第16章-硼族元素

1、本章主要内容本章主要内容 (一一) 硼硼 (二二) (三三) 硼族元素性质递变硼族元素性质递变 硼硼(B) 铝铝(Al) 镓镓(Ga) 铟铟(In) 铊铊(Tl) B Al Ga In Tl价电子结构价电子结构 2s22p1 3s23p1 4s24p1 5s25p1 6s26p1主要氧化态主要氧化态 +3 +3 +3(+1) +3,+1 +1(+3)共价半径共价半径/pm 82 118 126 144 148 电负性电负性 2.04 1.61 1.81 1.78 1.8 价电子构型：价电子构型：ns2np1 缺电子元素：价电子数缺电子元素：价电子数价层轨道数价层轨道数 缺电子化合物：成键电子对

2、数缺电子化合物：成键电子对数 Ka =5.810-10非羟基氧数目非羟基氧数目, 酸性增强酸性增强任何硼酸盐任何硼酸盐 + H+ H3BO3 （水溶解度最小）（水溶解度最小） 受热易分解受热易分解 逐步脱水逐步脱水正硼酸正硼酸 偏硼酸偏硼酸 四硼酸四硼酸oooo120 C140-1605003224723B(OH)HBOH B OCCB O 硼硼 酸酸 盐盐硼硼 砂砂O10HOBNa2742O8H(OH)OBNa24542硼酸根的结构硼酸根的结构B4O5(OH)42B: SP2杂化 ,SP3杂化构成构成缓冲溶液缓冲溶液 pH=9.24 (20 ) 水解呈碱性水解呈碱性 与酸反应制与酸反应制H3

3、BO34233242742SONaBOH4O5HSOHOBNa 脱水脱水8782472232210210Na B OH OB ONaBOH O 2-4542334B O () +5H O2H BO2B(OH)OH =硼砂与硼砂与B2O3、B(OH)3一样，与一些金属氧化物共熔一样，与一些金属氧化物共熔带特征颜色的偏硼酸盐。带特征颜色的偏硼酸盐。硼硼 砂砂 硼砂珠试验硼砂珠试验鉴定金属离子鉴定金属离子Na2B4O7+CoO=2NaBO2.Co(BO2)2 蓝宝石色蓝宝石色2Cr(BO2)36NaBO2Cu(BO2)2 CuBO2 Fe(BO2)2 Fe(BO2)3 Ni(BO2)2 MnO22B

4、2O3 绿色绿色蓝色蓝色红色红色绿色绿色棕色棕色黄棕黄棕紫色紫色硼硼 砂砂 珠珠 实实 验验硼砂珠实验: Na2B4O7 = B2O3+2NaBO2 +) CoO +B2O3 = Co (BO2)2 除氧化物除氧化物定性分析定性分析陶瓷、玻璃上釉陶瓷、玻璃上釉制造人造宝石制造人造宝石Na2B4O7+7H2O = 4H3BO3+2NaOH H3BO3+OH = B(OH)4 PH=9.24Na2B4O7+CoO=2NaBO2Co(BO2)2Cr2O3为绿色为绿色 Fe2O3为黄色为黄色.缓冲溶液缓冲溶液洗衣粉填料洗衣粉填料(I) -Al2O3 自然界存在自然界存在刚玉刚玉:熔点高熔点高,硬度大硬

5、度大(II) -Al2O3 吸附剂和催化剂吸附剂和催化剂三氧化二铝三氧化二铝多种变体多种变体, -Al2O3 , -Al2O3 2. 铝的含氧化合物铝的含氧化合物天然宝石天然宝石: 透明氧化铝晶体含不同杂质而呈现鲜明颜色透明氧化铝晶体含不同杂质而呈现鲜明颜色红宝石红宝石(Cr3+) 蓝宝石蓝宝石(Fe3+,Cr3+) 黄玉黄玉/黄晶黄晶(Fe3+) 绿宝石绿宝石(Cu2+)氢氧化铝氢氧化铝-+OHOH3+234HHAl +3H OAl(OH)Al(OH) 两性两性3+32Al(OH)3Al +3H OH -34Al(OH)Al(OH) OH 铝的含氧酸盐铝的含氧酸盐Al3+易水解易水解Al(H

6、2O)63+ Al(OH)(H2O)52+ + H+铝钾矾铝钾矾(明矾明矾)：OH12)KAl(SO224S(g)3H(s)2Al(OH)O6H2S2Al232-23(g)3CO(s)2Al(OH)OH3CO32Al232-233=硼的卤化物同硅的卤化物在物理性质上极其相似硼的卤化物同硅的卤化物在物理性质上极其相似 硼的三卤化物硼的三卤化物 Lewis酸性酸性： BX3是缺电子化合物，与是缺电子化合物，与Lewis碱加合。碱加合。 BF3 + :NH3 = F3BNH3 BF3 + HF = HBF4 氟硼酸，氟硼酸，强酸（似强酸（似H2SiF6）BCl3(l)+3H2O(l)=H3BO3(s

7、)+3HCl(aq)强路易斯酸，可接受强路易斯酸，可接受HF,NH3,醚，醇等醚，醇等中的电子对，有机合成中常用催化剂中的电子对，有机合成中常用催化剂 潮湿空气中水解发烟潮湿空气中水解发烟4BF3(l)+3H2O(l)=H3BO3(s)+3HBF4(aq) BX3都是共价化合物都是共价化合物强酸强酸 BF3(g) BCl3(g) BBr3(l) BI3(s)m.p. b.p. 升高升高 铝的三卤化物铝的三卤化物 AlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3共价性增强共价性增强C.N.=6, 离子型离子型二聚体二聚体, 共价型共价型AlCl3最重要最重要223232H OAlIAlI AlCl3

8、溶于乙醇、乙醚、苯等有机溶剂溶于乙醇、乙醚、苯等有机溶剂, 气态或非极性溶剂中都以气态或非极性溶剂中都以Al2Cl6存在存在AlCl3缺电子缺电子, Al倾倾向向sp3杂化杂化氯桥键与氯桥键与B2H6的桥的桥本质不同本质不同AlAlClClClClClClAlCl3 AlCl3水中强烈水解水中强烈水解. HCl3Al(OH)O3HAlCl323潮湿空气中的潮湿空气中的AlCl3，遇遇NH3生成生成NH4Cl白烟为白烟为NH4Cl白烟为白烟为NH4Cl 用干法合成用干法合成AlCl3322AlCl(g)3ClAl2CO32AlCl3Cl3COAl3232(g)3H2AlCl6HCl(g)2Al2

9、3 硼族卤化物的比较硼族卤化物的比较 三价卤化物的稳定性逐渐减弱三价卤化物的稳定性逐渐减弱B和和Al-只有三价卤化物只有三价卤化物Ga, In, Tl-既有三卤化物既有三卤化物,又有一价卤化物又有一价卤化物Tl的一价卤化物比三卤化物稳定的一价卤化物比三卤化物稳定 TlCl3 R.T. TlCl + Cl2 Tl (III) 强氧化性， TlBr3 TlBr + Br2 6s 2惰性电子对效应 Tl(III) I3不存在，不存在， Tl(I) I3存在存在Tl(OH)3不存在不存在, Tl(OH) 存在存在 TlCl TlBr TlI存在，并且难溶于水，存在，并且难溶于水，TlF易溶于水易溶于水

10、 三价卤化物通常是较强的路易斯酸三价卤化物通常是较强的路易斯酸 Al, Ga, In的三卤化物易得二聚体的三卤化物易得二聚体 GaCl2 InCl2 中不存在单电子中不存在单电子-反磁性反磁性 GaCl2 实为实为 Ga(I) Ga(III)Cl4 InCl2 实为实为 In (I)In(III)Cl4周期表中的对角线规则周期表中的对角线规则LiBeBCNaMgAISi内容内容对角线规则对角线规则：指周期表中相邻两族位于左上方到指周期表中相邻两族位于左上方到右下方的对角线上的元素具有相似性。右下方的对角线上的元素具有相似性。 第第 2 周期周期的的 Li、Be、B 等等3种元素和其右下方第种元

11、素和其右下方第 3 周期的周期的 Mg、Al、Si 等等3种元素处于对角线位置上，因此种元素处于对角线位置上，因此，这三对元素及其化合物的性质有许多相似之处，这三对元素及其化合物的性质有许多相似之处.原因原因原子具有相近的静电场力，值相近值相近 这是由于对角线位置上的邻近两个元素的电荷数和半径对极这是由于对角线位置上的邻近两个元素的电荷数和半径对极化作用的影响恰好相反，使得它们离子极化力相近而引起的。化作用的影响恰好相反，使得它们离子极化力相近而引起的。例如：例如：RLi-Mg: Li+的半径较小，Mg2+的电荷较高，R根据=z/r,两者值相近，化合物性质相似。 单质与氧作用生成正常氧化物单质

12、与氧作用生成正常氧化物 Li+和和Mg2+的水合能力较强的水合能力较强 碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物 氯化物共价性较强，均能溶于有机溶剂中氯化物共价性较强，均能溶于有机溶剂中 氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶于水氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶于水 氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大 加热分解为正常氧化物加热分解为正常氧化物锂与镁的相似性锂与镁的相似性 两者都是活泼金属，在空气中易形成致密两者都是活泼金属，在空气中易形成致密 的氧化膜保护层的氧化膜保护层 盐都易水解盐都易水解 卤化物均有共价型卤化物均有共价型 氧化物的熔点和硬度

13、都很高氧化物的熔点和硬度都很高 两性元素，氢氧化物也属两性两性元素，氢氧化物也属两性铍与铝的相似铍与铝的相似性性 碳化物与水反应生成甲烷碳化物与水反应生成甲烷Be2C + 4 H2O 2 Be(OH)2 + CH4 Al4C3 + 12 H2O 4 Al(OH)3 + 3 CH4 = 自然界均以化合物形式存在自然界均以化合物形式存在 易形成配合物，如易形成配合物，如 HBF4 和和 H2SiF6 卤化物易水解卤化物易水解 由于由于BB和和SiSi键能较小，烷的数目比键能较小，烷的数目比 碳烷烃少得多，且易水解碳烷烃少得多，且易水解 H3BO3 和和 H2SiO3 在水中溶解度不大在水中溶解度不

14、大 氧化物是难熔固体氧化物是难熔固体 单质易与强碱反应单质易与强碱反应 硼与硅的相似性硼与硅的相似性1. B、Si的相似性 2B + 6NaOH = 2Na3BO3 +3H2 Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+2H2 其单质为原子型晶体，BO、SiO十分稳定。例：例： Al 、Be金属可与浓硝酸形成钝化膜。金属可与浓硝酸形成钝化膜。 Al(OH)3+OH = Al(OH)4 Be(OH)2+2OH= Be(OH)42 Al3+ 、Be2+易水解。 均有共价性：在蒸气中，氯化物两分子缔合。AlAlAlClClClClClClClClClClBeBe2. Be、Al相似性 4Li +

15、O2 = 2Li2 O 2Mg + O2 = 2MgO2Mg(NO3)2 = 2MgO + 4NO2 + O2 4LiNO3 = 2Li2O + 4NO2 + O2 LiClH2O = LiOH + HClMgCl26H2O = Mg(OH)Cl + HCl + 5H2O 6Li + N2 = 2Li3N 3Mg + N2 = Mg3N2 MgO + HCl3. Li、Mg的相似性第第16章章 硼族元素作业硼族元素作业R教材教材 p.791792R 2， 6， 7， 9， 14 一、一、 掌握掌握B的成键特征：的成键特征： 1. 共价成键为主；共价成键为主； 2. 缺电子原子，形成多中心、缺电

16、子键，形成多面体；缺电子原子，形成多中心、缺电子键，形成多面体； 例例1、 -菱形硼；例菱形硼；例2、B2H6； 3. 亲亲F、亲、亲O 。 二、理解二、理解Lipscomb硼烷成键五要素，硼烷分子成键情况分析硼烷成键五要素，硼烷分子成键情况分析(重点重点) 。 第第16章章 硼族元素小结硼族元素小结1. H3BO3 (1)晶体结构；晶体结构； (2)化性：化性： 一元一元Lewis酸；酸； 与多醇反应后，酸性与多醇反应后，酸性； 和单元醇反应生成可挥发的易燃的硼酸酯。和单元醇反应生成可挥发的易燃的硼酸酯。2. 硼砂硼砂Na2B4O5(OH)48H2O (1) 晶体结构；晶体结构； (2)化性

17、：化性： 水解成碱性，一级标准缓冲溶液；水解成碱性，一级标准缓冲溶液； 硼砂珠试验硼砂珠试验鉴定金属离子。鉴定金属离子。四、掌握卤化硼四、掌握卤化硼BX3：Lewis酸性顺序及原因酸性顺序及原因三、了解硼酸及其盐：三、了解硼酸及其盐：1.掌握掌握还原性：还原性： Al Ga In Tl 强强 弱弱2. 掌握铝单质掌握铝单质 (1) 强还原性；强还原性； (2) 亲亲O； (3) 两性（两性（重点重点）：）： Al + H+ Al3+ + H2 Al + OH- Al(OH)4- + H2 3. 了解氧化物及其水合物的酸碱性变化；了解氧化物及其水合物的酸碱性变化；4.了解了解卤化物：卤化物：(1

18、) Al2Cl6 结构；结构；(2) 无水无水AlCl3制备方法（含制备方法（含“反应耦合反应耦合”等等3种方法）（种方法）（重点重点）AlAlClClClClClCl五、铝分族五、铝分族1. 路易斯酸性强弱正确的顺序是路易斯酸性强弱正确的顺序是( A ) A. BF3BCl3BCl3BBr3; C. BF3BBr3; D. BF3BCl3BBr3; Lewis酸性强弱顺序酸性强弱顺序： BF3 BCl3 BI3 只考虑电负性：只考虑电负性： BF3 BCl3 BBr3 BI3 只考虑只考虑46强度强度 ： BF3 BCl3 BBr3 BI3电负性和电负性和46强度两因素竞争结果：强度两因素竞争结果： BF3 BCl3 BI32. 硼的成键特征是硼的成键特征是 ( D ) A. 共价性共价性 B. 缺电子性缺电子性 C. 多面体性多面体性 D. 前三者均是前三者均是 3.下列物质中，属极性分子的是下列物质中，属极性分子的是（ C ） (A) PCl5(g) (B) BCl3 (C) NCl3 (D) XeF2 4.试写出试写出B2H6的分子结构式，指出其化学键的种类和数目的分子结构