第13章硼族元素.ppt

第13章硼族元素教学要求 1 掌握硼的单质 氢化物 卤化物和含氧化合物的性质 2 掌握铝的单质 卤化物和含氧化合物的性质 3 通过硼及铝的化合物的结构和性质 了解本族元素的缺电子特征 4 掌握Be和Al的相似性 惰性电子对效应 5 了解镓 铟 铊的单质及化合物的性质 1 2020 3 20 IIIABAlGaInTl ns2np1 B为非金属 Al Ga In Tl是金属 常见氧化态 B Al Ga 3In 1 3Tl 1 硼族元素的最大特征是均为缺电子元素 价电子数少于价电子轨道数 可形成缺电子化合物 2 2020 3 20 13 1硼单质及其化合物 13 1 1硼单质 1硼的同素异形体 3 2020 3 20 1 与非金属反应2B 3F2 2BF3 室温 4B 3O2 2B2O3 炼钢过程中可作去氧剂 2B N2 2BN 高温 除H2 Te Rg外 2 与水蒸汽2B 6H2O g 2B OH 3 3H2 2单质硼的化学性质 4 2020 3 20 3 和氧化性酸B 3HNO3 浓热 B OH 3 3NO22B 3H2SO4 浓热 2B OH 3 3SO2 5 2020 3 20 3硼单质的制取 6 2020 3 20 13 1 2硼氢化合物 最简单的硼烷是B2H6 硼氢化合物的物理性质相似于烷烃 故称为硼烷 可以分为BnHn 4和BnHn 6两类 命名原则和烷烃相同 例如 B2H6B4H10乙硼烷 6 丁硼烷 10 7 2020 3 20 一 乙硼烷的制备和性质 1 乙硼烷的制备 乙醚介质中用氢化铝锂还原BCl3可得纯度较高的乙硼烷3LiAlH4 4BCl3 2B2H6 3LiCl 3AlCl3 无声放电条件下 用氢气还原BCl3可得到乙硼烷6H2 2BCl3 B2H6 6HCl 8 2020 3 20 1 还原剂B2H6 3O2 B2O3 3H2OB2H6 6Cl2 2BCl3 6HCl 2 水解B2H6 6H2O 2H3BO3 6H2 3 与NH3反应3B2H6 6NH3 12H2 2B3N3H6 453K xB2H6 2xNH3 6xH2 2 BN x 873K 2 乙硼烷的性质 白石墨 9 2020 3 20 二 硼烷的结构 三中心两电子氢桥键 10 2020 3 20 硼烷中有五种键型 硼氢键B H硼硼键B B 开式的3中心 2电子硼桥键 11 2020 3 20 癸硼烷 14 B10H14 的键联关系示意图 12 2020 3 20 13 1 3硼的含氧化合物 1B2O3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 13 2020 3 20 B2O3是酸性氧化物 在熔融态时 可与碱性的金属氧化物生成有特征颜色的偏硼酸盐 可用于鉴定 硼砂珠实验 CoO B2O3 Co BO2 2深蓝色Fe2O3 3B2O3 2Fe BO2 3黄色Cr2O3的硼珠绿色CuO的硼珠蓝色MnO的硼珠紫色NiO的硼珠绿色 14 2020 3 20 B sp2杂化 存在分子间氢键 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 15 2020 3 20 加入多羟基化合物可增加酸性 这是因为加入的物质可与B OH 4 结合成很稳定的硼酸酯 平衡右移 H 增大 如加入丙三醇 H3BO3是Lewis酸 是一元弱酸 Ka 5 8 10 10 16 2020 3 20 弱碱性 B OH 3 H3PO4BPO4 3H2O 17 2020 3 20 2硼砂及其它硼酸盐 硼砂 Na2B4O7 10H2O 白色结晶粉末 按结构应写为Na2B4O5 OH 4 8H2O 18 2020 3 20 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 19 2020 3 20 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 20 2020 3 20 21 2020 3 20 化学键三角形和四面体的轮廓线 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 22 2020 3 20 13 1 4硼的卤化物 1 BX3的结构B采取sp2杂化 平面三角形分子 为缺电子结构 分子中存在离域 46键 B的空pz轨道与3个X原子上充满电子的pz轨道作用 23 2020 3 20 2 BX3的性质 24 2020 3 20 13 2铝单质及其化合物 13 2 1铝单质 1铝的提取和冶炼 25 2020 3 20 2铝单质的性质 1 物理性质银白色金属 密度小 延展性和导电性好 主要用来制造轻合金 2 化学性质活泼金属 但在空气中由于表面生成了致密的氧化膜 不与氧和水反应 甚至也不与冷的浓硝酸和浓硫酸反应 只有此膜被破坏 遇NaCl等 铝的活泼性才表现出来 26 2020 3 20 亲氧性 27 2020 3 20 13 2 2铝的含氧化合物 Al2O3 刚玉 不溶于水 酸 碱 熔点高 硬度大 仅次于金刚石 耐腐蚀且绝缘性好 可用作高硬度材料 研磨材料和耐火材料 Al2O3 它有离子传导能力 允许Na 通过 可作蓄电池材料 Al2O3 活性氧化铝 不溶于水 但可溶于酸 碱 可作为吸附剂和催化剂载体 28 2020 3 20 2 Al OH 4 CO2 2Al OH 3 CO32 H2O 29 2020 3 20 13 2 3铝的三卤化物 AlCl3在水中强烈水解 因此在水溶液中不能结晶出它的无水盐 无水三氯化铝可用干燥的氯气作氧化剂在高温下和铝反应制备 AlCl3中铝为sp3杂化 分子中存在两个3c 4e的氯桥键 30 2020 3 20 1 金属单质都是钝化金属 在空气中表面均形成致密的氧化物膜而不易被腐蚀 在冷浓硝酸中钝化 都是两性金属 能溶于酸和碱中 13 2 4铍和铝的相似性 31 2020 3 20 水合卤化物BeCl2 4H2O和AlCl3 6H2O受热脱水时发生水解 32 2020 3 20 33 2020 3 20 13 3镓 铟 铊 镓的化学性质和铝很相似 但没有铝活泼 只有镓能与苛性碱溶液反应放出氢气 镓 铟和铊三种金属与氯气及溴的化合 在常温下就可以进行 在高温下 它们都可以与O2 S P As等非金属单质直接化合 1 单质镓的熔点为29 7 手心中可熔化 沸点为2204 熔沸点之差是所有金属中最大的 可制造测量高温的温度计 34 2020 3 20 镓 铟和铊三种金属都能与非氧化性稀酸反应放出氢气 2Ga 3H2SO4 Ga2 SO4 3 3H2 2In 3H2SO4 In2 SO4 3 3H2 2Tl H2SO4 Tl2SO4 H2 35 2020 3 20 如Tl III 是很强的氧化剂 Tl2 SO4 3 4FeSO4 Tl2SO4 2Fe2 SO4 3Tl NO3 3 SO2 2H2O TlNO3 H2SO4 2HNO32Tl3 3S2 Tl2S 蓝黑色 2S 2 惰性电子对效应 镓 铟 铊正三价化合物越来越不稳定 而正一价