38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。
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2076C。
沸点3927C。
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a菱形硼a菱形硼是由B i2单元组成的层状结构，a菱形硼晶体中既有普通的。
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a-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。
无机化学-第六章-硼族元素
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23-мар-22
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
23-мар-22
BCl3 g
-107 12.7
BBr3
BI3
23-мар-22
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
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。
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。
硼族元素及其化合物
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。
《硼族元素教学》课件
结语
在《硼族元素教学》的PPT课件中，我们通过介绍硼族元素的共性与特性、 物理性质、化学性质及应用领域，希望增加大家对硼族元素的了解和兴趣。 感谢您的参与与探索！
硼族元素在自然界中的分布
硼族元素在地壳中广泛存在，并在矿物、土壤和化石中得以发现。
硼族元素的共性与特性
1 电子结构和周期表
位置
2 原子半径和离子半径 3 电负性和金属性
硼族元素的原子半径较
硼族元素的电负性较低，
硼族元素的电子结构决
小，并且与离子半径、
而金属性较强，具有一
定了它们的化学性质，
电荷密度有关。
硼族元素的化学性质
1
化合价和化合物类型
硼族元素的化合价各不相同，形成了多种不同类型的化合物，如氧化物、氢化物 等。
2
饱和度和极性
硼族元素的饱和度和极性影响了它们的化学反应和与其他元素的相互作用。
3
化学反应和反应机理ห้องสมุดไป่ตู้
硼族元素在化学反应中表现出特定的反应机理和行为，为化学合成和反应设计提 供了重要基础。
《硼族元素教学》PPT课 件
欢迎来到《硼族元素教学》课件！在这个课程中，我们将深入了解硼族元素 的共性与特性、物理性质、化学性质以及应用领域。让我们开始探索吧！
介绍
硼族元素的定义
从化学角度来看，硼族元素是周期表中第13族元素，具有特定的电子结构和化学性质。
硼族元素的历史和发现
硼族元素的发现与历史悠久，包括对硼，铝和镓等元素的研究与探索。
应用与展望
硼族元素在材料科学中 的应用
硼族元素及其化合物在材料科 学领域中有着广泛的应用，如 硼氮化物在高温材料和涂层中 的应用。
硼族元素在生命科学中 的应用
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。
硼
-H2O
H3BO3
2B 3MgO 性质： B 2 O 3 3Mg
B2O3
+H2O -H2O
2HBO2
+H2O -H2O
2H3BO3
xB2O3· yH2O 多硼酸
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
性质： • 一元弱酸 (固体酸,Lewis酸) B(OH)-4 H K =5.8×10-10 H3BO3 H2O
973 K
与其它非金属
2B N2 2BN B F2 常温 BF3 B X2 BCl3 , BBr3
BS B2S3
与H2O 与酸
B H2O(g) H3BO3 H2 B HNO3 (浓) H3BO3 NO2 B H2SO 4 (浓) H3BO3 SO 2
硼砂珠实验：
Na2B4O7 CoO Co(BO2 )2 2NaBO2 (蓝色) Na2B4O7 NiO Ni(BO2 )2 2NaBO2 (绿色)
3.硼的卤化物
2杂化 B ： sp • BX3结构： 非极性分子
X
B
• BX3性质：
X
X
BF3
BCl3 BBr3
BI3 s 49.9 210
室温下 g g l 聚集态 熔点/℃ -127.1 -107 -46 沸点/℃ -100.4 12.7 91.3
制取：
B2O3 3H2SO 4 (浓) 3CaF2 BF3 3CaSO 3H2O
B2O3 3C 3Cl 2 2BCl3 3CO
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。
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
第13章--硼族元素
(3) Al(OH)4-+NH4+ — Al(OH)3 + NH3 + H2O
4. 为何BH3不存在，而BF3却稳定存在？
解: 因为BH3是缺电子化合物，不稳定，经过形成B2H6使 B旳缺电子性得到补偿； BF3虽然也是缺电子分子，但是F原子中未参加成键旳P 轨道有孤对电子，能够与B旳空旳P轨道形成离域π键π46 ，补偿了B旳缺电子性质，所以不需要形成二聚体。
三、 硼旳卤化物
BX3旳中心硼原子旳轨道采用sp2杂化，构型 为三角形，为缺电子构造。
X
B
X
X
BX3 是经典旳强旳路易斯酸，如：
BF3(g) ＋ NH3
H3N→BF3
BX3水中发生强烈水解：
BCl3＋3 H2O
B(OH)3＋3 HCl
将 BF3 通入水中: BF3＋ 3 H2O ——B(OH)3 ＋ 3 HF
5. 为何BF3中B-F键能是646kJ/mol, 而NF3中N-F仅为 280kJ/mol 解：BF3分子中存在离域π键π46，即B-F除σ键外还有π键 ，而NF3分子中N-F键是单键； 而且NF3是三角锥形，F原子之间斥力大，使分子稳定性 降低，键能减小，BF3是三角形，F原子间斥力小，分子 稳定，键能增大。
3B2H6+6NH3→2B3N3H6+12H2 xB2H6+2xNH3=2(BN)x+6xH2
二、 硼旳含氧化合物
1 B2O3 和 H3BO3
B2O3 是最难结晶旳物质之一。在红热条件下 硼酸脱水只能得到玻璃态旳 B2O3，只有在较低旳 温度下、极其缓慢地脱水才干得到 B2O3 晶体。
化学元素周期表之硼
以铝、钙等为原料，在高温高压条件下合成硼。
硼矿资源分布
01
全球分布
全球硼矿资源主要分布在土耳其、中国、 美国、俄罗斯等国家。
02
国内分布
我国硼矿资源主要分布在辽宁、吉林、黑 龙江等省份，其中辽宁省的硼矿资源最为 丰富。
03
品质与储量
我国硼矿品质较高，但储量相对较低，因 此需要加强硼矿资源的勘探和开发利用。
03
硼的化合物
硼的氧化物
种类介绍
硼有多种氧化物， 如B2O3、B4O7等， 它们在化学性质和 用途上有一定差别。
制备方法
通过不同的化学反 应可以制备出不同 种类的硼氧化物， 如金属硼化物与酸 反应、硼酸脱水等。
应用领域
硼氧化物在陶瓷、 玻璃、涂料等领域 有广泛应用，如用 于制造耐火材料、 光学玻璃等。
防治病害
03 硼能增强植物的抗病能力，减少病害的发生。
硼在其他领域的应用
建筑材料
硼在建筑材料中可以增强其强度和耐久性， 提高建筑物的安全性能。
农业领域
硼可以提高农作物的产量和品质，增强其 抗逆性，促进农业的可持续发展。
05
硼的制备方法和资 源
硼的制备方法
天然硼的提取
从富含硼的矿石中经过高温处理提取出天然硼。
化学元素周期表 之硼
目录
01 硼 的 发 现 和 特 性 02 硼 在 周 期 表 中 的 位 置 和 特 点 03 硼 的 化 合 物 04 硼 的 应 用 领 域 和 实 例 05 硼 的 制 备 方 法 和 资 源
01
硼的发现和特性
硼的发现
1808年，化学家戴维在用电解熔融的硼 酸时得到一种新的金属，并命名为“硼”。
大学无机化学—硼族元素备课笔记
可以 看出，硼族元 素的性质大都 是呈现出规律 性的变化，但 也有些异常现 象。电子亲和 能的异常变化 与卤素、氮族 元素以及碳族 元素类似，这
硼族元素原子的价电子层结构为 ns2np1，常见氧化态为+3 和+1，随原子序数的递增，ns2 电子对趋于稳定，特别是 6s 上的 2 个电子稳定性特别 强。使得从硼到铊高氧化数(+Ⅲ)稳定性依次减小，即氧化性依次增强；而低氧化数(+I)稳定性依次增强，其还原性依次减弱。例如：Tl(Ⅲ)是很强的 氧化剂，而 Tl(Ⅰ)很稳定，其化合物具有较强的离子键特性。
共熔
高温下下有氧化剂存在时，与碱反应； 2B + 2NaOH + 3KNO3
2NaBO2 + 3KNO2 + H2O
14.2.2.3 镓、铟、铊
镓、铟、铊都是比铅还要软的金属。液态镓的熔沸点差别是所有单质中最大的（m.p=29.78，b.p=2403）.将液态镓充填在石英管中做成
的温度计，测量温区大。液态镓中有 Ga2 存在，所以其密度大于固态镓。镓和 As、Sb 作用形成的 GaAs、GaSb 是优良的半导体材料。稀散元素， 不存在独立的矿石，而与其它矿共生。这三种元素都由各自的光谱发现。
3 过滤、洗涤、干燥氢氧化铝，灼烧分解的到氧化铝；2Al(OH) 3 = Al2O3 + 3H2O
4 高温下点解由 Al2O3、冰晶石 Na3AlF6﹙2％-8％﹚及助熔剂萤石 CaF2﹙约 10％﹚的混合熔液制的单质铝；
14.2.1.3 单质镓的制备
镓是分散元素，通常以提取铝或锌“废弃物”为原料。如在用碱处理铝矾土时，镓转化为可溶的 Ga(OH) 3，由于其酸性强于 Al(OH)3，因此 在通 CO2 时 Al(OH)4先于 Ga(OH)4和 CO2 反应生成 Al(OH)3 沉淀, Al(OH)3 在 pH=10.6 时沉淀，而 Ga(OH) 3 开始沉淀的 pH=9.7，控制 pH 使 Al(OH)4 沉淀而 Ga(OH)4仍留在溶液中。这样 COH 就在溶液中富集，最后可得含 0.2％Ga2O 3(相当于 0.15%的 Ga)的 Al2O3
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。
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；
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1、氟硼酸
它是一种强酸，仅以离子状态存在于水溶液中。铜、锡、铅、镉、钴、铁、镍等金属的氟硼酸盐用于电镀，速度快，镀层质量好，又省电。
2、硼的氧化物
三氧化二硼B2O3的熔点为72OK，沸点为2523K；易溶于水，形成硼酸：
B2O3 + 3H2O 2H3BO3
但遇热的水蒸气可生成易挥发的偏硼酸：
B4O5(OH)42- + 5H2O 2H3BO3 + 2B(OH)4-
这种水溶液具有缓冲作用。硼砂易于提纯，水溶液又显碱性，所以分析化学上常用它来标定酸的浓度。硼砂还可以作肥皂和洗衣粉的填料。
5、过硼酸盐
6、氮化硼
四、金属铝
铝是银白色金属,熔点930K,沸点2700K.具有良好的导电性和延展性,也是光和热的良好反射体.
4、多硼酸盐-硼砂
除IA族金属元素以外，多数金属的硼酸盐不溶于水。多硼酸盐与硅酸盐一样，加热时容易玻璃化。
最常用的硼酸盐即硼砂。它是无色半透明的晶体或白色结晶粉末。在它的晶体中，[B4O5(OH)4]2-离子通过氢键连接成链状结构，链与链之间通过Na+离子键结合，水分子存在于链之间，所以硼砂的分子式按结构应写为Na2B4O5(OH)4.8H2O。
（处理方法）
教学资源
学情分析
拟留作业
教学环节
教学内容
备注
一、硼族元素
第ⅢA族包括硼、铝、镓、铟和铊五种元素。其中除硼是非金属元素外，其余的都是金属元素，且其金属性随着原子序数的增加而增强。
二、硼族元素的特性
本族元素原子的价电子层结构为ns2np1，常见氧化态为+3和+1，随原子序数的递增，ns2电子对趋于稳定，特别是6s上的2个电子稳定性特别强。使得从硼到铊高氧化数(+Ⅲ)稳定性依次减小，即氧化性依次增强；而低氧化数(+I)稳定性依次增强，其还原性依次减弱。例如：Tl(Ⅲ)是很强的氧化剂，而Tl(Ⅰ)很稳定，其化合物具有较强的离子键特性。
Fe2O3 + 2Al Al2O3 + 2Fe
高纯度的铝(99.950%)不与一般酸作用，只溶于王水。普通的铝能溶于稀盐酸或稀硫酸，被冷的浓H2SO4或浓、稀HNO3所钝化。所以常用铝桶装运浓H2SO4、浓HNO3或某些化学试剂。
但是铝能同热的浓H2SO4反应。
2Al + 6H2SO4(浓) Al2(SO4)3 + 3SO2↑+ 6H2O
2、γ-Al2O3
在温度为723K左右时，将Al(OH)3、偏氢氧化铝AlO(OH)或铝铵矾(NH4)2SO4·Al2(SO4)3·24H2O加热，使其分解，则得到γ－Al2O3。这种Al2O3不溶于水，但很易吸收水分，易溶于酸。把它强热至1273K，即可转变α－Al2O3。γ－Al2O3的粒子小，具有强的吸附能力和催化活性，所以又名活性氧化铝，可用作吸附剂和催化剂。
课程名称
无机化学课次Leabharlann 审批签字主要教学内容
硼族元素及其化合物
1、硼族元素基本性质
2、硼族元素的特性
授课时数
授课时间
授课班级
化工1301、分析1301
教材对应范围
项目（章）
任务（节）
页次
教学目标
◆知识目标：
◆能力目标：
◆情感目标：
教学重点
（突破方法）与
教学难点
（处理方法）
（重点）——
（处理方法）
（难点）——
铝比较易溶于强碱中。
2Al + 2NaOH + 6H2O 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑
五、氧化铝
1、α-Al2O3
自然界存在的刚玉为α－Al2O3，它的晶体属于六方紧密堆积构型，6个氧原子围成一个八面体，在整个晶体中有2/3的八面体孔穴为Al原子所占据。由于这种紧密堆积结构，加上晶体中Al3+离子与O2-离子之间的吸引力强，晶格能大，所以α－Al2O3的熔点(2288±15K)和硬度(8.8)都很高。它不溶于水，也不溶于酸或碱，耐腐蚀且电绝缘性好，用作高硬度材料、研磨材料和耐火材料。天然的或人造刚玉由于含有不同杂质而有多种颜色。例如，合微量Cr(Ⅲ)的呈红色，称为红宝石；含有Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)或Ti(Ⅳ)的称为蓝宝石；含少量Fe3O4的称为刚玉粉。将任何一种水合氧化铝加热至1273K以上，都可以得到α－Al2O3。工业上用高温电炉或氢氧焰熔化氢氧化铝以制得人造刚玉。
2、碱式氯化铝
以铝灰和盐酸为主要原料（还有其他方法和原料），在控制的条件下制得的碱式氯化铝是一种高效净水剂。它为无色或黄色树脂状固体，溶液无色或呈黄褐色，粗制品为灰黑色。
九、硫酸铝
无水硫酸铝Al2(SO4)3为白色粉末。从水溶液中得到的为Al2(SO4)3.18H2O，它是无色针状结晶。Al2(SO4)3和明矾是人们早已广泛使用的净水剂（絮凝剂），但是处理水的效果不及碱式氯化铝好。铝离子能引起神经元退化，若人脑组织中铝离子浓度过大会出现早衰性痴呆症。Al2(SO4)3和明矾还用作媒染剂。织物用Al2(SO4)3的水溶液浸泡以后，再浸在Na2CO3或Ca(OH)2溶液中片刻，则所产生的胶状Al(OH)3沉积在纤维上，很容易吸附染料。此外，Al2(SO4)3还是泡沫灭火机中常用的药剂。
3、β-Al2O3
六、氢氧化铝
Al2O3的水合物一般都称为氢氧化铝。
氢氧化铝是典型的两性化合物。新鲜制备的氢氧化铝易溶于酸也易溶于碱:
3H2O + Al3+ Al(OH)3 Al(OH)4-
例如：Al(OH)3 + 3HNO3 Al(NO3)3 + 3H2O
Al(OH)3 + KOH K[Al(OH)4]
课后小结
B2O3 + H2O(g) 2HBO2(g)
由于B-O键能大，即使在高温下也只能被强还原剂镁或铝所还原。熔融玻璃体B2O3可以溶解多种金属氧化物得到有特征颜色的玻璃，也用此来作定性鉴定。
3、硼酸
硼酸H3BO3为白色片状晶体，微溶于水，在热水中溶解度明显增大，这是由于受热时，晶体中的氢键部分断裂所致。
2、铝酸盐
用金属铝或氧化铝或氢氧化铝与与碱反应即生成铝酸盐。
八、铝的卤化物
1、无水AlCl3在常温下是一种白色固体，遇水强烈水解，解离为Al(H2O)63+和Cl-离子。AlCl3还容易与电子对给予体形成配离子(如AlCl4-)和加合物(如AlCl3·NH3)。这一性质使它成为有机合成中常用的催化剂。
+Ⅲ氧化态的硼族元素具有相当强的形成共价键的倾向。硼因原子半径较小，电负性较大，使其共价倾向最强，其它的硼族元素成键时表现为极性共价键。
硼族元素的价电子层有4条轨道（ns、npx、npy、npz），而只有3个价电子，这种价电子层中价轨道数超过价电子数的原子称为缺电子原子，中心原子价轨道数超过成键电子对数的化合物称为缺电子化合物。如本族+Ⅲ价单分子化合物BF3、AlCl3等。缺电子原子在形成共价键时，往往采用接受电子形成双聚分子或稳定化合物和形成多中心键（即较多中心原子靠较少电子结合起来的一种离域共价键）的方式来弥补成键电子的不足。
铝最突出的化学性质是亲氧性，同时它又是典型的两性元素。
铝一接触空气或氧气，其表面就立即被一层致密的氧化膜所覆盖，这层膜可阻止内层的铝被氧化，它也不溶于水，所以铝在空气和水中都很稳定。
铝的亲氧性还可以从氧化铝非常高的生成焓看出来。
4Al + 3O2 2Al2O3△fHθ=－3339 kJ·mol-1
由于铝的亲氧性，它能从许多氧化物中夺取氧，故它是冶金上常用的还原剂。且常被用于冶炼铁,镍,铬,锰,钒等难熔金属，称为铝还原法。
硼砂在干燥空气中容易风化，加热到623～673K时，成为无水盐，继续升温至1151K则熔为玻璃状物。它风化时首先失去链之间的结晶水，温度升高，则链与键之间的氢键因失水而被破坏，形成牢固的偏硼酸骨架。
硼砂同B2O3一样，在熔融状态能溶解一些金属氧化物，并依金属的不同而显出特征的颜色(硼酸也有此性质)。例如：
七、铝盐和铝酸盐
1、铝盐
用金属铝或氧化铝或氢氧化铝与酸反应即可得到铝盐。铝盐都含有Al3+离子，在水溶液中Al3+离子实际上以八面体的水合配离子[Al(H2O)6]3+而存在。它在水中水解，而使溶液显酸性。如
[Al(H2O)6]3+ + H2O Al(H2O)5OH]2+ + H3O+
[Al(H2O)5OH]2+还将逐级水解。因为Al(OH)3是难溶的弱碱，一些弱酸（如H2CO3、H2S、HCN等）的铝盐在水中几乎完全或大部分水解，所以弱酸的铝盐如Al2S3及Al2(CO3)2等不能用湿法制得。
Na2B4O7 + CoO 2NaBO2.Co(BO2)2(蓝宝石色)
因此，在分析化学中可以用硼砂来作“硼砂珠试验”，鉴定金属离子。此性质也被应用于搪瓷和玻璃工业(上釉、着色)和焊接金属(去金属表面的氧化物)。硼砂还可以代替B2O3用于制特种光学玻璃和人造宝石。
硼酸盐中的B-O-B键不及硅酸盐中的Si-O-Si键牢，所以硼砂较易水解。它水解时，得到等物质的量的H3BO3和B(OH)4-，