硼族元素..
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。
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
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
硼族元素n s2n p1B为非金属单质，Al、Ga、In、Tl是金属B，Al，Ga（+3）In （+1，+3）Tl（+1）最大配位数：B： 4 HBF4其他 6 Na3AlF6金属性：总的变化规律是由上而下逐渐增强不规则变化的IIIＡ族金属的熔点;镓的反常熔点与其存在Ga2有关! 元素Al Ga In Tlm.p./℃660 30 157 303存在和提取天然资源提取Ｂ硼砂等硼酸盐金属镁还原Ａl 铝土矿（Al2O3·xH2O）电解４Ａl（s）＋３Ｏ２（g）=２Ａl２Ｏ３（g）m o lKJH Or/3339-=∆硼（Boron）单质硼有多种同素异形体，基本结构单元为B12二十面体;二十面体连接的方式不同导致至少三种晶体单质硼的性质无定形硼比较活泼，室温下与F2反应，与Cl2, Br2, O2, S 等反应需加热，高温下与C, N2反应生成碳化物和氮化物，以几个反应较重要：2B + 6H2O ∆2B(OH)3+ 3H2B + 3HNO3 =H3BO3 + 3NO22B + 2OH- + 2H2O= 2BO2- + 3H2单质硼的制备方法:酸法和碱法两种1酸法:Mg2B2O5·H2O+2H2SO4=2H3BO3+2MgSO4虽可直接得H3BO3,但需耐酸设备等苛刻条件2碱法:Mg2B2O5·H2O+2NaOH=2NaBO2+2Mg(OH)2(浓) ↓浓的水溶液↓通CO2调碱度4NaBO2+CO2+10H2O=2Na2B4O7·10H2O+NaCO3硼砂↓溶于水，用H2SO4调酸度Na2B4O7 + H2SO4 + 5H2O= 4H3BO3+ Na2SO4溶解度小↓Δ脱水2 H3BO3 =B2O3 + 3H2O↓MgB2O3+3Mg =3MgO+2B (粗硼)粗硼含金属氧化物、硼化物及未反应完的B2O3↓用HCl, NaOH, HF (l) 处理纯硼( 95 % ~ 98 % )↓I2BI3↓钽丝（1000~1300K）2BI3 =2B+3I2（>99.95%)3电解B2O3 :在KBF4中的融体可得晶态硼。
大学无机化学第13章 硼族元素
硼化物一般具有高的硬度和熔点。
25
二、金属铝
1.物理性质和用途 （1）物理性质 • Al、Ga、In、Tl均为银白色，质软、轻而富有延
展性的金属。 • 铝是一种银白色有光泽的金属，密度2.7g·cm-3，
熔点为930K，沸点为2740K。它具有良好的延展性 和导电性，能代替铜用来制造电线、高压电缆、 发电机等电器设备。
2
§13.1 硼族元素的通性
0
ⅢA Ⅳ硼AB ：以Ⅴ硼A酸盐Ⅵ矿物A存在Ⅶ。A He 氦
2B 3 Al
硼 铝
SC(Ai 铝l2O碳硅A除 属3)l最硼。：NP为以由为广A磷氮于非泛l-O镓金，S键O、属第存3铟外在氧硫位，， 、。CF矿其铊l物余的氟氯以均性铝NA为质矾er 土氩氖金十
4 Ga 镓 Ge镓锗G分a相A：似s与砷Z，n,常SFe称e, A这硒l，三CB种rr等元溴矿素共K生为r 。氪镓
Ga存在于铝矾土和煤中，In和Tl存在于闪锌矿中。 • 地球元素含量（％）：O(46.4)、Si(28.2)、Al(8.3)、
Fe(5.6) 、 Ca(4.2) 、 Na(2.4) 、 Mg(2.3) 、 K(2.1) 、 Ti(0.57)、H（0.14）
14
13-2-1 硼族元素在自然界中的分布
价价原••••I电主1层离 r电/子价缺缺例注((负要特原kM电3子半电电电如意子J3氧子性·+半m径子子子：：数)轨化点子/(po径/数原化BH价m道l数pF-p1合子[m)3)B数层，：物F0缺8电H4、228]有：价0不.387电0子+B14空成电∧3是O子轨轨键子03缺5原。1、15道道电数74.电0子5+38子数3<子等对价化为形配 05电116、数层+缺 多72合位.‖缺成2+子3629轨电中1<物键电缺原价道子心。0(子子电51、1如8层数原键+56.有多037原子+H38轨子(1如孤电[子化B道可0∨8B对子F51、1(，合数形28+487H.]电原3.8+)069成6可物))1子子
《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
第讲硼族元素全解
第讲硼族元素全解硼族元素是周期表中位于第三主族的化学元素。
该族元素的原子结构特点、物理化学性质等方面有很多值得关注的地方。
原子结构特点硼族元素的原子结构特点有以下几点：原子半径硼族元素的原子半径在同一周期中逐渐减小，在同一族中则随着核电荷数增加而逐渐减小。
电子亲和能硼族元素的电子亲和能呈右下方向递减的趋势，其中铍的电子亲和能最小，铟的电子亲和能最大。
电离能硼族元素的电离能值，随着核电荷数增加而逐渐增大，在同一周期中的电离能值逐渐增大。
值得注意的是，三价铍电离能较小，因为可能存在相对稳定的三价氧化物，使得它不容易丧失一个电子。
化合价电子数硼族元素的化合价电子数为3个，因此大多数化合物都为三配位，分子为平面三角形或三棱柱形。
值得注意的是，硼族元素同样也会形成四、五、六价化合物。
物理化学性质硼族元素的物理化学性质主要表现为以下几个方面：电子构型硼族元素的电子构型为ns2np1，其中n依次为2、3、4、5、6，p轨道只有一个未被占据，因此硼族元素属于典型的半金属元素。
化合反应•与非金属的反应：硼族元素可与氧、氮等非金属元素发生化学反应，并有产物生成。
•与金属的反应：大多数硼族元素均能够和金属反应，生成非常具有特异性的异构体。
物理性质•密度：硼族元素的密度随着原子序数的增加而逐渐增大。
•熔点：硼族元素的熔点随着原子序数的增加而先增后降。
•固定化学反应：硼族元素的固定化学反应能力很强，是化学反应中经常用到的一种试剂。
典型代表元素硼族元素中，最典型的代表元素为硼、铝、镓和铟。
硼硼的存在形式有硼酸、硼砂和硼烷等。
其烷基化合物中的双止键和三角形构型具有独特的结构。
硼制品被广泛地应用于一些领域，如玻璃、烟花、橡胶和塑料的生产等。
铝铝是第三大产量金属，铝和铝合金引人瞩目的特性是轻、硬、耐腐蚀、导电和热传导性好。
因此铝及其合金被广泛应用于汽车、航空和建筑等各个领域。
镓镓是一种蓝黑色的金属元素，也称为“未来金属”。
其压电和半导体性质被广泛地运用于电子技术领域，如生物医学、计算和通讯应用等。
第2章硼族元素
共价半径之和(pm) 153
键能(kJ· mol-1)
646
BX3是以形成大π键来满足 其对电子的要求
由于有空轨道,可接受外来
电子,均为路易斯酸
∏ 46
BF3+NH3=F3B:NH3
BF3+ HF =H+[BF4]-
2.3 硼的氢化物和卤化物
1、硼的氢化物---硼烷的性质 ① 自燃 B2H6 (g) 3O2 (g) B2O3 (s) 3H2O(g)
H
B O
层状结构
层内：B sp2杂化 有氢键 层间：范德华力
H3BO3 片 层 结 构
每个氧原子除以共价键与硼原子、氢原子相结合，还能通过氢 键连成片状结构。
∴似石墨，有解离性，做润滑剂
（1）H3BO3能溶于水。
硼酸在冷水中的溶解度很低，在热水中溶解度增大（为什么？）
因部分氢键断裂而溶解度增大。
（2）H3BO3的缺电子特性
2. AlCl3的成键特征
AlCl3中铝为不等性sp3杂化
(GaCl3)2
(InCl3)2
(AlBr3)2 (AlI3)2
(GaBr3)2
除B的卤化物及ⅢA的氟化物以外,均为二聚形式。
3. BX3的成键特征及路易斯酸性
BF3 (g) 熔点(K) 沸点(K) 键长(pm)(实测) 146 172 131 BCl3 (l) 166 285 174 180 444 BBr3(l) 227 364 189 195 368 BI3(s) 316 483 210 214 267
-1 △ rHm -2034kJ mol
高能燃料，剧毒
② 水解
-1 -509.3kJ mol △ rHm
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
-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。
大学化学课件硼族元素
价电子数 < 价轨道数，B是缺电子原子 → 缺电子化 合物BX3、B(OH)3等，Lewis酸。
3. 形成多中心缺电子键，形成多面体-结构复杂： 硼晶体中有B-B-B， 硼烷中有B-B-B，或B-H-B 3c - 2e键 (3c-2e bond)
(1) 价轨道数：46 ＋110 = 34 6B 10H
(2)价电子数 3×6 + 1×10 = 28 6B 10H
6个 B-H 2c-2e: 2e×6 =12 e 4个 B-H-B 3c-2e: 2e×4 = 8 e
B
2个3c-2e:
2e×2 = 4 e
B
B
2个B-B 2c-2e：2e×2 = 4 e
例：TlCl3 ═══ TlCl + Cl2↑ 室温TlBr3分解；无Tl（III）I3，但 Tl+I3- 存在。
§5-3 硼烷
一、组成
BnHn+4 和BnHn+6 , 共20多种。
二、命名：同碳烷
BnHn+4
B2H6 B5H9 戊硼烷-9 B16H20
BnHn+6
B5H11 戊硼烷-11
乙硼烷 B1~B10 甲、乙、…… 辛、壬、癸）
(B-B 203 pm)，共用去:
键(B-B 171 nm)，共用去:
6 × 2/3 e = 4 e
6 × 2/2 e = 6 e
➢与外部B12 成键共用去4 e + 6 e = 10 e
(2) B12 单元内部成键 ： 由“多面体顶角规则”确定：
第十二章：.硼族元素
“缺电子化合物”有空的价层轨道，所以有非常强的 继续接受电子对的能力， （1）自身聚合 （2）路易斯酸 （3）多中心缺电子键
§12-3 硼及其化合物（Boron and its Compounds） 一、单质 1、单质硼有多种同素异形体
4MnSO4 10NaBiO3 14H2 SO4 4NaMnO4 5Bi2 (SO4 )3 3Na2 SO4 14H2O
3、解释： (1)西奇威克：刚充满的d(或f)亚层的屏蔽作用较弱，价 电子受到核引力较强，强穿透力的ns电子极难失去；
(2)德拉戈：重元素的价层轨道的重迭程度较差；全满 d(和f)亚层强烈排斥键合原子的原子实。
(i) B2O3与SiO2：固态酸性; (ii) H3BO3与H4SiO4都是很弱的酸； (iii) 多硼酸盐与多硅酸盐结构相似； (iv) 硼烷、硅烷可燃性气体。
（2）常温不活泼，仅与F2反应，在高温下活泼， (3) 与氧化性的酸反应，生成H3BO3
B + 3HNO3 (浓) = H3BO3 + 3NO2
2B+3X2 2BX3
3CaF2 + B2O3 + 3H2SO4 (浓) = 2BF3 + 3CaSO4 + 3H2O
c.卤化法
d.置换法
B2O3 + 3C + 3Cl2 = 2BCl3 + 3CO
BF3 (g)+AlCl3 AlF3 + BCl3
BF3 (g)+ AlBr3 AlF3 + BBr3
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；
硼族元素(硼铝镓铟铊) 化学方程式总结
第13章硼族元素硼 1. 硼与氮气:2B+N2高温2BN2. 硼与浓硫酸:2B+3H2SO4(浓) △2B(OH)3+3SO2↑3. 碘化硼分解:2BI31000K Ta2B+3I24. 乙硼烷与氧气:B2H6+3O2自然B2O3+3H2O5. LiBH4+2H2O=LiBO2+4H2↑6. 三氧化二硼与水:3B2O3+3H2O(g)=2B3O3(OH)3(g)7. 氟化硼与水:BF3+3H2O=B(OH)3+3HF氟化硼与氟化氢:BF3+HF=H[BF4]8. 硼与硫:2B+3S高温B2S39. 硼与氯气:2B+3Cl2高温2BCl310. 硼与水:2B+6H2O(g)=2B(OH)3+3H211. Na2B4O7+H2SO4+5H2O=4H3BO3+Na2SO412. 硼酸受热分解:2H3BO3△B2O3+3H2O13. 三氧化二硼与镁:B2O3+3Mg高温2B+3MgO14. 硼与浓硝酸:B+3HNO3(浓) △B(OH)3+3NO2↑15. 硼与浓硫酸:2B+3H2SO4(浓) △2B(OH)3+3SO2↑16. 硼与氢氧化钠:2B+2NaOH+3KNO熔融2NaBO2+3KNO2+H2O17. 三氯化硼与氢气:2BCl3+6H无声放电B2H6+6HCl18. 3LiAlH4+4BCl乙醚中2B2H6+3LICl+3AlCl319. 乙硼烷与氯气:B2H6(g)+6Cl2(g)=2BCl3(l)+6HCl(g)20. 乙硼烷与甲醇:B2H6+6CH3OH=2B(OCH3)3+6H221. 4NaH+B(OCH3)3=NaBH4+3NaOCH322. 三氧化二硼与水:B2O3+3H2O=2H3BO3(aq)23. 三氧化二硼与氧化铜:B2O3+CuO熔融Cu(BO2)2(蓝色)24. 三氧化二硼与氧化铁:3B2O3+Fe2O3熔融2Fe(BO2)3(黄色)25. 硼酸与水:B(OH)3+H2O=[B(OH)4]-+H+26. 硼酸与乙醇:B(OH)3+3C2H5OH浓H2SO4(C2H5O)3B+3H2O27. [B4O5(OH)4]2-+5H2O=2H3BO3+2[B(OH)4]-28. 氟化硼与氨气:BF3(g)+NH3=H3N→BF331. 三氯化硼与水:BCl3+3H2O=B(OH)3+3HCl32. 硼与氟气:2B+3F2=2BF333. 硼酸与磷酸:B(OH)3+H3PO4=BPO4+3H2O34. 偏硼酸钠与过氧化氢:NaBO2+H2O2=NaBO3·H2O35. B2O3+8CaF2+8H2SO4(浓)+3H2O=2B(OH)3+16HF+8CaSO4铝 1. 铝与氢氧化钠:2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H22. 偏铝酸钠与氯化铵:NaAlO2+NH4Cl+H2O=Al(OH)3+NH3+NaCl3. Al2O3+2NaOH+3H2O加压煮沸2Na[Al(OH)4]4. 2Na[Al(OH)4]+CO2=2Al(OH)3↓+Na2CO3+H2O5. 氢氧化钠受热分解:2Al(OH)3△Al2O3+3H2O6. 电解三氧化二铝:2Al2O3通电熔融冰晶石4Al+3O2↑7. 铝与氯气:2Al+3Cl2△2AlCl38. 六水氯化铝受热分解:AlCl3·6H2O△Al(OH)2Cl+4H2O+2HCl↑9. 铝离子与氨水:Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+10. Na[Al(OH)4]+NH4Cl=Al(OH)3↓+NaCl+NH3+H2O11. 铝与三氧化二铁:2Al+Fe2O3点燃镁条2Fe+Al2O312. 铝与盐酸:2Al+6HCl(aq)=2AlCl3+3H2↑13. 铝与硫单质:2Al+3S高温Al2S314. 氯化铝与氢化锂:3nLiH+nAlCl乙醚中(AlH3)n+3nLiCl15. 氢氧化铝与氢氧化钠:Al(OH)3+NaOH(aq)=Na[Al(OH)4]镓(Ga)1.镓与稀硫酸:2Ga+3H2SO4(稀)=Ga2(SO4)3+3H2↑2.镓与浓硝酸:Ga+6HNO3(浓)=Ga(NO3)3+3NO2↑+3H2O铟(In)1.铟与稀硫酸:2In+3H2SO4(稀)=In2(SO4)3+3H2↑铊(Tl)1.氢氧化铊与氯化钠:TlOH+NaCl=TlCl+NaOH2.三氯化铊与碘化钾:TlCl3+3KI=TlI+I2+3KCl3.三氯化铊与硫化钠:2TlCl3+3Na2S=Tl2S↓+2S↓+6NaCl4.氯化铊与氯气:TlCl+Cl2=TlCl35.铊与稀硫酸:2Tl+H2SO4(稀)=Tl2SO4+H2↑6.铊与稀硝酸:Tl+2HNO3(稀)=TlNO3+NO2↑+H2O7.硫酸铊与硫酸亚铁:Tl2(SO4)3+4FeSO4=Tl2SO4+2Fe2(SO4)38.硝酸铊与二氧化硫:Tl(NO3)3+SO2+2H2O=TlNO3+H2SO4+2HNO39.铊离子与硫离子:2Tl3++3S2-=Tl2S↓+2S↓10.。
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图16-3 -菱形硼的结构
-菱形硼中含有B12基本结构单元，其中 Bsp3杂化。 B12 为正二十面体的笼状结构，上、下部各有5个等边三 角形，中部有10个等边三角形。[见 P770图16-3 (a)( b)] 基本结构单元间有两种形式的化学键：
2c-2e键连接的B—B间距为171pm（前、后各3个B）
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
B B ⑤闭合的
(3c-2e键)
B
B
B
硼烷的化学对 结构化学的发展 起了重要的推动 作用。
硼氢化物中的多中心离域键（示意图）：
3c-2e硼桥键
（开放式三中心键）
5c-6e硼键
3c-2e硼键
（关闭式或向心式三中心键）
BnHn+m硼烷半拓扑图中键型与键数的确定(P779)
通式为BnHn+m硼烷分子(m是指n个BH基团以外的 H原子数)，其骨架中存在的键型与键数可根据Lipscomb 等人提出的半拓扑图式进行推测，即用四个数来表示硼烷 中除外向B—H键以外的其它类型的化学键。
③ 多面体习性
——晶态B和许多硼的化合物为多面体或多面体的碎片， 形似笼状或巢状等结构。 这种多面体的习性同它能形成多种类型的键有关。
巢图状16硼-3 烷-结菱形构硼的结构
2-3 单质硼
(1) 硼的同素异形体
无定形硼为棕色粉末； 晶态硼有16种以上的同素异形体有黑色的、亮红色的、 黄色的等，其中-菱形硼呈黑灰色。
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-
② 缺电子
B化合物易与电子对供体形成配键： BF3 + F- BF4B(OH)3 + OH- [B(OH)4]-
单质硼和B化合物中还能形成多中心键 3c-2e 键 、 sp2杂化的硼化合物中的大键。
(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
B Al Ga In Tl
原子序数 价层结构 主要氧化数 共价半径 / pm M3+离子半径 / pm
5 13 31 49 81 2s22p1 3s23p1 4s24p1 5s25p1 6s26p1
(2) 乙硼烷的结构
B2H6若是类似 C2H6的结构，形成正常共价键需14e， 但 B2H6 分子总共才12e。“缺电子性”决定了它的结构 的特殊性。
B2H6的3c-2e bond 模型
——B为不等性sp3杂化，杂化轨道分为两组：
第一组的2个杂化轨道各有一个价电子，形成两个端B – H键； 第二组2个杂化轨道将与另一个（同样杂化的）BH3生成桥B – H键 ，由于只有一个价电子，故其中有一个空的杂化轨道：
1949年后，利普斯科姆开始对硼烷、碳硼烷及其一系列 衍生物进行系统研究。关于硼烷的结构，早在半个世纪前 曾有人做过研究，但都未能真正解释明白硼烷及其衍生物 组分的多样化结构的复杂性。
利普斯科姆利用低温X 射线衍射方法等测定了多种硼烷 结构。根据他测定的结果，硼烷分子具有代表性的结构是 一种笼状的空间三维结构，并经核磁共振试验验证。 他的研究结果表明： 硼烷是一种“缺电子化合物”，属于三中心两电子键结构。 由此可解释B-H-B和B-B-B键，圆满地阐明了硼烷分子的 复杂结构。
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。
与非金属 单质的反应
2B + 3X2 ＝ 2BX3 2B +N2 ＝ 2BN 4B + C ＝ B4C
其中：BN、 B4C 是有特殊性能的 材料。
与酸及熔 B + 3HNO3 (浓) ＝H3BO3 + 3NO2↑ 碱的反应 2B + 3H2SO4 (浓) ＝2H3BO3 + 3SO2↑
2B + 6NaOH(熔融) ＝ 2Na3BO3 + 3H2↑
与金属的 反应
高温下硼几乎能与所有的金属反应 生成间充型硼化物。硼钢具有硬度大， 耐高温，抗腐蚀等特点。金属硼化物 一般不符合原子价规律。
(3) 制取
粗 B 用HCl、NaOH、HF等处理 (金属氧化物、金属硼化物、B2O3等)， 可得高纯度的棕色无定形B。
Mg2B2O5 H2O 浓NaOH、 NaBO2[滤去Mg(OH)2 ] CO2 Na2B4O7 10H2O H2SO4 H3BO3 B2O3 、Mg或Al B(粗品)
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
其它高硼烷大多为正二十面体或不完整的二十面体 碎片，具有笼状、或巢状、或蛛网状结构。如：
硼烷中的5种类型化学键（P778-779）：
① 端基B-H (2c-2e bond ) ② B-B (2c-2e bond )
︵ ③ H (3c-2e bond)
BB
︵B
④ 开口的
(3c-2e bond)
BB
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
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
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。
+3 +3 +3(+1) +3(+1) +3(+1) 82 118 126 144 148 20 50 62 81 95
I1 800.6 577.6 578.8 558.3 589.3
电离能( kJ·mol-1) I2 2427 1817 1979 1821 1971
I3 3660 2745 2963 2705 2878
或：BI3 1000～1300K ,Ta丝 - 菱形硼
2-4 硼烷
(1) 硼烷的组成
硼的氢化物目前已知的仅20多种，按其组成可将 硼烷分为两类（其命名同碳烷）：
BnH(n+4) B2H6 B5H9 （戊硼烷-9 ） B16H20 BnH(n+6) B3H9 B4H10 B5H11 （戊硼烷-11） 其中最简单的硼烷是B2H6 （而不是BH3） 。
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
利普斯科姆
William Nunn Lipscomb,Jr. (1919～)
B5H11、 B5H9的三中心键及半拓扑图式
H H
BH
H
B
B H
H
H
H
B
H