金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。
硼和铝具有较强的非金属性，而铟和铍的金属性较强。
3.离子半径：硼族元素的离子半径随着原子序数的增加而增大，这是因为原子核对最外层电子的吸引力逐渐减弱。
4.电负性：硼族元素的电负性随着原子序数的增加而减小，这是因为原子核对最外层电子的吸引力逐渐减弱。
三、硼族元素的化合物1.氧化物：硼族元素与氧元素形成的氧化物具有多种类型，如硼酸、氧化铝、氧化镓等。
这些氧化物在工业、医药等领域具有广泛的应用。
2.硼化物：硼族元素与金属元素形成的硼化物具有高熔点、高硬度和良好的导电性等特点，如碳化硼、氮化硼等。
3.氢化物：硼族元素与氢元素形成的氢化物在有机合成中具有重要应用，如硼氢化钠、硼氢化铝等。
4.硼酸盐：硼酸盐是一类重要的无机化合物，如硼砂、硼酸铝等。
它们在玻璃、陶瓷、洗涤剂等领域具有广泛应用。
四、硼族元素的应用1.金属铝：铝是硼族元素中应用最广泛的元素，广泛应用于建筑、交通、包装、电力等领域。
铝具有良好的导电性、导热性和轻质等特点，是国民经济的重要支柱产业。
2.硼化合物：硼化合物在农业、医药、化工等领域具有重要应用。
无机化学教学13章硼族元素PPT课件
镓的氧化物包括Ga₂O₃和GaO，它们具有高熔点和稳定性，可用于制备其他镓的化合物。镓的氧化物可以 由金属镓与氧气反应得到。
镓的硫化物和硒化物
镓的硫化物
镓的硫化物包括Ga₂S₃和GaS，它们具有较高的硬度、熔点和导电性。镓的硫化物可以 由金属镓与硫反应得到。
镓的硒化物
镓的硒化物包括Ga₂Se₃和GaSe，它们具有与硫化物类似的性质，如高熔点和导电性。 镓的硒化物可以由金属镓与硒反应得到。
有机镓化合物
有机镓酸酯
有机镓酸酯是一类重要的有机化合物， 它们可以通过酯交换反应制备。有机镓 酸酯在聚合反应中用作催化剂和添加剂 。
VS
其他有机镓化合物
除了有机镓酸酯外，还有许多其他有机镓 化合物，如有机镓醇、有机镓酸盐等。这 些化合物在医药、材料科学和催化等领域 有广泛的应用。
06 铟的化合物
铟的卤化物和氧化物
铟的卤化物
铟与卤素（如氟、氯、溴、碘）反应，生成 相应的卤化物。这些卤化物具有较高的熔点 和沸点，在常温下多为固态。
铟的氧化物
铟与氧气反应，可以生成多种氧化物，如 In2O3和In2O。这些氧化物具有不同的性 质和应用，例如In2O3是一种半导体材料， 可用于制备透明导电膜。
铟的硫化物和硒化物
无机化学的重要性
无机化学在化学学科中占据重要地位 ，是学习其他化学课程的基础。
无机化学在工业生产和科学研究中具 有广泛的应用，如制药、农业、能源 等领域。
02 硼族元素概述
硼族元素的定义
硼族元素
指周期表中第13族（ⅢA族）的元 素，包括硼（B）、铝（Al）、镓 （Ga）、铟（In）、铊（Tl）等元 素。
硼氢化合物和有机硼化合物
硼氢化合物
无机化学总结硼族元素
无机化学总结硼族元素无机化学总结硼族元素无机化学总结硼族元素一硼单质及其化合物制作成员：摆宫泽贾震韦仕富硼单质硼单质可以分为晶体与无定形两大类。
晶体硼呈灰黑色硬度极高,导电性差但它的电导率却随着温度的升高而增大从而显示出与金属导体的不同。
不太纯的无定形硼为棕色粉末。
晶体硼单质的化学反应活性较低无定形硼相对活泼。
硼单质的晶体结构晶体硼单质基本结构单元为正二十面体,12个硼原子占据着多面体的顶点。
a—菱形硼:B12结构单元间的硼硼化学键属于三中心二电子键。
由片层间B12结构单元按面心立方最密堆积方式形成晶体其中所以硼原子间均形成共价键使单质硬度大导热能力强,导电能力弱。
B—菱形硼:结构更复杂其中含B84结构单元。
硼单质的化学性质常温下与F2化合：2B+3F2=2BF3在空气中燃烧放出大量热：4B+3O2=2B2O33由于硼氢键的键能很大所以硼能从许多稳定的氧化物如SiO2,P2O5中夺取氧。
硼在炼钢过程中可以作为去氧剂。
4赤热下无定形硼与水蒸气反应：2B+6H2O(g)=2B(OH)3+2H2 5在高温下硼能同N2,S,_2等非金属单质反应2B+N2=2BN2B+3CI2=2BCI22B+3S=B2S36在高温下硼也能同金属反应生成金属硼化物如NbB4,ZrB2,LaB6等。
硼化物一般具有咼硬度咼熔点。
7无定形硼不与非氧化性酸作用但可以与热浓H2SO4,热的HN03反应：B+3HN03(浓)=B(OH)3+3NO2f2B+3H2SO4(浓)=2B(0H)3+3SO2f8有氧化剂存在时硼与强碱共熔可得到偏硼酸盐：2B+2NaOH+3KNO3=2NaBO2+3KNO2+H2O硼单质的制备工业上用碱法分解硼镁矿制取单质硼。
Mg2B2O5?H2O+2NaBO2=2NaBO2+2Mg(OH)24NaBO2+CO2+10H2O=NaB4O7?10H2O+Na2CO3NaB4O7+H2SO4+5H2O=4H3BO3+Na2SO42H3BO3=B2O3+3H2OB2O3+Mg=2B+3MgO用硫酸与硼镁矿反应一步制得硼酸：Mg2B2O5?H2O+2H2SO4=2H3BO3+2MgSO4硼氢化合物称为硼烷已知的有:B2HqB4Hio,B5H9,B8Hi6,B8Hi8等,BnHn+4与BnHn+6共20多种。
无机化学-硼族、碳族元素-硼化物、碳化物
碳化钨
C4-
6ห้องสมุดไป่ตู้位
N
Ph2P
N
N
Au
Au PPh2
Ph2P Au C Au PPh2
Au
Ph2P
Au
N
N
PPh2
N
+2Ag+ +2Cu+
王泉明 课题组
N
Ph2P
N
Ag
Au
N
Au PPh2
Ph2P Au C Au PPh2
Au
Ph2P N
Au
N
Ag
PPh2
N
Ph2P N
N
Cu
N
Ph2P
Au
Au
C Au
Au
PPh2 PPh2
Au
Ph2P N
Au
Cu
N
PPh2
N
CaO (s) + 3C (s) CaC2 (s) + CO (g) 2000oC Ca (l) + 2C(s) CaC2 (s) >2000oC 2Na (am) + C2H2 (g) Na2C2(s) + H2 (g)
碳化物
（2）共价型碳化物
B 和 Si 与碳形成机械硬度很大的共价型固体化合物 。 碳化硼和碳化硅是原子型晶体，都是硬质材料 。
（3）金属型碳化物
金属型碳化物具有金属的导电性和光泽。许多d区元素和f区 元素能形成金属型碳化物。 从价键的观点看，C 原子实际上进入金属原子空的d轨道而形 成的，金属原子空的d轨道越多，该金属与碳的结合力就越强, 它们的机械硬度和许多性质都表明存在强的M – C键 。 金属型碳化物是很有前途的硬质材料，但目前只有钨和钛的 碳化物 。
无机化学
氢qing1 氦hai4锂li3 铍pi2 硼peng2 碳tan4 氮dan4 氧yang3 氟fu2 氖nai3钠na4 镁mei3 铝lv3 硅gui1 磷lin2 硫liu2 氯lv4 氩ya4钾jia3 钙gai4 钪kang4 钛tai4 钒fan2 铬ge4 锰meng3 铁tie3 钴gu3 镍nie4 铜tong2 锌xin1 镓jia1 锗zhe3砷shen1 硒xi1 溴xiu4 氪ke4铷ru2 锶si1 钇yi3 锆gao4 铌ni2 钼mu4 锝de2 钌liao3 铑lao3 钯ba3 银yin2 镉ge2 铟yin1 锡xi1 锑ti1 碲di4 碘dian3 氙xian1铯se4 钡bei4 镧lan2 铈shi4 镨pu3 钕nv3 钷po3 钐shan1 铕you3 钆ga2 铽te4 镝di1 钬huo3 铒er3 铥diu1 镱yi4 镥lu3 铪ha1 钽tan3 钨wu1 铼lai2 锇e2 铱yi1 铂bo2 金jin1 汞gong3 铊ta1 铅qian1 铋bi4 钋po1 砹ai4 氡dong1钫fang1 镭lei2 锕a1 钍tu3 镤pu2 铀you2 镎na2 钚bu4 镅mei2 锔ju2 锫pei2 锎kai1 锿ai1 镄fei4 钔men2 锘nuo4 铹lao2 钅卢lu2 钅杜du4 钅喜xi3 钅波bo1 钅黑hei1 钅麦mai4 钅达da2 钅仑lun2氢(H)氢是元素周期表中的第一号元素，元素名来源于希腊文，原意是"水素"。
氢是由英国化学家卡文迪许在1766年发现，称之为可燃空气，并证明它在空气中燃烧生成水。
1787年法国化学家拉瓦锡证明氢是一种单质并命名。
氢在地壳中的丰度很高，按原子组成占15.4%，但重量仅占1%。
在宇宙中，氢是最丰富的元素。
在地球上氢主要以化和态存在于水和有机物中。
有三种同位素：氕、氘、氚。
武汉大学、吉林大学《无机化学》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解-第16~24章【圣才出品】
4．卤化物
（1）硼、铝的三卤化物
①三卤化硼均为共价化合物，熔沸点很低，并随分子量增大而递增，其挥发性随分子量
的增大而降低。
三氟化硼是无色、有窒息气味的气体，不能燃烧。
②三卤化铝中，出 AlF3 为离子性化合物外，其余为共价化合物。在气相或非极性溶剂
中，AlCl3、AlBr3、AlI3 为二聚的。
4 / 140
脱水产物或高温熔融产物为 NaAlO2
（3）镓、铟、铊
①Ga：具有银白色金属光泽的软金属，熔点 302.78 K（29.6 ℃），沸点 2343 K，是所
有金属中熔沸点差值最大（2042.22 K）的。凝固时体积膨胀，硬度与铅相近。
②常温下，镓和铟在干燥的空气中不起变化，但铊表面会生成一层灰色的氧化物膜。
5．含氧化合物 （1）硼氧化合物具有很高的稳定性。B2O3 易溶于水，生成硼酸 H3BO3，但在热的水 蒸气中或遇潮时则生成挥发性的偏硼酸 HBO2。 （2）硼珠实验：熔融的 B2O3 溶解金属氧化物得到有特征颜色的偏硼酸盐玻璃：
（2）铝
铝是一种银白色有光泽的金属，有良好的延展性和导电性。
①虽是活泼金属，但表面覆盖致密的氧化膜，故常温下稳定
②高温与氧等非金属反应
铝热还原法：冶炼难熔金属 Fe、Ni、Mn、V 等
③与稀酸反应，在浓 H2SO4、浓 HNO3 中发生钝化
④与强碱反应：2Al ＋ 2NaOH ＋ 6H2O ＝ 2NaAl（OH）4 ＋ 3H2↑
2．缺电子 价电子数 < 价层轨道数 ＋3 氧化态的化合物（如：BF3）为缺电子化合物，有较强的继续接受电子的能力。表 现在分子的自聚（2BH3→B2H6）及同电子对给予体形成稳定配合物（HBF4）等方面。
无机及分析化学(第九章p区元素)
B
Al
Ga
In
Tl
价电子层构型
2s12p1
3s13p1
4s14p1
5s15p1
6s16p1
金属半径/pm
88
143
122
163
170
沸点/0C
3864
2518
2203
2072
1457
熔点/0C
2076
660.3
29.76
三、碳族元素 1、概述 C Si Ge Sn Pb （1） 存在的形式 、丰度 （2） 物理、化学性质 1）价电子构型 ns2np2 2）共价半径及变化规律 3）电负性、电子亲合能及变化规律 4）电极电势 （3） 应用 2、碳、硅及其化合物 （1） C、Si单质 1）C的同素异形体 2）Si的晶型 3）成键的特点 4）应用
（2）碳、硅化合物 1）氢化物： 碳烷、硅烷 两类物质的比较、硅烷的制备、性质 2）氧化物 CO、 CO2 SiO SiO2 CO： ▲ 制备（实验室制备、工业生产） C + H2O → CO +H2 HCOOH → CO + H2O H2SO4 H2C2O4 → CO + CO2 + H2O H2SO4 ▲ 结构的特殊性 按照电负性，C的电负性较小，O的电负性较大，形成CO后应为 C+ O-，实际上则是： C- O+，作配位体时，C原子为配位原子（原因？） ▲ 化学性质：还原性、配位性
硅酸盐骨架结构（由SiO2的四面体结构（单元结构） 构成 的复杂结构：
156.6
303.5
电负性
2。04
1。61
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COCl2 光气 1 ; HCN 氰化氢
10
1
乙硼烷的成键特征
最简单的硼烷是B2H6 2BH3(g) = B2H6(g) △H=－148kJ·mol-1
HH HCCH
HH
HH
? H B B H?
HH
C has 4 valence e, H has 1, so C2H6 has enough electrons (8+6) for 7 (2c2e) bonds.
3.6 氢化物
组成:
BnHn+4
BnHn+6 [BnHn]2-
硼烷
共20多种
缺电子性
命名：同碳烷
B2H6 乙硼烷 （ B1~B10 甲、乙、…辛、壬、癸）
B16H20
十六硼烷 （B11以上：十一 …）
若原子数目相同，而H原子数目不同：
B5H9 B5H11
戊硼烷-9 戊硼烷-11
毒性大
空气中允许的最高浓度10-6（ppm） 0.1
Brust, M.; Walker, M.; Bethell, D.; Schiffrin, D. J.; Whyman, R. J. Chem. Soc.,Chem. Comm. 1994, 801-802.
Wuelfing, W. P.; Gross, S. M.; Miles, D. T.; Murray, R. W. J. Am. Chem. Soc.Байду номын сангаас1998, 120, 12696-12697.
B2H6 only has 6+6=12 electrons,
making an
ethane-like
structure impossible.
2
乙硼烷的成键特征
三中心两电子氢桥键
H 97 o H B
133 pm
H
B
122 o
H
H
H
119 pm
存在两种氢
1950-60s, William N. Lipscomb@ Harvard University
应用很广的加氢还原剂
25
Ga-H/In-H 化合物
Digallane
不稳定，室温分解 Ga2H6 → 2 Ga + 3 H2
Ga2Cl6 + 4 Me3SiH → (H2GaCl)2 + 4 Me3SiCl 1/2 (H2GaCl)2 + LiGaH4 → Ga2H6 + LiCl
Digallane is volatile and condenses at −50 C into a white solid.
8
Brust two-phase synthesis
broad distribution
Fast reducing occurring at the interface
9
Amine-Borane Complexes
NH3 BH3
NH2 BH3
O
NH BH3
BH3
N
10
Synthesis of well-controlled gold nanoparticles
11
高硼烷
• Made by controlled pyrolysis of B2H6 • Highly specific and not at all predictable (cf
disconnection approach in organic chemistry).
B2H6
160-200°C slow hot tube pyrolysis
均裂
B2H6+2:CO→2H3B:CO
5
乙硼烷的反应性
与LiH 或 NaH加合
Lewis碱 2LiH + (NaH)
Lewis酸 B2H6
酸碱加合物 2Li+[BH4]- 万能还原剂 ( Na+[BH4] -)
水解/醇解/酸解 B2H6+H2O H3BO3+H2
B2H6+ROH B(OR)3+H2
对于BnHn2-： a=0，q=0，d=2， 所以b = n+1，为闭式结构
17
Wade rule
Type formula
closo−
closed
nido−
nestlike
arachno−
weblike
hypho−
Chainlike
BnHn2− BnHn+4 BnHn+6 BnHn+8
18
碳硼烷(carborane)
B3N3H6
21
无机苯的反应
加成反应
22
Al-H 化合物
23
铝烷
Alane is a polymer. Its formula is sometimes represented with AlH3.
α-AlH3 unit cell
H coordination
Al coordination
3 LiAlH4 + AlCl3 4 AlH3 + 3 LiCl 2 LiAlH4+BeCl22AlH3 + Li2BeH2Cl2 2 LiAlH4 + H2SO4
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
B6H10 nido-hexaborane (10)
H
H
H
CB5H9
2-carba-nido-hexaborane (9)
19
金属碳硼烷配合物 (metallocarborane)
20
无机苯： B3N3H6 (Borazine)
无机苯（硼氮苯）的电子结构和几何形状都与苯相似
3
乙硼烷的合成
• Hf = +80 kJ/mol, so direct combination of B and H is not possible.
a. 质子置换法: MnB + 3H+ = 1/2B2H6 + Mn3+
b. 氢化法: BCl3 + 3H2 = 1/2B2H6 + 3HCl
c. 氢负离子置换法:
InH3 compound has never been synthesized but monomeric InH3 has been observed in matrix isolation.
H3InP(Cy)3
26
Si-H 化合物
1.4798 A
硅烷, 通式为SinHn+2
243K
Mg2Si
Wuelfing, W. P.; Gross, S. M.; Miles, D. T.; Murray, R. W. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 12696-12697.
7
以NaBH4为还原剂合成Au纳米颗粒
Organic layer Water
N(C8H17)4+ BrHAuCl4
2 AlH3 + Li2SO4 + 2 H2 2 LiAlH4 + ZnCl2
2 AlH3 + 2 LiCl + ZnH2
AlH3 比 LiAlH4更活泼
24
铝烷的反应
AlH3 + N(CH3)3 → H3Al ·N(CH3)3 / H3Al ·[N(CH3)3]2 AlH3 + (C2H5)2O → H3Al ·O(C2H5)2 4 AlH3 + 3 CO2 → 3 CH4 + 2 Al2O3 AlH3 + LiH → LiAlH4 Na + Al + 2 H2 → NaAlH4 高温、高压 NaAlH4 + LiCl → LiAlH4 + NaCl
Air and moisture must be rigorously
excluded: diborane is highly pyrophoric (引火 的)!
2NaBH4 + I2 B2H6 + 2NaI + H2 2NaBH4 + 2H3PO4 B2H6 + 2NaH2PO4 + 2H2 4BF3 + 3LiAlH4 2B2H6 + 3LiAlF4 4BF3 + 3NaAlH4 2B2H6 + 3NaAlF4
B10H14
80 C/200 atm/5hr
B4H10
H2/200-240°C/rapid hot tube pyrolysis
B5H9
12
硼烷中的五种键型
硼氢键 B-H
硼硼键 B-B
氢桥键
H
BB
开放的3中心-2电子硼桥键 B
B B 闭合的3中心-2电子硼桥键 B
BB
nido B6H10 巢式 nest
多步蒸馏分离 以达到高纯度
Si + 3 HCl → HSiCl3 + H2 4 HSiCl3 → SiH4 + 3 SiCl4 催化剂：金属卤化物 AlCl3
4
乙硼烷的反应性
均裂
H
H
B
H
H
异裂
Lewis酸 与Lewis碱加合
H 2L
B H
均裂 2BH3 : L 异裂 [BH2L2]++[BH4]-
B2H6 + 2:NH3→[BH2(NH3)2]+ + [BH4]- 异裂
B2H6 + 2:NH2C4H9→2 H3B:NH2C4H9