硼铝碳硅锗锡铅

1、第八章硼铝碳硅锗锡铅第一节硼族元素及硼单质一、教学目标1. 掌握硼族元素的根本性质。2. 培养学生分析问题的能力，使学生能掌握硼族元素的特性。3. 了解硼族元素的电势图4. 掌握硼元素的构型。5. 掌握单质硼的物理及化学性质二、 教学重点硼族元素根本性质单质硼的化学性质三、 教学难点硼族元素的电势图单质硼的化学性质一、硼族元素根本性质第川A族包括硼、铝、镓、铟和铊五种元素。其中除硼是非金属元素外，其余的都是金属元素，且其金属性随着原子序数的增加而增强。硼族元素的一些根本性质列于下表中。性质硼(B)铝(Al)傢(Ga)铟(In)铊(Tl)原子序数513314981原子量10.8126.9869.

2、72114.82204.38价电子构型2s22p12 13s23p12 14s 4p2 15s25p12 16s26p1主要氧化态+3,0+3,0+3,(+1),0+3,+1,0(+3),+1,0共价半径pm88125125150155离子半径(pm)M +m3+2351621328114495第一电离势kJ/mol800.6577.6578.8558.3589.3电负性2.041.611.811.782.04二、硼族元素的特性本族元素原子的价电子层结构为 ns2np1,常见氧化态为+3和+1,随原子序数 的递增，ns2电子对趋于稳定，特别是6s上的2个电子稳定性特别强。使得从硼 到铊高氧化数

3、+m 稳定性依次减小，即氧化性依次增强；而低氧化数 +1稳定性 依次增强，其复原性依次减弱。例如：Tl川是很强的氧化剂，而Tl I 很稳定, 其化合物具有较强的离子键特性。+川氧化态的硼族元素具有相当强的形成共价键的倾向。硼因原子半径较小，电负性较大，使其共价倾向最强，其它的硼族元素成键时表现为极性共价键。硼族元素的价电子层有4条轨道ns、npx、npy、npz，而只有3个价电子，这种价电子层中价轨道数超过价电子数的原子称为缺电子原子，中心原子价轨道数超过成键电子对数的化合物称为缺电子化合物。如本族+川价单分子化合物BF3、AICI3等。缺电子原子在形成共价键时，往往采用接受电子形成双聚分子或

4、 稳定化合物和形成多中心键即较多中心原子靠较少电子结合起来的一种离域共 价键的方式来弥补成键电子的缺乏。三、硼族元素电势图F面列出了硼族元素的标准电极电势图H3B03 T3 B-0.55 r 一2十 O 45EtAB(0H)-bAL (0ffl3 £ 31 Al 亂(OH)：亠QGa(OH)4 L5£ gaI声匕竺i孑匕X並J；寸土T1 (OH)严益T1 Coh-)zQ44t1-D.34|1 ?E T匚_ - £5丁 I四、硼元素硼原子的价电子构型是2s22p1,它能提供成键的电子是2s12p1x2p1y,还有一个 空轨道。硼在化合物的分子中配位数为 4还是3,取

5、决于sp3或sp2杂化轨道中T 键的数目。同硅一样，它不能形成多重键，而倾向于形成聚合体，例如通过B-O-B 链形成B2O3或H3BO3或硼酸盐的庞大 分子硼原子成键有三大特性：1共价性一以形成共价化合物为特征；2缺电 子性一除了作为电子对受体易与电子对供体形成c配键以外，还有形成多中心键的特征；3多面体习性一晶态硼和许多硼的化合物为多面体或多面体的碎片 而成笼状或巢状等结构。这种多面体习性同它能形成多种类型的键有关。硼的化学主要表现在缺电子性质上。五、单质硼无定形和粉末状硼比较活泼，而晶态硼惰性较大。1与氧的作用4B + 302 _±2B2O3 ArH °=-2887kJ

6、mol-1无定形硼在空气中燃烧，除生成 B2O3以外，还可生成少量BN。从硼的燃烧热 及B-0键的键能(561590kJ.mol-1)可知硼与氧的亲和力超过硅，所以它能从许 多稳定的氧化物(如SiO2,P2O5,H2O等)中夺取氧而用作复原剂。它在炼钢工业 中用作去氧剂。(2) 与非金属作用无定形硼在室温下与F2反响得到BF3，加热时也能与Cl2、Br2、S和N2反响, 分别得到BCI3、BB® B2S3和BN (在1473K以上)。它不与 出作用。2B + 3F2=2BF3(3) 与酸的作用它不与盐酸作用，仅被氧化性酸，如浓 HNO3、浓H2SO4和王水所氧化：B + 3HNO3一

7、 H3BO3 + 3NO2 T2B + 3H2SO4 = 2H3BO3 + 3SQ T(4) 与强碱作用无定形硼与NaOH有类似硅那样的反响：2B + 6NaOH 2Na3BO3 + 3H2 t(5) 与金属作用硼几乎与所有金属都生成金属型化合物。它们的组成一般为M4B、M2B、MB、M3B4、MB2及MB6，女口 Nb3B4、C“B、LaB6、等。这些化合物一般都很 硬，且耐高温、抗化学侵蚀，通常它们都具有特殊的物理和化学性质。第八章硼铝碳硅锗锡铅第三节硼的化合物一、教学目标1. 掌握硼的氢化物的理化性质。2. 掌握硼氢配合物的物理及化学性质。3. 掌握卤化硼的物理化学性质二、教学重点 掌握

8、硼的氢化物的理化性质。三、教学难点 掌握硼氢配合物的物理及化学性质。硼的氢化物-硼烷一：硼烷的概况用类似于制硅烷的方法已制得二十多种硼的氢化物-硼烷。硼烷在组成上与硅 烷、烷烃相似，而在物理、化学性质方面更像硅烷。碳、硅、硼的氢化物的物理性质的比较硼烷烷烃硅烃化合物熔点/K沸点/K化合物熔点/K沸点/K化合物熔点/K沸点/KB2H6107.5180.5CH490110SiH488161C2H6101184.7Si2H6141258C3H883228Si3H8156326B4H10153291C4H10148272.5Si4H10189380B5H9226.4321C5H12141309.2Si

9、5H12-> 373B5H11150336C6H14178.7342Si6H14-> 373B6H10210.7383-C7H16183.0371.4-B10H14372.6486C10H22241447-硼烷有BnHn+4和BnHn+6两大类，前者较稳定。在常温下，B2H6及B4H1O为气 体，B5B8的硼烷为液体，B10H14及其它高硼烷都是固体。常见硼烷的物理性质见下表。分子式B2H6B4H10B5H9B5H11B6H10B10H14名称乙硼烷丁硼烷戊硼烷-9戊硼烷-11已硼烷癸硼烷室温下状态气体气体液体液体液体固体沸点/K180.5291321336383486熔点/K10

10、7.5153226.4150210.7372.6溶解情况易溶于乙醚易溶于苯易溶于苯-易溶于苯易溶于苯水解情况室温下很快室温下缓慢363K，三天尚未水解完全-363K 时 16小时尚未 水解完全室温缓慢加热较快稳定性373K以下稳定不稳定很稳定室温分解室温缓慢分解极稳定硼烷多数有毒、有气味、不稳定，有些硼烷加热即分解。硼烷水解即放出H2,它们还是强复原剂，如与卤素反响生成卤化硼。在空气中剧烈地燃烧且放出大量 的热。因此，硼烷曾被考虑用作高能火箭燃料。如：B2H6 + 302 =!ffi=B2O3 + 3H2OrH 匚-2166kJmol-1B2H6 + 6X2 2BX3 + 6HX组成相当于CH

11、4和SiH4的BH3是否能瞬时存在，至今还是个疑问，制备反响 中得到的是BH3的二聚体B2H604BF3 Et20 + 3NaBH42B2H6T + 3NaBF+ 4Et?0、乙硼烷的性质1. 分子结构在B2H6分子中，每个B原子都采用sp3杂化，4条杂化轨道中2条与两个H 原子形成c键，这4个c键在同一平面。另两条杂化轨道和另一个硼原子的两条 杂化轨道以及另两个氢的1s轨道重叠并分别共用2个电子，形成了垂直于上述 平面的两个三中心二电子键，一个在平面之上，另一个在平面之下见图13-26。每个三中心二电子键是由一个氢原子和两个硼原子共用2个电子构成的，又称硼氢桥键图13-26 B2H6的分子结

12、构这种三中心二电子键是由三个原子2个B，1个H轨道组成三个分子轨道成键、反键、非键轨道其能级与原来的硼原子的一样，而让2个电子填充在 成键轨道上形成的见图13-27。在B2H6分子中共有两种键：B-H2c-2e硼氢键J.和；上3c-2e氢桥键。图13-27 3c-2e键中分子轨道能级图2性质:乙硼烷受热容易分解，它的热分解产物很复杂，有B4H10、B5H9、B5H11和B10H14等，控制不同条件，可得到不同的主产物。如：2B2H61 B4H10 + H2它遇水立即发生水解:B2H6 + 6H2O2H3BO3 J + 6H T乙硼烷是缺电子化合物，属路易斯酸，它可以与路易斯碱化合，如:B2H6

13、 + 2LiH =2LiBH 4B2H6 + 2CO 匚;；2H3B CO与NH3反响产物复杂，由反响条件决定:高週过量三：高硼烷的分子结构B在高硼烷中，除了 B-H(2c-2e)硼氢键和-；】(3c-2e)氢桥键这两种键以外，还可能有：B-B(2c-2e)硼-硼键,上(3c-2e)开口三中心键(硼桥键)和(或B/ 门(3c-2e)闭合三中心键(闭合硼键)。所以硼烷分子中常见的键型共有五种。高硼烷的分子构型为正二十面体，或为不完整的二十面体碎片(去掉一个或几个 顶角)所具有的巢状或蛛网状结构(见图13-28)图13-28巢状硼烷结构硼氢配合物B2H6与LiH反响，将得到一种比B2H6的复原性更

14、强的复原剂硼氢化锂 LiBH4。 让过量的NaH与BF3反响，或让NaH与硼酸三甲脂BOCH33反响，可得到硼 氢化钠NaBH4。2LiH + B2H6 =2LiBH44NaH + BF3 一 NaBH4 + 3NaF4NaH + BOCH33 = NaBH4 + 3NaCH3O硼氢化物都是白色盐型化合物晶体，能溶于水或乙醇，无毒，化学性质稳定。 由于其分子中有BH4离子即H-离子，它们是极强的复原剂。在复原反响中，它 们各有选择性例如NaBH4只复原醛、酮和酰氯类且用量少，操作简单，对温度 又无特殊要求，在有机合成中副反响少，这样就使得一些复杂的有机合成反响变 得快而简单，并且产品质量好。它

15、在制药、染料和精细化工制品作为制氢化物的起始原料的生产中已得到越来越广泛的应用。LiBH 4的燃烧热很高，可作火箭燃料卤化硼硼的四种卤化物BX3均已制得,它们的一些物理性质列于表13-30中.表13-30卤化硼的一些物理性质名称BF3BCl3BBr3BI3状态(室温)气体液(略加压)液体固体熔点/(K)146166227316沸点/(K)172285364483它们都是共价化合物，易溶于非极性溶剂，都易于水解这些化合物都是缺电子化 合物，是很强的路易士酸，因此，都易于和具有孤电子对的物质如 HF、NH3、醚、醇 以及胺类等反响，有的形成加合物BCI3遇水强烈地水解：BCl3(l) + 3H 2

16、0(1) = H3BO3G) + 3HCI(aq)第八章硼铝碳硅锗锡铅第四节 硼酸及酸式盐一、教学目标1. 掌握氟硼酸的性质。2. 掌握硼的氧化物的性质。3. 掌握硼酸的结构和性质4. 掌握硼砂的结构和性质5 掌握硼的其它化合物的性质二、教学重点1. 硼的氧化物的性质。2. 硼砂的结构和性质三、 教学难点硼砂的结构和性质氟硼酸当BF3遇水那么形成1:1或1:2的加合物。只有在较小量BF3通入水时，才能得到氟硼酸溶液4BF 3 + 3H 203BF4 + 3H + + HsBO它是一种强酸，仅以离子状态存在于水溶液中。铜、锡、铅、镉、钴、铁、镍等金属的氟硼 酸盐用于电镀，速度快，镀层质量好，又省

17、电。硼的氧化物三氧化二硼 BQ的熔点为72OK沸点为2523K；易溶于水，形成硼酸：B2Q + 3H 202HB0但遇热的水蒸气可生成易挥发的偏硼酸：B2Q + H 20g2HB0g由于B-0键能大，即使在高温下也只能被强复原剂镁或铝所复原。熔融玻璃体B2Q可以溶解多种金属氧化物得到有特征颜色的玻璃，也用此来作定性鉴定。硼酸一：结构如果说构成二氧化硅、硅酸和硅酸盐的根本结构单元是Si04四面体，那么，构成三氧化二硼、硼酸和多硼酸的根本结构单元是平面三角形的B0见图13-30，a和四面体的B0见图13-32。在HB0的晶体中，每个硼原子用3个sp2杂化轨道与3个氢氧根中的氧原子以共价键相结合见图

18、13-30，b。每个氧原子除以共价键与一个硼原子和一个氢原子 相结合外，还通过氢键同另一HPQ单元中的氢原子结合而连成片层结构如图13-30，C，层与层之间那么以范德华力相吸引。硼酸晶体是片状的，有滑腻感，可作润滑剂。硼酸的这种缔合结构使它在冷水中的溶解度很小273K时为6.359/100g水；加热时，由于晶体中的部分氢键被破坏，其溶解度增大373K时为27.6g/100g水。图13-30 B0 3及HB0结构示意图二：性质硼酸HB0为白色片状晶体，微溶于水，在热水中溶解度明显增大，这是由于受热时，晶体中的氢键局部断裂所致。HB0是一元弱酸，Ka= 6X 10-10。它之所以有酸性并不是因为它

19、本身给出质子，而是由于硼是缺电子原子，它加合了来自H20分子的0H其中氧原子有孤电子对而释出H离子。X0巩Qg + H20 二HO-B y OHY + ATQH利用HBO的这种缺电子性质，参加多羟基化合物(如甘油或甘露醇等)，可使硼酸的酸性大为增强：RH-C-OZ+ H+ + 3也0H-C-OH2H-C-OH所生成的配合物的 27.08 X 10_6，此时溶液可用强碱以酚酞为指示剂进行滴定。常利用硼酸和甲醇或乙醇在浓HSQ存在的条件下，生成挥发性硼酸酯燃烧所特有的绿色火焰来鉴别硼酸根。H3BO + 3CH3O= B(OCh3) 3 + 3H2OHBO与强碱NaOH中和，得到偏硼酸钠 NaBO,

20、在碱性较弱的条件下那么得到四硼酸盐, 如硼砂NstB4O 10H2O,而得不到单个 BO3-离子的盐。但反过来，在任何一种硼酸盐的溶液 中加酸时，总是得到硼酸，因为硼酸的溶解度较小，它容易从溶液中析出。加热灼烧HBO时起以下变化：57SJTfBOHBO> E2QHQH-BIO IEIOH多硼酸盐-硼砂一：结构硼酸同硅酸相似，可缩合为链状或环状的多硼酸xB2QyH2 O,所不同的是在多硅酸中，只有SiO4四面体这一种结构单元，而在多硼酸中有两种结构单元，一种即前述BQ平面三角形，另一种系硼原子以sp3杂化轨道与氧原子结合而成的BO四面体。在多硼酸中最重要的是四硼酸。实验证明四硼酸根B4O5

21、(OH)42-离子的结构如图13-31所示。0/H0.O2_图13-31 B 4O5(OH)4 _离子的立体结构二：性质除IA族金属元素以外，多数金属的硼酸盐不溶于水。多硼酸盐与硅酸盐一样，加热 时容易玻璃化。最常用的硼酸盐即硼砂。它是无色半透明的晶体或白色结晶粉末。在它的晶体中， B4O(OH)42-离子通过氢键连接成链状结构，链与链之间通过 Na+离子键结合，水分子存在于链之间，所以硼砂的分子式按结构应写为NazBO(OH)4.8H2O硼砂在枯燥空气中容易风化，加热到623673K时，成为无水盐，继续升温至1151K那么熔为玻璃状物。它风化时首先失去链之间的结晶水，温度升高，那么链与键之间

22、的氢键因失水而被破坏，形成牢固的偏硼酸骨架。硼砂同B2O3一样，在熔融状态能溶解一些金属氧化物，并依金属的不同而显出特征的颜色(硼酸也有此性质)。例如：NazBG + CoO2NaBOCo(BC2)2(蓝宝石色)因此，在分析化学中可以用硼砂来作“硼砂珠试验，鉴定金属离子。此性质也被应用于搪瓷和玻璃工业(上釉、着色)和焊接金属(去金属外表的氧化物)。硼砂还可以代替 BC3用于制 特种光学玻璃和人造宝石。硼酸盐中的B-O-B键不及硅酸盐中的 Si-O-Si键牢，所以硼砂较易水解。它水解时， 得到等物质的量的 H3BO和B(OH)4 ,2-B4Q(OH)4 + 5H 2O2HBO + 2B(OH)

23、4这种水溶液具有缓冲作用。硼砂易于提纯，水溶液又显碱性， 所以分析化学上常用它来标定酸的浓度。硼砂还可以作肥皂和洗衣粉的填料。硼的其它化合物一：过硼酸盐将硼酸盐与 反响或者让 HBO与碱金属的过氧化物反响，都可以得到过硼酸盐。如HsBO + Na2Q + HCl + 2H 2。NaBO 4H 2O + NaCl过硼酸钠NaBO 4H2O是强氧化剂，水解时放出 H2Q,用于漂白羊毛、丝、革和象牙 等物或加在洗衣粉中作漂白剂。过硼酸钠的分子结构尚未弄明白，可看作是含 HQ的水合物NaBO H2Q3H2Q它是无色晶体，加热失水后成为黄色固体。二:氮化硼将硼砂与NHCI 同加热，再用盐酸、热水处理、可

24、得到白色固体氮化硼BNNa 2B4O + 2NH 4CI2NaCI + B 2Q + 2BN + 4H 2。在高温下用硼和氨或氮作用也可得 BN BN具有石墨型晶体结构，层内的硼原子和 氮原子均采取sp2杂化轨道相互结合。结构中 B-N基团同C-C基团是等电子体。BN耐腐蚀、 热稳定性好，在3272K的高温下仍保持稳定的固体状态。 它的电阻大，导热率大，绝缘性能 好。当前它主要用作润滑材料，耐磨材料，电气和耐热的涂层材料。在咼温咼压下，石墨晶形的 BN可转化为金刚石型立方晶系的BN。这种金刚石结构的BN的硬度可与金刚石的硬度相比较。第八章硼铝碳硅锗锡铅第四节铝及其化合物一、教学目标1. 掌握单

25、质铝的性质。2. 掌握铝的氧化物的性质。3. 掌握氢氧化铝的结构和性质4. 掌握铝盐的结构和性质二、教学重点1. 掌握单质铝的性质。2. 掌握氢氧化铝的结构和性质三、教学难点1. 掌握单质铝的性质。2. 掌握氢氧化铝的结构和性质四、教学过程金属铝铝是银白色金属,熔点930K,沸点2700K.具有良好的导电性和延展性，也是光和 热的良好反射体.铝最突出的化学性质是亲氧性，同时它又是典型的两性元素。铝一接触空气或氧气，其外表就立即被一层致密的氧化膜所覆盖，这层膜可阻 止内层的铝被氧化，它也不溶于水，所以铝在空气和水中都很稳定。铝的亲氧性还可以从氧化铝非常高的生成焓看出来。4AI + 302 = 2

26、Al2O3 fH 0 = -3339 kJ mol-1由于铝的亲氧性，它能从许多氧化物中夺取氧，故它是冶金上常用的复原剂。且常被用于冶炼铁，镍,铬锰，钒等难熔金属，称为铝复原法。Fe2O3 + 2AI = Al 2O3 + 2Fe高纯度的铝99.950%不与一般酸作用，只溶于王水。普通的铝能溶于稀盐酸或稀硫酸，被冷的浓H2SO4或浓、稀HNO3所钝化。所以常用铝桶装运浓 H2SO4、浓HNO3或某些化学试剂但是铝能同热的浓H2SO4反响2AI + 6H 2SO4(浓)_A12(SO4)3 + 3SO2 T + 6HO铝比较易溶于强碱中。2AI + 2NaOH + 6H 2O = 2NaAI(O

27、H) 4 + 3H2 T氧化铝: a-AbO3自然界存在的刚玉为a- AI2O3,它的晶体属于六方紧密堆积构型，6个氧原 子围成一个八面体，在整个晶体中有 2/3的八面体孔穴为AI原子所占据。由于 这种紧密堆积结构，加上晶体中AI3+离子与O2-离子之间的吸引力强，晶格能大， 所以a- AI2O3的熔点(2288 ±5K)和硬度(8.8)都很高。它不溶于水，也不溶于酸 或碱，耐腐蚀且电绝缘性好，用作高硬度材料、研磨材料和耐火材料。天然的或 人造刚玉由于含有不同杂质而有多种颜色。例如，合微量Cr(m)的呈红色，称为红宝石；含有Fe(U )、Fe)或Ti(W)的称为蓝宝石；含少量Fe3O

28、4的称为刚玉 粉。将任何一种水合氧化铝加热至 1273K以上，都可以得到a-AI2O3。工业上 用高温电炉或氢氧焰熔化氢氧化铝以制得人造刚玉。二：YAI2O3在温度为723K左右时，将AI(OH)3、偏氢氧化铝AIO(OH)或铝铵矶 (NH4)2SO4 Al2(SO4)3 24H2O加热，使其分解，那么得到 Y- AI2O3。这种AI2O3不溶 于水，但很易吸收水分，易溶于酸。把它强热至1273K，即可转变a AI2O3。丫AI2O3的粒子小，具有强的吸附能力和催化活性，所以又名活性氧化铝，可用 作吸附剂和催化剂。P-AI2O3还有一种3-Al 2O3,它有离子传导能力(允许Na+通过)，以3

29、铝矶土为电解质制成钠一硫蓄电池。由于这种蓄电池单位重量的蓄电量大，能进行大电流放电，因而具有广阔的应用前景。这种电池负极为熔融钠，正极为多硫化钠(Na2Sx),电解质为3-铝矶土(钠离子导体)其电池反响为：+板由正极 2Na + xS + 2e- ,、NazSx负极 2Na - 2Na+ + 2e-总反响：2Na + xSNa2Sx充电1这种蓄电池使用温度范围可达 620680K，其蓄电量为铅蓄电池蓄电量的 35倍。用3- AI2O3陶瓷做电解食盐水的隔膜生产烧碱，有产品纯度高，公害小的 特点。氢氧化铝AI2O3的水合物一般都称为氢氧化铝。它可以由多种方法得到。加氨水或碱于 铝盐溶液中，得一种

30、白色无定形凝胶沉淀。它的含水量不定，组成也不均匀，统 称为水合氧化铝。无定形水合氧化铝在溶液内静置即逐渐转变为结晶的偏氢氧化 铝AIO(OH)，温度越高，这种转变越快。假设在铝盐中加弱酸盐碳酸钠或醋酸钠， 加热，那么有偏氢氧化铝与无定形水合氧化铝同时生成。只有在铝酸盐溶液中通入CO2，才能得到真正的氢氧化铝白色沉淀，称为正氢氧化铝。结晶的正氢氧化铝 与无定形水合氧化铝不同，它难溶于酸，而且加热到373K也不脱水；在573K下，加热两小时，才能变为 AIO(OH)。氢氧化铝是典型的两性化合物。新鲜制备的氢氧化铝易溶于酸也易溶于碱：3H2O + A|3+ J AI(OH) 3 J AI(OH) 4

31、-例如：AI(0H)3 + 3HNO3 AI(NO3)3 + 3H2OAI(OH) 3 + KOH 一 KAI(OH) 4铝盐和铝酸盐一：铝盐用金属铝或氧化铝或氢氧化铝与酸反响即可得到铝盐。铝盐都含有AI3+离子，在水溶液中AI3+离子实际上以八面体的水合配离子AI(H 2O)63+而存在。它在水 中水解，而使溶液显酸性。如3+2+AI(H 2O)63 + H2O :一 AI(H 2O)5OH2 + H3OAI(H 2O)5OH2+还将逐级水解。因为AI(OH) 3是难溶的弱碱，一些弱酸(如H2CO3、 H2S、HCN等)的铝盐在水中几乎完全或大局部水解，所以弱酸的铝盐如 AI2S3 及AI

32、2(CO3)2等不能用湿法制得。二：铝酸盐用金属铝或氧化铝或氢氧化铝与与碱反响即生成铝酸盐。铝酸盐中含AI(OH) 4_或AI(OH) 4(H2O)2_及AI(OH) 6 _等配离子，拉曼光谱已证实有 AI(OH) 4_ 离子存在。铝酸盐水解使溶液显碱性，水解反响式如下：AI(OH) 4 AI(OH) 3 + OH_在这溶液中通入CO2,将促进水解的进行而得到真正的氢氧化铝沉淀。工业上利用此反响从铝土矿制取纯 AI(OH) 3和AI 2O3，方法是：先将铝土矿与烧碱共热， 使矿石中的AI2O3转变为可溶性的偏铝酸钠而溶于水，然后通入CO2，即得到AI(OH) 3沉淀，滤出沉淀，经过煅烧即成 A

33、I2O3。2NaAI(OH)4 + CO2 出0 + 2AI(0H) 3 J + N2CO3 2AI(OH)3 二 AI2O3 + 3H2O这样制得的AI2O3,可用于冶炼金属铝。将上法得到的AI(OH) 3和Na2CO3一同溶于氢氟酸，那么得到电解法制铝所需要 的助熔剂冰晶石Na3AIF6。2AI(OH)3 + 12HF + 3Na2CO3 2Na3AIF6 + 3C6 T + 9HO铝的卤化物一：铝的三卤化物铝的四种卤化物AIX3都存在，它们的一些物理性质如下表所示名称AIF3AICI 3AIBr3AII 3状态(室温)无色晶体无色晶体无色晶体棕色片状固体熔点/(K)-463*371464

34、沸点/(K)1564升华456升华536633*表示在250kPa下.这些卤化物中，仅AIF3为离子型化合物，其余均为共价化合物。在通常条件下 都是双聚分子，这是因为这些共价化合物都是缺电子的，为了解决这一矛盾，只能采用双聚形式。二、三氯化铝无水AICI3在常温下是一种白色固体，遇水强烈水解，解离为AI(H 2O)63+ft CI-离子。AICI 3还容易与电子对给予体形成配离子(如AICI 4-)和加合物(如 AICI3 -NH3)。这一性质使它成为有机合成中常用的催化剂。三：碱式氯化铝以铝灰和盐酸为主要原料还有其他方法和原料，在控制的条件下制得的碱式氯化铝是一种高效净水剂。它为无色或黄色树

35、脂状固体，溶液无色或呈黄褐色， 粗制品为灰黑色。它是由介于 AICI3和AI0H3之间一系列中间水解产物聚合而 成的高分子化合物。它的组成式为Al2OHnCl6-nm, 1Wn<,5 mC 10,是一种多羟 基多核配合物，通过羟基架桥而聚合。因其式量较一般絮凝剂Al2SO43、明矶或FeCl3大得多且有桥式结构，所以它有强的吸附能力。另一方面，它在水溶液 中形成许多高价配阳离子，如Al 2OH2H2O84+和Al3OH4H2O105+等。它 能显著地降低水中泥土胶粒上的负电荷，所以它有高的凝聚效率和沉淀作用，能除去水中的铁、锰、氟、放射性污染物和重金属、泥沙、油脂、木质素以及印染 废水中

36、的流水性染料等，因而在水质处理方面大有取代Al2SO43和FeCb之势。硫酸铝无水硫酸铝Al 2SO43为白色粉末。从水溶液中得到的为 Al2SO43.18H2O，它 是无色针状结晶。将纯AlOH 3溶于热的浓H2SO4或者用H2SO4直接处理铝土矿 或粘土都可以制得Al2SO43。2AlOH 3 + 3H2SO4 一 Al 2SO43 + 6H2OAl 2O3 2SiO2 2H2O粘土 + 3H2SO4 一 Al2SO43 + 2H4SiO4 J + HO硫酸铝易与K+、Rb+、Cs+、NH4+ft Ag+等的硫酸盐结合形成矶，其通式为MAlSO 42 12H2O M表示一价金属离子。在矶的

37、分子结构中，有 6个H2O分 子与Al3+配位，形成AlH 2O63+离子，余下的为晶格中的水分子，它们在AlH 2O63+ 与阴离子SO42-之间形成氢键。硫酸铝钾KAlSO42 12H2O对叫做铝钾矶，俗称 明矶，它是无色晶体。Al 2SO43或明矶都易溶于水并且水解，它们的水解过程与AICI3的相同，产物也是从一些碱式盐到 AlOH 3胶状沉淀。由于这些水解产物胶粒的吸附作用和Al 3+的凝聚作用，Al2SO43和明矶是人们早已广泛使用的净 水剂絮凝剂，但是处理水的效果不及碱式氯化铝好。铝离子能引起神经元退 化，假设人脑组织中铝离子浓度过大会出现早衰性痴呆症。Al2SO43和明矶还用作媒

38、染剂。织物用Al2SO43的水溶液浸泡以后，再浸在Na2CO3或CaOH2溶液 中片刻，那么所产生的胶状 AlOH 3沉积在纤维上，很容易吸附染料。此外， Al2SO43 还是泡沫灭火机中常用的药剂。第八章 硼铝碳硅锗锡铅第五节 碳族元素教学目标1. 使学生了解碳族元素的性质及其规律2. 使学生进一步了解运用元素周期律知识学习同族元素性质及其递变规律的方法， 并运 用这些知识学习碳族元素及其化合物的知识。3. 培养学生的总结、思考、判断能力。教学重点 碳族元素递变规律，硅和二氧化硅的化学性质教学难点 以碳族元素知识为载体，培养学生归纳、运用、迁移知识的能力。课时安排 2 课时教学方法 引导、探

39、究、自学、比照、练习教具准备 投影仪 炭块、 有划痕的罐头瓶盖、 镊子、两条枯燥的布条或线绳 其中一条 在硅酸钠溶液中预先浸过 、酒精灯、火柴第一课时引言 请大家看课本彩图中的硅单质照片。并展示晶体硅半导体收音机中有导入新课 别看它看起来灰溜溜， 它自己及它的化合物的作用却是大得很。 大到高科技领 域，小到我们的周围，到处都有硅及其化合物的踪影。当今电子工业的飞速开展， 更是与人 们对硅的性质的认识息息相关。 本章， 我们就来学习硅及硅酸盐工业， 同时了解几种新型无 机非金属材料。板书 第七章 硅和硅酸盐工业师 用镊子取一块炭展示给学生 它和硅是兄弟关系， 它就是我们初中学过的炭！ 请大家 写

40、出碳和硅的原子结构示意图，并说明它们的异同。学生活动后答复 碳和硅的原子序数不同，电子层数不同，但最外层电子数相同。提问说出它们在周期表中的位置。碳位于第二周期第WA族，硅位于第三周期第WA族。小结 也即它们在元素周期表中的关系是不同周期、同主族。泛问 那么，与碳、硅同主族的四、五、六周期的元素的原子序数分别是多少呢？请大家 根据各周期元素的种类数进行推断。学生推测后答复 它们的原子序数分别是： 32 50 82 。师 很正确。查一下元素周期表，默写它们的元素符号，并叫出它们的名称。生它们分别是锗、锡、铅。问把它们编制在同一主族的依据是什么？生因为它们的最外层电子数都是 4。师很好。由于硅、锗

41、、锡、铅都位于周期表的第WA族，且它们都和碳一样，最外层有4个电子。因此，我们把它们统称为碳族元素。板书第一节碳族元素一、碳族元素碳硅锗锡铅C Si Ge Sn Pb过渡本节课我们先来认识一下碳族元素，然后在此根底上学习硅及其化合物的知识。问大家能否根据碳族元素的汉字名称推测出它们哪些是金属，哪些是非金属呢？生碳、硅为非金属，锗、锡、铅为金属。师展示罐头瓶盖大家看，该瓶盖的里面是铁，外面所镀的这一薄层金属，就是锡。它起保护内层金属的作用，因为它在常温下不与空气中的氧气作用。第WA族元素中，碳是典型的非金属；硅虽外貌像金属，但在化学反响中多显示非金属性，通常被认为是非金属；锗的金属性比非金属性强

42、；锡和铅都是金属。这说明大家的推测是正 确的。由于硅和锗在元素周期表中位于金属和非金属分界线附近，所以常用来做半导体材料。问碳族元素的原子结构有什么异同？生原子序数和电子层数不同，最外层电子数相同。板书1.结构特点：原子序数和电子层数不同 最外层电子数相同师碳族元素结构上的这种异同，也导致了它们性质的异同。请大家根据所学元素周期律 的知识，填写下表。投影展示碳族元素性质的递变规律兀素符号CSiGeSnPb原子序数原子半径的变化趋势金属性与非金属性的变化趋 势最咼正价最高价氧化物化学式最高价氧化物的水化物的化学式及酸碱性强弱氢化物的化学式及稳定性强 弱上表可由学生答复，教师填写完成师注意，碳族元

43、素的氢化物的写法是碳族元素在前，氢元素在后。答案614325082逐渐增加非金属性减弱、金属性增强+4 二二 +4 二+4+4+4CQSiQ2GeQSnQPbQH2CQH2SiQ3Ge(QH)4Sn(Q H)4Pb(QH)4酸性减弱、碱性增强CHSiH4稳定性减弱师从上表可以看出，碳族元素随着核电荷数的递增，其性质呈现规律性的变化。板书2性质递变规律师它们在周期表中从上到下，元素的原子半径逐渐增大，失电子能力逐渐增强，得电子能力逐渐减弱，非金属性向金属性递变的趋势很明显。但由于碳族元素处于容易失去电子的碱金属与容易得到电子的卤素的中间位置，这决定了它们得失电子的能力都较弱，一般容易形成共价化合

44、物。板书(1)非金属性向金属性递变的趋势明显，易形成共价化合物。师碳族元素的化合价除了 +4价外，还有+2价。其中，碳、硅、锗、锡的 +4价化合物是 稳定的，而铅的+2价化合物是稳定的。因此， +4价的铅(如PbQ)在参加化学反响时，往往 会得电子而被复原成+2价的化合物，它本身是强氧化剂。板书(2)主要化合价+4、+2 Pb的+2价稳定投影例题1.如果发现114号新元素(位于第七周期WA族)，以下有关X可能具有的性质 合理的是A. X是非金属元素B.X的+2价化合物比+4价化合物稳定C.XQ具有强氧化性D.X有稳定的氢化物解析：根据碳族元素性质递变规律，可推知114号元素的金属性比铅还强，

45、一定是金属元素。它的稳定价态应与铅相同，即为 +2价，所以XQ比XQ稳定。+4价的X易得电子变成+2价, 所以XQ具有强氧化性。X是金属元素，不可能存在稳定的气态氢化物。答案：BC2. 课本上说“碳、硅、锗、锡的+4价化合物是稳定的，而铅的 +2价化合物是稳定的。(1) 根据上一句话判断：锡的 +2价化合物(如SnCI2)应具有较强的 性，铅的+4价化合物应具有较强的 性。Fe 304可以写成FeQ FezQ的形式，根据化合价规律和这种书写方法，假设将PbsO用上述形式表示，其化学式可写为 。(3)PbQ2与浓盐酸可发生氧化复原反响生成 Cl2,该反响的化学方程式为 。解析：(1)关键要理解锡

46、的+4价化合物是稳定的，因而 +2价化合价不稳定，容易转变为 +4 价化合物，而显示较强的复原性；同理，铅的 +4价化合物具有较强的氧化性。(2) 铅的两种常见化合价中，+2价稳定，+4价不稳定，易得电子被复原。 题中信息表 明，FesQ中有+2、+3两种价态的铁元素。思维迁移到 PbsQ中铅的化合价+2价和+4价。仿 照上述形式的写法，将 PbsQ写成2PbO- PbQ，此化合物中正负化合价的代数和为零。(3) PbO2与浓盐酸反响，浓盐酸的氧化产物是CI2，那么PbO的复原产物必然是+2价的化合物，这里应是PbCb,另有HO生成。(注：此处也可将 MnO与浓盐酸的反响迁移，即可写出PbQ与

47、浓盐酸反响的化学方程式 ) 答案：复原、氧化(2)2PbO - PbO2(3)PbO 2+4HCIPbCI 2+CI2 f +2H2O师下面，我们可通过下表来认识一下碳族元素单质的物理性质。板书3.单质的物理性质投影展示碳族元素及其单质的一些重要性质元糸 名称元糸 符号原子半径主要化合价单质的性质颜色、状态密度熔点沸点nm-3gcmCC碳C0.077+2,+4金刚石：无色固体石墨：灰黑色固体3.512.25355036523697升华48274827硅Si0.117+2,+4晶体硅：灰黑色固体2.32 2.3414102355锗Ge0.122+2,+4银灰色固体5.35937.42830锡Sn

48、0.141+2,+4银白色固体7.28231.92260铅Pb0.175+2,+4r监白色固体11.34327.51740师从上表可看出，实验测出的碳族元素原子半径的递变规律与我们根据原子核外电子排 布预测的是一致的。碳族元素单质的密度是从碳到铅逐渐增大，熔、沸点逐渐降低，锡的熔、沸点较特殊，这与其成键情况及空间结构有关系。问碳元素形成的单质， 在表上列出了金刚石和石墨两种，它们与碳元素的关系是什么？生它们都是碳元素的同素异形体。师对。不过，碳元素的同素异形体不止两种，还有C60、C70等等。请同学们阅读课本 P148 “C0及其应用前景学生阅读板书4.C60简介师从阅读材料里我们可以看出，碳

49、元素除了金刚石和石墨外，还有多种同素异形体，在已发现的碳族成员如 Go、Go、Go、C84 中Go是最稳定的。Go可以形成各种化合物，可用 作高温润滑剂、耐热和防火材料等。目前，将C6o应用于超导体、材料科学等领域的探索正在不断地深入。Go分子的结构是足球状的，是由20个正六边形和12个正五边形呈一定弧度一个接一个地排列成的一个球体分子。它的结构是由英国科学家克罗托教授最先设想出来的。在他为了这个大大的“碳分子的结构而冥思苦想、食不知味、睡不入眠的时候，是著名建筑学家布克曼斯特富勒设计的一个球形模型给了他灵感。所以，他又把自己设计的这种新的碳分子的结构，称为“富勒笼球。C6o及一系列碳族分子的

50、发现，是化学开展史上一件具有划时代意义的大事。为了表彰这一重大科学成就，1996年的诺贝尔化学奖授给了克罗托和另外两位对C6o的发现作出奉献的科学家一一美国赖斯大学的化学教授柯尔和斯莫利。投影练习 1. 以下气态氢化物中最不稳定的是A. CH4B.NH3C.SiH 4D.H 2S答案： C2. 以下关于碳族元素的表达正确的选项是A. 单质都是无色晶体B. 随着原子序数的增加，单质的熔点逐渐升高C. 由碳到铅， A族元素最高氧化物对应的水化物酸性逐渐增强D. 除铅以外其他元素的+4价化合物是稳定的答案： D3. 近年来，科学家发现一种新分子，它具有空心的类似足球状结构，化学式为C6o，以下说法正

51、确的选项是A.C60是一种新型化合物B . C 60和石墨都是碳的同素异形体C. C60在纯氧中充分燃烧只生成惟一产物COD. C60的摩尔质量为720答案： BC小结本节课我们学习了碳族元素的结构特点及随着原子序数的递增，其性质递变的规律，同时还认识了碳元素的另一种同素异形体C60。布置作业 1. 复习初中所学碳及其化合物的知识。2. 预习硅及其化合物的知识。3. 课本习题一 1、 2。参考练习1.某WA族元素的气态氢化物含氢 12.5%，该元素的相对原子质量是A.12B.142. 以下说法中不正确的选项是A.硅和锗都是重要的半导体材料答案： CB. 硅酸的酸性比碳酸还要弱C.SiH4的稳定

52、性比PH的差D.CH 4 稳定性比 NH3 强 答案： D3. 某些保健品中含有的锗Ge元素，位于周期表中的第四周期第WA族。有关锗的表达正确的选项是A.锗的原子序数为34B. 锗的金属性比锡强C. Ge可形成NazGeO的盐D. 单质锗是半导体材料答案： CD第八章 硼铝碳硅锗锡铅第五节 碳族元素教学目标1. 使学生了解碳族元素的性质及其规律2使学生进一步了解运用元素周期律知识学习同族元素性质及其递变规律的方法，并运用这些知识学习碳族元素及其化合物的知识。3.培养学生的总结、思考、判断能力。教学重点碳族元素递变规律，硅和二氧化硅的化学性质教学难点以碳族元素知识为载体，培养学生归纳、运用、迁移知识的能力。课时安排 2 课时教学方法引导、探究、自学、比照、练习教具准备投影仪 炭块、有划痕的罐头瓶盖、镊子、两条枯燥的布条或线绳(其中一条在硅酸钠溶液中预先浸过)、酒精灯、火柴第二课时引言上节课我们系统地介绍了碳族元素的结构特点及性质递变规律，本节课我们重点来学习碳族元素中的硅及其化合