第13章硼族元素1资料

2 硼砂及其它硼酸盐
[B4O5(OH)4]2－ B: sp2 杂化 sp3 杂化
硼砂晶体在空气中易失去水而风化。受热到400 ˚C 左右，将失去 8 个结晶水和 2 个羟基水，形成化学式为 Na2B4O7 的无水盐。
硼砂本身为缓冲溶液，在洗衣粉中作填料。
B4O5(OH)42－ ＋ 5 H2O
2H3BO3 ＋ 2 B(OH)4－
的过硼酸钠被用于洗衣粉中作增白剂。
NaBO2 ＋ H2O2
NaBO3·H2O
硼酸盐的种类很多，结构也很复杂，但都是由最基
本的结构单元——三角形的BO3和四面体的BO4——联 结而成的。
(a) 化学键
(b) 三角形和四面体的轮廓线
13 － 1 － 4 硼的卤化物
BX3的中心硼原子的轨道采用sp2杂化，构型为三角形， 为缺电子结构。
上面的 H 和下面的 H，分别 与 B 形成氢桥键。
氢桥键属于三中心二电子键。 3c-2e
上面 H s 轨道 1个e
左边 B sp3 轨道
1个e
右边 B sp3 空轨道
0个e
下面 H s 轨道 1个e
左边 B sp3 空轨道
0 个e
右边 B sp3 轨道 1个e
B2H6 (g) ＋ 3 O2 (g) B2O3 (s) ＋ 3 H2O (l)
1 硼的同素异形体
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)结构
2 单质硼的化学性质
2 B ＋ 3F2 2 BF3
4 B ＋ 3O2 2 B2O3
2 B ＋ 6 H2O(g) 2 B(OH)3 ＋ 3 H2↑
2 B ＋ N2
2 BN
2 B ＋ 3 Cl2 2 BCl3
H
H HB H
B
B
BH
H BH
H
HB
BH
氢桥键
H BB
4个
HB
BH
H HB
H
H HB H
B
B
BH
H BH
H
HB
BH
硼桥键
B BB
源自文库2个
HB
BH
H HB
H
H HB H
B
B
BH
H BH
H
HB
BH
闭合式硼键 B
4个
BB
必须注意，癸硼烷－14 并非平面结构
端基 H 桥H
B 原子 近大远小
癸硼烷－14 的立体结构图
第 13 章 硼族元素
IIIA B Al Ga In Tl
ns2np1
B 为非金属，Al、Ga、In、Tl 是金属。
常见氧化态：B、Al、Ga ＋3
In
＋1，＋3
Tl
＋1
最大配位数：B： 4 其它：6
HBF4 Na3AlF6
硼族元素的最大特征是缺电子元素， 可形成缺电子化合物。
13 － 1 硼单质及其化合物 13 － 1 － 1 硼单质
13 － 1 － 3 硼的含氧化合物
1 B2O3 和 H3BO3
B2O3 是最难结晶的物质之一。在红热条件下硼酸脱 水只能得到玻璃态的 B2O3，只有在较低的温度下、极其 缓慢地脱水才能得到 B2O3 晶体。
B2O3易溶于水生成硼酸，粉末状的B2O3可用作吸水剂
B2O3＋ 3 H2O
2 H3BO3 (aq)
若水量不充足，如遇到热的水蒸气或潮气时
B2O3 ＋ H2O ( g )
2 HBO2 ( g )
硼酸具有片层状结构，层与层之间以分子间力联系在 一起。因此硼酸晶体有解理性，可作为润滑剂。
B：SP2杂化；存在分子间氢键
H3BO3是Lewis酸，是一元酸。
OH OH
OH
B
＋ Ｈ2O
OH
OH
－
B OH ＋ H＋
OH
硼酸酸性很弱，Ka＝5.8×10－10，加入多羟基化合物 可增加酸性。这是因为加入的物质可以与B(OH)4－结合成 很稳定的物质，如：
CH2 O HOCH
CH2 O
O
B O
CH2
－
HOCH
CH2
H3BO3 ＋ 3 CH3OHH2SO4 B(OCH3)3 ＋ 3 H2O
燃烧绿色火焰 可鉴别硼酸及盐
2B＋3S
B2S3
B ＋ 3 HNO3(浓)
B(OH)3 ＋ 3 NO2↑
2 B ＋ 3 H2SO4 (浓) 2 B(OH)3 ＋ 3 SO2↑
2B ＋ 2NaOH＋3 KNO3 2NaBO2＋3 KNO2＋H2O
13 － 1 － 2 硼的氢化物
最简单的硼烷是 B2H6
2 BH3(g) ＝ B2H6(g) △rH ＝ －148 kJ·mol－1
pH ＝ 9.24
硼砂珠实验:
Na2B4O7 △ B2O3 ＋ 2 NaBO2
＋) CoO ＋ B2O3
Co (BO2)2
Na2B4O7 ＋ CoO
2 NaBO2·Co(BO2)2
Cr2O3 为绿色 , Fe2O3 为黄色.
硼砂珠实验可用于除氧化物，定性分析，玻璃、陶瓷
上釉、制造人造宝石等。
偏硼酸钠与过氧化氢作用，可以生成过硼酸钠，大量
B2H6 (g) ＋ 6 Cl2 (g) BCl3 (l) ＋ 6 HCl (g)
B2H6 ＋ 6 H2O
2 H3BO3 ＋ 6 H2
硼氢键 硼硼键
B－H 2c-2e B－B 2c-2e
硼烷中有 五种键型
H
氢桥键
3c-2e B
B
B
开放的3中心－2电子硼桥键* B
B
*量子化学研究认为此种键可以不予考虑
X
B
X
X
BX3 是典型的强的路易斯酸，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
左边 B sp3 轨道 1 个e
B
右边 B sp3 空轨道 0个e
B10H14，癸硼烷－14 的键联关系
HB
BH
H HB
H
H HB H
B
B
BH
H BH
H
HB
BH
硼氢化合物中有 5 种常见键型
HB
BH
H HB
H
H HB H
B
B
BH
H BH
H
HB
BH
B－H 10 个 B－B 2 个
HB
BH
H HB
sp3
三中心两电子氢桥键 3c-2e
H
H
H B
H
H B
H B
H
133pm 119pm
B
H
H
H
H
H
B sp3 不等性杂化
2p 2s
sp3 杂化轨道
端基 H 和 B 之间形成 键 （s －sp3 ）
四个端基 H 和两个 B 形成 分子平面。
中间两个 H 不在分子平面内，上 下各一个，其连线垂直于分子平面。
3c-2e
B
闭合的3中心－2电子硼桥键
3c-2e
B
B
B
开放的3中心－2电子硼桥键* B
B
*量子化学研究认为此种键可以不予考虑
3c-2e
上面 B p 轨道 1个e
左边 B sp3 轨道 1个e
右边 B sp3 空轨道
0个e
闭合的3中心－2电子硼桥键
3c-2e
B
B
B
上面 B sp3 轨道 1个e
B
B