厦大无机元素部分第2章硼族元素

1、第2章 硼族元素IIIA B Al Ga In Tlns2np12.1 概述B为非金属单质，为非金属单质，Al、Ga、In、Tl是金属是金属氧化态：氧化态：B，Al，Ga（+3 ） In （+1，+3） Tl （+1）最大配位数最大配位数 B： 4 HBF4 其他其他： 6 Na3AlF6 特点：硼族元素缺电子性特点：硼族元素缺电子性2.2 硼族元素的缺电子性最简单的硼烷是B2H6 2BH3(g)=B2H6(g) H=148kJmol-11. 乙硼烷的成键特征及反应性点击观看动画B2H62L均裂2BH3L异裂BH2L2+BH4-三中心两电子氢桥键 B2H6+2NaH2NaBH4 B2H6+2:

2、PF32H3B:PF3B2H6+2:CO2H3B:COB2H6+2:NH3BH2(NH3)2+BH4- B2H6+H2O=H3BO3+H2B2H6+O2=B2O3+H2OrH= -504.6kJmol-1rH= -2026kJmol-1 硼氢键硼氢键 B-H 硼硼键硼硼键 B-B闭合的闭合的3中心中心-2电子硼桥键电子硼桥键 B B B开放的开放的3中心中心-2电子硼桥键电子硼桥键 B B B硼烷中有五种键型 氢桥键氢桥键 H B BB4H10分子结构 利普斯科姆是美国哈佛大学的无机化学教授。利普斯科姆是美国哈佛大学的无机化学教授。 他的最大成功之处是阐明了一系列硼氢化合物他的最大成功之处是阐

3、明了一系列硼氢化合物 的分子结构及成键情况。的分子结构及成键情况。 利普斯科姆于利普斯科姆于19541954年通过实验和理论计算对硼氢化合物的年通过实验和理论计算对硼氢化合物的结构化学给出了满意的答案，把上述只靠两个电子和三个原子结构化学给出了满意的答案，把上述只靠两个电子和三个原子形成的键称为形成的键称为“三中心二电子键三中心二电子键”，并指出这是缺电子分子的，并指出这是缺电子分子的一种特殊成键形式，进而对一系列高级硼氢化合物的结构进行一种特殊成键形式，进而对一系列高级硼氢化合物的结构进行了说明。了说明。 由于他的理论和实验研究的成功，利普斯科姆于由于他的理论和实验研究的成功，利普斯科姆于1

4、9761976年获年获诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖, ,并在后来的二十年期间给硼化学的发展带来了并在后来的二十年期间给硼化学的发展带来了重大的影响，从而开创了硼化学这一新领域。重大的影响，从而开创了硼化学这一新领域。 小资料2. AlCl3的成键特征(GaCl3)2 (InCl3)2 (AlBr3)2 (AlI3)2 (GaBr3)2除除B的卤化物及的卤化物及A的氟化物以外的氟化物以外,均为二聚形式。均为二聚形式。AlCl3中铝为sp3杂化3. BX3的成键特征及路易斯酸性 BF3 (g) BCl3 (l) BBr3(l) BI3(s)熔点熔点(K)(K) 146 166 227 316沸点沸点(

5、K) 172 285 364 483 键长键长(pm)(实测实测) 131 174 189 210共价半径和共价半径和(pm) 153 180 195 214键能键能(kJmol-1) 646 444 368 267 BXBX3 3是以形成大是以形成大键来满足键来满足对电子的要求对电子的要求由于有空轨道由于有空轨道, ,可接受外来可接受外来电子电子, ,均为路易斯酸均为路易斯酸46BF3+NH3=F3B:NH3 BF3+ HF =H+BF4-菱形硼 2.3 硼及其化合物1. 1.硼单质硼单质 无定形硼可用于生产硼钢。无定形硼可用于生产硼钢。 硼钢主要用于制造喷气发动机和硼钢主要用于制造喷气发动

6、机和核反应堆的控制棒。前一种用途核反应堆的控制棒。前一种用途基于其优良的抗冲击性，后一种基于其优良的抗冲击性，后一种用途基于硼吸收中子的能力。用途基于硼吸收中子的能力。 单质硼有多种同素异形体，单质硼有多种同素异形体，基本结构单元为基本结构单元为B B1212二十面体。二十面体。 二十面体连接的方式不同导致至二十面体连接的方式不同导致至少三种晶体。少三种晶体。 2 B 3F2 = 2 BF3 4 B 3O2 = 2 B2O3 2 B N2 = 2 BN 2 B 3 Cl2 = 2 BCl3 2 B 3 S = B2S3 2 B 6 H2O(g) = 2 B(OH)3 3 H2 B 3 HNO3

7、(浓浓) = B(OH)3 3 NO2 2 B 3 H2SO4 (浓浓) = 2 B(OH)3 3SO2 2B 2NaOH3KNO3 = 2NaBO23KNO2H2OB B：spsp2 2杂化；存在分子间氢键；杂化；存在分子间氢键；层与层之间的分子作用力结合。层与层之间的分子作用力结合。2. 硼酸H3BO3是路易斯酸，是一元酸 酸性很弱酸性很弱, ,K Ka a=5.8=5.81010-10-10加入多羟基加入多羟基化合物可增加酸性。化合物可增加酸性。点击观看动画H2SO4H3BO3+3CH3OH= B(OCH3)3+3H2O燃烧燃烧绿色火焰绿色火焰鉴别硼酸及盐2双烷氧基硼阴离子双烷氧基硼阴离

8、子3. 硼砂 (Na2B4O710H2O)B4O5(OH)42-B: sp2杂化sp3杂化Na2B4O5(OH)48H2O硼硼 砂砂 珠珠 实实 验验冷却后为蓝宝石色硼砂珠实验: 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 硼酸

9、盐的种类很多，结构也很复杂，但都是由硼酸盐的种类很多，结构也很复杂，但都是由最基本的结构单元最基本的结构单元 三角形的三角形的 BO3 和四面体的和四面体的 BO4 连接而成的。连接而成的。 （a） （b）化学键化学键 三角形和四面体的轮廓线三角形和四面体的轮廓线立方氮化硼与金刚石类似，耐高温、耐腐蚀、特硬、绝缘。立方氮化硼与金刚石类似，耐高温、耐腐蚀、特硬、绝缘。金刚石金刚石 立方氮化硼立方氮化硼2.4 硼氮化合物1.(BN)nB2O3 + NH3 = BN + H2O 石墨和六方氮化硼均为层状结构，两种物质均石墨和六方氮化硼均为层状结构，两种物质均具有油腻感并用作润滑剂，但石墨是电的良导体

10、而具有油腻感并用作润滑剂，但石墨是电的良导体而后者是绝缘体。后者是绝缘体。石石 墨墨 六方氮化硼六方氮化硼 B3N3H6 2. 2.无机苯：无机苯： B3N3H6 无机苯（硼氮苯）的电子结构和几何形状都与苯相似无机苯（硼氮苯）的电子结构和几何形状都与苯相似THF3LiBH4 H3N3B3Cl3 = B3N3H6 3/2 B2H63LiCl3NH4Cl 3BCl3 = H3N3B3Cl3 9HCl C6H5Cl2.5 Ga、In、Tl 简介Ga+Ga+3Cl4 | | 4s2 4s04p0 TlTl+ +类似于类似于K K+ +与与AgAg+ +TlAl(SOTlAl(SO4 4) )2 212

11、H12H2 2O OTlTl2 2COCO3 3与与K K2 2COCO3 3同晶同晶TlOH TlOH 强碱强碱GaCl2InCl2反磁惰性 电子对效应Tl()不稳定TlITlI黄红沉淀黄红沉淀TlBrTlBr黄沉淀黄沉淀 TlClTlCl白沉淀白沉淀 1. Al2O3应用-Al2O3刚玉（宝石）刚玉（宝石）2.6 应用实例-Al-Al2 2O O3 3 具有强的吸附具有强的吸附能力与催化能力能力与催化能力-Al2O3 固体电解质固体电解质2.阻燃剂 200 2Al(OH)3 =Al2O3(s)+3H2O 330 Mg(OH)2= MgO +H2O 吸热 消烟 隔绝O23.材料防腐剂H3BO3B(OCH3)3+H2O H3BO3+3CH3O