大连理工大学无机化学教研室《无机化学》笔记和课后习题(含考研真题)详解(p区元素(一))【圣才】

第13章p区元素（一）

13.1 复习笔记

一、p区元素概述

1．p区元素

p区元素：除H以外的所有非金属元素和部分金属元素。

惰性电子对效应：同族元素，自上而下，氧化值低的化合物的稳定性高于氧化值高的化合物的现象。

2．p区元素特征

（1）各族元素性质自上而下呈规律性变化

同族自上而下：原子半径↑，金属性↑，非金属性↓。

（2）多种氧化值

ns2np1～6的价电子构型使大部分p区元素具有多种氧化值。

（3）电负性大

电负性：p区元素＞s区元素。

（4）第二周期元素具有反常性

第二周期元素单键键能（N、O、F）＜第三周期元素单键键能（P、S、Cl）。

（5）第四周期元素表现出异样性

d区元素的插入，使第四周期元素的原子半径显著减小，性质展现出特殊性。

二、硼族元素

1．硼族元素概述

（1）硼族元素

硼族元素：元素周期表中第ⅢA族元素（B、Al、Ga、In、Tl）。

缺电子原子：价层轨道数大于价电子数的原子。

（2）硼族元素的性质

①价电子构型：ns2np1；

②常见氧化值：＋3，＋1；

③电负性：硼族元素的原子半径小、电负性大，易形成共价型化合物。

2．硼族元素的单质

（1）硼单质

单质硼的同素异形体包括无定形硼和晶形硼等，二者的差异为：

共同点：电负性大，熔点、沸点高。

不同点：无定形硼为棕色粉末，化学活性高。晶形硼为黑灰色，硬度大。（2）铝单质

铝单质特点：银白色固体金属，密度小，导电性和延展性良好，化学性质活泼。

3．硼的化合物

（1）硼的氢化物

硼烷：硼与氢间接反应生成共价氢化物，氢化物的物理性质与烷烃相似。 通式：B n H n ＋4、B n H n ＋6。

乙硼烷的性质：

①自燃：B 2H 6（g ）＋3O 2（g ）→B 2O 3（s ）＋3H 2O （g ）

②水解：B 2H 6（g ）＋6H 2O （l ）→2H 3BO 3（s ）＋6H 2（g ）

③加合反应：B 2H 6＋2NH 3→[BH 2·（NH 3）2]＋＋[BH 4]－

【注意】①乙硼烷自燃和水解放热较大，可用于制作火箭燃料。②乙硼烷是剧毒物质，空气中其最高允许含量为0.1µg/g 。

（2）硼的含氧化合物

①三氧化二硼B 2O 3

a ．物理性质

颜色：白色固体；密度：2.55g ·cm －3；熔点：450︒C 。

b ．化学性质

被碱金属还原：B 2O 3＋3Mg →2B ＋3MgO

与水反应：

②硼酸H 3BO 3

化学性质：硼酸为一元弱酸（固体酸）；与多羟基化合物发生加合反应；受热易分解。 ③硼砂

硼砂：硼酸盐的一种，水解呈碱性；溶液中，n （H 3BO 3）＝n （B （OH ）4－），具有缓冲作用。

（3）硼的卤化物

2222H O H O 23233H O H O B O 2HBO 2H BO ++--−−−→−−−→←−−−←−−−

①三卤化硼BX3

BX3在湿空气中发生水解反应

BX3＋3H2O→B（OH）3＋3HX

②氟硼酸H[BF4]

H[BF4]的酸性比HF强，可利用BF3的水解制备，反应方程为

4BF3＋3H2O→H3BO3＋3H[BF4]

4．铝的化合物

（1）氧化铝和氢氧化铝

①氧化铝Al2O3

Al2O3的两种主要变体为α-Al2O3和γ-Al2O3。二者的物化性质分别为：

a．α-Al2O3（刚玉）：硬度大、熔点高、化学性质不活泼、不溶于酸和碱（可溶于熔融的碱）。

b．γ-Al2O3（活性氧化铝）：比表面积大、溶于酸和碱、含杂质时颜色鲜明。

②氢氧化铝Al（OH）3

物化性质：两性氢氧化物，可溶于酸、碱。

用途：阻燃剂、医学上用氢氧化铝治疗胃肠溃疡。

（2）铝的卤化物AlX3

物化性质：熔点低，易挥发，易溶于有机溶剂，易形成双聚物。

无水AlCl3可发生剧烈水解反应，放出大量的热，在湿空气中发生水解反应而发烟。

【注意】AlF3是离子型化合物，其他AlX3为共价型化合物。

（3）铝的含氧酸盐

铝的含氧酸盐包括：硫酸铝、硝酸铝、氯酸铝和高氯酸铝等。

用途：明矾净水。

三、碳族元素

1．碳族元素概述

（1）碳族元素

碳族元素：元素周期表第ⅣA族元素（C、Si、Ge、Sn、Pb）。

（2）碳族元素的性质

①价电子构型：ns2np2；

②常见氧化值：＋4，＋2；

③稳定性：随着原子序数的增大，氧化值为＋4的化合物的稳定性降低，惰性电子对效应表现得较为明显。

2．碳族元素的单质

（1）碳单质

碳单质的同素异形体包括：石墨和金刚石等。石墨与金刚石的相关性质比较如表13-1-1所示。

表13-1-1 石墨与金刚石性质比较

（2）硅单质：质硬，熔点、沸点较高，分为无定形体和晶体两种。

（3）锗单质：灰白色金属，硬而脆。

（4）锡单质：有三种同素异形体：

（5）铅单质：质软，能阻挡X 射线，熔点较低。可作电缆的包皮，核反应堆的防护屏。

3．碳的化合物

（1）碳的氧化物

①一氧化碳（CO ）

无色无臭有毒气体，微溶于水；可作配体、还原剂。

②二氧化碳（CO 2）

无色无臭易液化；热稳定性高；固体二氧化碳（干冰）为分子晶体，经典的直线型分子结构：O ＝C ＝O 。

（2）碳酸及其盐

CO 2溶于水后形成二元弱酸H 2CO 3，在水溶液中存在解离平衡

H 2CO 3⇌H ＋＋HCO 3－

HCO 3－⇌H ＋＋CO 32－

碳酸盐可分为正盐和酸式盐两种，对于可溶性碳酸盐，加入不同的金属离子所生成的沉淀类型不同，具体包括：碳酸盐沉淀、碳酸羟盐（碱式碳酸盐）沉淀和氢氧化物沉淀 碳酸及其盐的热稳定性：H 2CO 3＜MHCO 3＜M 2CO 3；同族金属的碳酸盐稳定性自上而下增加；过渡金属碳酸盐稳定性差。

4．硅的化合物

（1）硅的氧化物

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