《Wjhx123硼族元素》PPT课件.ppt

第三节硼族元素 第十二章 氮族、碳族和硼族元素 无机化学多媒体电子教案 第三节 硼族元素 第十二章 氮族、碳族 和硼族元素 无机化学多媒体电子教案 第三节 硼族元素 12-3-1 硼族元素概述 12-3-1 硼族元素概述 0 AAAAA He 氦 2 B 硼 C 碳 N 氮 O 氧 F 氟 Ne 氖氖 3 Al 铝铝 Si 硅 P 磷 S 硫 Cl 氯氯 Ar 氩氩 4 Ga 镓镓 Ge 锗锗 As 砷 Se 硒 Br 溴 Kr 氪氪 5 In 铟铟 Sn 锡锡 Sb 锑锑 Te 碲 I 碘 Xe 氙 6 Tl 铊铊 Pb 铅铅 Bi 铋铋 Po At 砹砹Rn 氡氡 有时称为土族元素，其中Al2O3为黏土的主 要成分，既难溶又难熔 1.81.71.61.52.0电负性( ) 589558579578801I1/(kJmol-1) 88.680625027 离子半径 r(M3+)/pm 17016312214388原子半径/pm 0、+1 (+3) 0、+1 +3 0、+1 +3 0、+3 0、+3 主要氧化数 6s26p15s25p14s24p13s23p12s22p1价层电子构型 814931135原子序数 铊(Tl)铟(In)镓(Ga)铝(Al)硼(B)A p 自然界没有游离硼， 主要矿有: 硼砂矿(Na2B4O710H2O)、 硼镁矿(Mg2B2O5H2O)、 方硼矿(2Mg3B8O15MgCl2)。 是地壳中蕴藏最丰富的金属元素 主要以铝矾土矿(Al2O3xH2O)存在 铝是银白色、有光泽的轻金属 具有良好的导电性和延展性 广泛用来作导线、结构材料和器皿 铝合金质轻又硬，用于飞机制造。 熔点比人的体温还低(30左右) 液态镓的熔点、沸点相差大， 可作高温温度计， 与其它金属可制低熔合金。 在自然界没有独立的矿物，分散在 其它矿物中, 都是软金属, 可用于生 产新型半导体材料。 与其它金属可制低熔合金与其它金属可制低熔合金 如含如含25%In25%In的的GaGa合金合金 可用于自动灭火装置可用于自动灭火装置 TlTl及其化合物均有毒及其化合物均有毒 误食少量铊盐可使毛发脱落误食少量铊盐可使毛发脱落 12-3-1 硼族元素概述 1.81.71.61.52.0电负性( ) 589558579578801I1/(kJmol-1) 88.680625027 离子半径 r(M3+)/pm 17016312214388原子半径/pm 0、+1 (+3) 0、+1 +3 0、+1 +3 0、+3 0、+3 主要氧化数 6s26p15s25p14s24p13s23p12s22p1价层电子构型 814931135原子序数 铊(Tl)铟(In)镓(Ga)铝(Al)硼(B)A p 价电子数价层电子轨道数为缺电子原子，可 形成缺电子化合物 34 N、O、XC、Si、HB、Al举 例 有孤对电子有空轨道特 点 多电子原子 价层电子轨道数 价电子数 等电子原子缺电子原子原 子 缺电子原子缺电子原子 可形成配位键可形成配位键 ( (如如HBFHBF 4 4 ) ) 多中心键多中心键( (如如B B 2 2H H6 6 ) ) 12-3-1 硼族元素概述 1.81.71.61.52.0电负性( ) 589558579578801I1/(kJmol-1) 88.680625027 离子半径 r(M3+)/pm 17016312214388原子半径/pm 0、+1 (+3) 0、+1 +3 0、+1 +3 0、+3 0、+3 主要氧化数 6s26p15s25p14s24p13s23p12s22p1价层电子构型 814931135原子序数 铊(Tl)铟(In)镓(Ga)铝(Al)硼(B)A p 氧化数+3化合物稳定性降低 氧化数+1化合物稳定性增加 即惰性电子对效应明显惰性电子对效应明显 12-3-1 硼族元素概述 12-3-2 硼的氢化物 12-3-2 硼的氢化物 硼氢化合物性质与碳的氢化物(烷烃) 、硅的氢化物(硅烷)相似，所以硼的 氢化物称为硼烷 类型 B5H11(戊硼烷- 11) B5H9(戊硼烷- 9) B4H10(丁硼烷- 10) BnHn+6 B2H6(乙硼烷) 举例 BnHn+4通式 由于硼烷及其衍生物的特殊 结构、性质和用途 使硼烷及其有关的碳硼烷化 学成为目前无机化学主要发 展领域之一 乙硼烷结构 两个3c-2e键 四个B-H 2c-2e键 在同一水平面上 两个3c-2e键 位于水平面上下 与水平面垂直 动画演示 多中心键 三中心二电子键(3c-2e)简称三中心键 是多中心键的一种形式 定义：是指3个或3个以上原子之间所 形成的共价键 B 缺电子原子 H等电子原子 形成二个三中心二电子键 强度：为一般共价键强度的一半 形成：缺电子原子 等电子原子 硼烷的性质比烷烃活泼 硼烷的性质 通常情况下不稳定，在空气中能自燃 反应速率大，并放出大量热 曾想用作火箭或导弹的高能燃料 但因毒性太大，而未采用 B2H6(g)+3O2 B2O3(g)+3H2O(g) 遇水发生水解 B2H6(g)+6H2O 2H3BO3+ 6H2 能与NH3、CO(有孤对电子)分子 发生加合作用 B2H6 + 3CO 2H3B CO B2H6 + 2NH3 2H3B NH3 12.3.3 硼酸及其盐 硼的含氧酸 名称分子式 偏硼酸HBO2 正硼酸 (简称硼酸) H3BO3 多硼酸xB2O3yH2O H2O H3BO3 HBO2 B2O3 H2O 12-3-3 硼酸及其盐 硼酸 12-3-3 硼酸及其盐 分子间通过氢键形成接 近六角形的对称层状结 构，层与层之间借助微 弱的范德华力联在一起 因此硼酸晶体为鳞片状 此结构使硼酸具有解理性 可用作润滑剂 硼酸 为固体酸。微溶于冷水，在热水中 溶解度增大 水溶液显酸性, 是由于硼原子是缺电子原子, 价层有空轨道，能接受水解离出的OH-孤对 电子，以配位键形式形成B(OH)4-。 一元弱酸 H3BO3 + H2O B(OH)4- + H+ Ka=5.810-10 硼酸 一元弱酸 H3BO3 + H2O B(OH)4- + H+ aK =5.810-10 水溶液显酸性, 是由于硼原子是缺电子原子, 价层有空轨道，能接受水解离出的OH-孤对 电子，以配位键形式形成B(OH)4 -。 硼砂 化学式为Na2B4O5(OH)48H2O 习惯用Na2B4O710H2O表示 无色透明晶体, 在空气中易风化失水 加热至350400脱水成为Na2B4O7, 878 熔融, 冷却后成玻璃状物质, 即硼砂玻璃 易溶于水, 其溶解度随温度升高而增大 易水解，水溶液呈碱性 4BO2- + H2O B4O72- + OH - B4O72- + 7H2O 4H3BO3 + 2OH - 硼砂 化学式为Na2B4O5(OH)48H2O 习惯用Na2B4O710H2O表示 无色透明晶体,在空气中易风化失水 加热至350400脱水成为Na2B4O7, 878 熔融, 冷却后成玻璃状物质, 即硼砂玻璃 易溶于水, 其溶解度随温度升高而增大 易水解，水溶液呈碱性 硼砂珠实验：铁、钴、镍、锰等金属氧化物 可溶解在硼砂熔体中, 呈不同的特征颜色 Na2B4O7+ CoO Co(BO2)22NaBO2 (蓝色) Na2B4O7+ NiO Ni(BO2)22NaBO2 (棕色) Na2B4O7+ MnO Mn(BO2)22NaBO2 (绿色) 分析化学曾用此性质来鉴定某些金属离子 硼的卤化物 BF3(g), BCl3(l), BBr3(l), BI3(s) 制备 B2O3 + 3CaF2 + 3H2SO4(浓) 2BF3 + 3CaSO4 + 3H2O 500C B2O3 + 3C + 3Cl2 2BCl3 + 3CO 硼的卤化物 BF3(g), BCl3(l), BBr3(l), BI3(s) 性质 BCl3极易水解, 形成烟雾. BCl3 + 3H2O 2H3BO3 + 3HCl BF3部分水解, 生成HBF4. BF3 + HF HBF4 (强酸) BF3, BCl3是lewis酸,有机反应的催化剂 12-3-4 氧化铝和氢氧化铝 12-3-4 氧化铝和氢氧化铝 氧化铝 两种主要变体 -Al2O3(刚玉) 硬度大，密度大 熔点高，不溶于酸 化学性质稳定 可作高硬质材料 耐磨材料和耐火材料 - Al2O3(活性氧化铝) 硬度小，质轻 不溶于水, 溶于酸和碱 表面积大, 有强的 吸附能力和催化活性 可作吸附剂和催化剂 刚玉中含微量 Cr() 红宝石 Fe()、Fe()、Ti() 蓝宝石 刚玉中含少量Fe3O4刚玉粉 氢氧化铝 在铝酸盐溶液中通入CO2, 得到晶态Al(OH)3 2Al(OH)4-+CO22Al(OH)3 +CO32-+H2O (白色) 在铝(III)盐溶液中加入氨水或适量碱, 得到 凝胶状含水量不定的水合氧化铝 (Al2O3xH2O) 通常也写成Al(OH)Al(OH) 3 3 氢氧化铝 难溶于水 两性 溶于酸 Al(OH)3+3H+ Al3+3H2O 溶于碱 Al(OH)3+OH- Al(OH)4- 经光谱实验证实： 溶液中不存在AlO2- 或AlO33- 12-3-5 铝盐 三氯化铝 12-3-5 铝盐 无水AlCl3只能用干法制取 2Al + 3Cl2 2AlCl3 Al2O3+3C + 3Cl2 2AlCl3 +3CO 无水AlCl3在水中发生水解，在潮湿空气 中因强烈水解而冒烟 常温下纯AlCl3为无色晶体 气态AlCl3为双聚分子 无水AlCl3溶于有机溶剂 三氯化铝双聚分子结构 2个Al 原子 与两侧的4 个Cl原子在 同一平面上 中间的2个 Cl原子位于 该平面两侧 动画演示 硫酸铝 制取：氢氧化铝与浓硫酸反应 2Al(OH)3+ 3H2SO4 Al2(SO4)3+6H2O Al2O3+ 3H2SO4 Al2(SO4)3+ 3H2O 常温下自溶液析出的是无色针状晶体 (Al2(SO4)318H2O) 易溶于水，易形成矾KAl(SO4)212H2O 水溶液由于Al3+水解呈酸性 Al3+ + H2O Al(OH)+ + H+ 硫酸铝 制取：氢氧化铝与浓硫酸反应 2Al(OH)3+ 3H2SO4 Al2(SO4)3+6H2O Al2O3+ 3H2SO4 Al2(SO4)3+ 3H2O 常温下自溶液析出的是无色针状晶体 (Al2(SO4)318H2O) 易溶于水，易形成矾Al(SO4)212H2O 水溶液由于Al3+水解呈酸性 Al3+ + H2O Al(OH)+ + H+ 弱酸的铝盐在水中完全水解 2Al3+ + 3S2- + 6H2O 2Al(OH)3 + 3H2S 2Al3+ + 3CO32- + 3H2O 2Al(OH)3 + 3CO2 Al3+的鉴定 Al3+ + 铝试剂 红色絮状沉淀 （pH=4 5） 铝试剂 铝试剂又称玫红三羧酸铵或金精三羧酸铵（系 统命名为3-二（3-羧基-4-羟基苯基）亚甲基-6 -氧代-1，4-环己烯-1-羧酸三铵）。 铝试剂是优良的金属指示剂，常温下为红 棕色或橙红色玻璃状粉末或颗粒，熔点范围为 220-225摄氏度（同时分解）。易溶于水而微溶