中山大学无机化学精品课程第15章硼族元素
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
11
12
(①21、)与腰7、部外1：2部、每B10个1、2 B成41)2与键单同元一6个平B面原内子相(1、②子顶与顶部上部(3一、和层8底、3部个9)：和B原底子部或(5下、一6、层131个)各B3原个子B原共
邻的另外6个B12共形成6个3c-2e键 (B-B 203 pm)，共用去:
形成6个正常B-B 2c-2e键 (B-B 171 nm)，共 用去:
B
B
VIII
IB
IIB
III
IV
VA
VI
VII
A
A
A
A
0
金r 属因
金 属
性素
性
增占
减
强优
弱
非
Z*
金
r
因
属
因
素
性
素
占
减
占
优
弱
优
原子半径(r)与有效核电荷(Z*)互相竞争，导致上述 元素金属性、非金属中性山递大学变无机规化律学精，品课显程第著15表章 现出“周期
硼族元素
硼族元素中的山大△学无G机硼化/族F学元-精Z素品图课程第15章
3. 形成多中心缺电子键，形成多面体： 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)
4. B是亲F、亲O元素： 键能/kJ·mol-1 B-O 561~690；Si-O 452；
B-F 613； Si-F 565
5. B与Si的相似性(r 与Z*竞争结果) 对角线规则
中山大学无机化学精品课程第15章 硼族元素
二、硼单质
单质硼
无定形硼（棕色粉末） 晶体硼：最重要-菱形硼（黑灰色）
1. 硼制备：
钽、钨或氮化硼表面
(1) -菱形硼 12 BI3
(2)无定形硼
══════
800~1100 ℃
B12(C) + 18 I2(g)
Na2B4O7·10H2O + 2HCl = 4H3BO3 + 2NaCl + 5H2O
价电 子数 3 × 12 = 36
1
B12：36个价电子参与成键情况 4
3
2
5
6
棱数：B12单元内，每个B与
பைடு நூலகம்
9
8
另5个B相连，有5条棱与之有关， 1 0
7
合计: 5 ×12/2 = 30条棱
11
12
中山大学无机化学精品课程第15章 硼族元素
3c-2e
1
3
4
2c-2e与上方B 2
5
6
9
8
1 0 2c-2e与下方B 7
§15-1 硼
一、硼成键特征：
1. B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-
2. 缺电子性质（ns2np1）
价轨道数 4 2s2px2py2pz 价电子数 3 2s22p1
C.N. = 3或4: BX3 , B(OH)3 , BF4BF3 + F- = BF4-
第15章 硼族元素
Group IIIA: B Al Ga In Ta
硼铝镓铟铊
硼族元素的价电子构型与氧化态稳定性变化
价电子 构型
氧化态
氧化态 稳定性
B
+3
+1 +3
Al
+1, +3
稳稳
Ga
ns2np1 +1, +3
定定
In
(n = 2-6) +1, +3
性性
Tl
+1, +3
增减
大小
中山大学无机化学精品课程第15章 硼族元素
中山大学无机化学精品课程第15章 硼族元素
§15-2 铝分族 — 铝、镓、铟、铊
一、基本性质
性质：
Al
Ga
In
Tl
价电子结构 3s23p1 (n-1)d10ns2np1 (n = 4, 5) (4f145d10)6s26p1
6s2惰性电子对效应
+3
+3，+1 +3，+1
+1
低价态稳定性↑，高价态氧化性↑（同IVA、VA族）
➢总的价电子数：10 + 26 = 36, 与B12价电子数一致。
3. 硼的化学性质 晶体硼惰性。 无定形硼稍活泼，高温下能与N2、O2、 S、X2发生反应，显
还原性。 R.T.
(1) 2B(s) + F2(g) ══ 2(BB亲F3F中)山大学无机硼化族学元精素品课程第15章
973 K 4B(s) + 3O2(g） = 2B2O3(s）
中山大学无机化学精品课程第15章 硼族元素
(2) 无定形B被热的浓H2SO4或浓HNO3氧化： 2B(s) + 3H2SO4(浓) ═══ 2H3BO3 + 3SO2(g)
B(s) + 3HNO3(浓) ═══ H3BO3 + 3NO2(g)
(3) 有氧化剂存在并强热时与碱作用：
共熔
+3
2B + 2KOH + 3KNO3 ══ 3KNO2 + 2KBO2 + H2O
A (M3+ / M )或 A (H3BO3/B) /V
(据△G/F-Z图计算“斜率” )
-0.73 -1.66 -0.517 -0.35 +0.713
M
Al
还
B
。
原
。
Ga
性
。 In
。
Tl
中山大学无机化学精品课程第15章 硼族元素
。
元素金属性、非金属性递变规律
IA
IIA
III
IV
VB
VI
VII
B
B
△rH298 = - 2887 kJ·mol-1 △rG298 = - 2368 kJ·mol-1 ∴B在炼钢中作脱氧剂。
B-O Si-O C-O 键能/kJ·mol-1 560-690 > 452 > 358
(B亲O) 2x B(s) + xN2(g) = 2(BN)x (s) 氮化硼：石墨结构，B-N键极性，为绝缘体 2B(s) + 3X2(g) = 2BX3 (X = Cl、Br、I）
2H3BO3 = B2O3 +3 H2O (800 K)
B2O3 + Mg = 3MgO + 2B (800 K)
中山大学无机化学精品课程第15章 硼族元素
2. -菱形硼结构（重点）
（教材p.154~155 ，原子晶体，结构单元：B12） B12结构：正二十面体，12个顶点B原子，dB-B = 177 pm
6 × 2/3 e = 4 e
6 × 2/2 e = 6 e
➢ 每个B12与外部B中12山成大学键无机共硼化族用学元精素去品课4程e第+15章6 e = 10 e
(2) B12 单元内部成键 ： 由“多面体顶角规则”确定：
多面体顶点数 n 12
成键轨道数 n + 1 13
成键电子数2n + 2 26
Lewis酸 Lewis碱 酸碱加合物
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. B氧化态为+3.
本族其它元素C.N. ≥ 4, 例：Na3AlF6 随原子序数增大，Z*↑, n中s山2大趋学无向机硼稳化族学定元精素品，课T程第l +151章氧化态为特征。
12
(①21、)与腰7、部外1：2部、每B10个1、2 B成41)2与键单同元一6个平B面原内子相(1、②子顶与顶部上部(3一、和层8底、3部个9)：和B原底子部或(5下、一6、层131个)各B3原个子B原共
邻的另外6个B12共形成6个3c-2e键 (B-B 203 pm)，共用去:
形成6个正常B-B 2c-2e键 (B-B 171 nm)，共 用去:
B
B
VIII
IB
IIB
III
IV
VA
VI
VII
A
A
A
A
0
金r 属因
金 属
性素
性
增占
减
强优
弱
非
Z*
金
r
因
属
因
素
性
素
占
减
占
优
弱
优
原子半径(r)与有效核电荷(Z*)互相竞争，导致上述 元素金属性、非金属中性山递大学变无机规化律学精，品课显程第著15表章 现出“周期
硼族元素
硼族元素中的山大△学无G机硼化/族F学元-精Z素品图课程第15章
3. 形成多中心缺电子键，形成多面体： 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)
4. B是亲F、亲O元素： 键能/kJ·mol-1 B-O 561~690；Si-O 452；
B-F 613； Si-F 565
5. B与Si的相似性(r 与Z*竞争结果) 对角线规则
中山大学无机化学精品课程第15章 硼族元素
二、硼单质
单质硼
无定形硼（棕色粉末） 晶体硼：最重要-菱形硼（黑灰色）
1. 硼制备：
钽、钨或氮化硼表面
(1) -菱形硼 12 BI3
(2)无定形硼
══════
800~1100 ℃
B12(C) + 18 I2(g)
Na2B4O7·10H2O + 2HCl = 4H3BO3 + 2NaCl + 5H2O
价电 子数 3 × 12 = 36
1
B12：36个价电子参与成键情况 4
3
2
5
6
棱数：B12单元内，每个B与
பைடு நூலகம்
9
8
另5个B相连，有5条棱与之有关， 1 0
7
合计: 5 ×12/2 = 30条棱
11
12
中山大学无机化学精品课程第15章 硼族元素
3c-2e
1
3
4
2c-2e与上方B 2
5
6
9
8
1 0 2c-2e与下方B 7
§15-1 硼
一、硼成键特征：
1. B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-
2. 缺电子性质（ns2np1）
价轨道数 4 2s2px2py2pz 价电子数 3 2s22p1
C.N. = 3或4: BX3 , B(OH)3 , BF4BF3 + F- = BF4-
第15章 硼族元素
Group IIIA: B Al Ga In Ta
硼铝镓铟铊
硼族元素的价电子构型与氧化态稳定性变化
价电子 构型
氧化态
氧化态 稳定性
B
+3
+1 +3
Al
+1, +3
稳稳
Ga
ns2np1 +1, +3
定定
In
(n = 2-6) +1, +3
性性
Tl
+1, +3
增减
大小
中山大学无机化学精品课程第15章 硼族元素
中山大学无机化学精品课程第15章 硼族元素
§15-2 铝分族 — 铝、镓、铟、铊
一、基本性质
性质：
Al
Ga
In
Tl
价电子结构 3s23p1 (n-1)d10ns2np1 (n = 4, 5) (4f145d10)6s26p1
6s2惰性电子对效应
+3
+3，+1 +3，+1
+1
低价态稳定性↑，高价态氧化性↑（同IVA、VA族）
➢总的价电子数：10 + 26 = 36, 与B12价电子数一致。
3. 硼的化学性质 晶体硼惰性。 无定形硼稍活泼，高温下能与N2、O2、 S、X2发生反应，显
还原性。 R.T.
(1) 2B(s) + F2(g) ══ 2(BB亲F3F中)山大学无机硼化族学元精素品课程第15章
973 K 4B(s) + 3O2(g） = 2B2O3(s）
中山大学无机化学精品课程第15章 硼族元素
(2) 无定形B被热的浓H2SO4或浓HNO3氧化： 2B(s) + 3H2SO4(浓) ═══ 2H3BO3 + 3SO2(g)
B(s) + 3HNO3(浓) ═══ H3BO3 + 3NO2(g)
(3) 有氧化剂存在并强热时与碱作用：
共熔
+3
2B + 2KOH + 3KNO3 ══ 3KNO2 + 2KBO2 + H2O
A (M3+ / M )或 A (H3BO3/B) /V
(据△G/F-Z图计算“斜率” )
-0.73 -1.66 -0.517 -0.35 +0.713
M
Al
还
B
。
原
。
Ga
性
。 In
。
Tl
中山大学无机化学精品课程第15章 硼族元素
。
元素金属性、非金属性递变规律
IA
IIA
III
IV
VB
VI
VII
B
B
△rH298 = - 2887 kJ·mol-1 △rG298 = - 2368 kJ·mol-1 ∴B在炼钢中作脱氧剂。
B-O Si-O C-O 键能/kJ·mol-1 560-690 > 452 > 358
(B亲O) 2x B(s) + xN2(g) = 2(BN)x (s) 氮化硼：石墨结构，B-N键极性，为绝缘体 2B(s) + 3X2(g) = 2BX3 (X = Cl、Br、I）
2H3BO3 = B2O3 +3 H2O (800 K)
B2O3 + Mg = 3MgO + 2B (800 K)
中山大学无机化学精品课程第15章 硼族元素
2. -菱形硼结构（重点）
（教材p.154~155 ，原子晶体，结构单元：B12） B12结构：正二十面体，12个顶点B原子，dB-B = 177 pm
6 × 2/3 e = 4 e
6 × 2/2 e = 6 e
➢ 每个B12与外部B中12山成大学键无机共硼化族用学元精素去品课4程e第+15章6 e = 10 e
(2) B12 单元内部成键 ： 由“多面体顶角规则”确定：
多面体顶点数 n 12
成键轨道数 n + 1 13
成键电子数2n + 2 26
Lewis酸 Lewis碱 酸碱加合物
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. B氧化态为+3.
本族其它元素C.N. ≥ 4, 例：Na3AlF6 随原子序数增大，Z*↑, n中s山2大趋学无向机硼稳化族学定元精素品，课T程第l +151章氧化态为特征。