无机化学下册：硼族省名师优质课获奖课件市赛课一等奖课件

第十六章硼族元素无机化学第1页1IIIA族硼5BBoron铝13Al

Aluminum镓31Ga

Gallium铟49In

Indium铊81Tl

Thallium第2页22.经过硼及其化合物结构和性质，熟悉硼缺电子性以及它成键特征。1.掌握硼单质、氢化物、卤化物、氧化物、含氧酸及其盐结构和性质。3.掌握铝、单质及其主要化合物性质和用途。教学要求：第3页3本章讲解内容第一节引言第二节硼及其化合物第三节铝族元素第4页4一、硼族元素概述第一节硼族元素通性IIIA硼(B)铝(Al)镓(Ga)铟(In)铊(Tl)原子序数513314981价层电子构型2s22p13s23p14s24p15s25p16s26p1主要氧化数+3+3+1,+3+1,+3+1,+3原子半径/pm82118126144148I1/(kJ·mol-1)801578579558589电负性(χp)2.041.611.811.781.62第5页5IIIA硼(B)铝(Al)镓(Ga)铟(In)铊(Tl)原子序数513314981价层电子构型2s22p13s23p14s24p15s25p16s26p1主要氧化数+3+3+1,+3+1,+3+1,+3原子半径/pm82118126144148I1/(kJ·mol-1)801578579558589电负性(χp)2.041.611.811.781.62周期表中，镓熔点、沸点相差最大，可作高温温度计，与其它金属可制低熔合金。硼族中以铝密度最小，铊最大第6页6IIIA硼(B)铝(Al)镓(Ga)铟(In)铊(Tl)原子序数513314981价层电子构型2s22p13s23p14s24p15s25p16s26p1主要氧化数+3+3+1,+3+1,+3+1,+3原子半径/pm82118126144148I1/(kJ·mol-1)801578579558589电负性(χp)2.041.611.811.781.62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34N、O、XC、SiB、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第7页7IIIA硼(B)铝(Al)镓(Ga)铟(In)铊(Tl)原子序数513314981价层电子构型2s22p13s23p14s24p15s25p16s26p1主要氧化数+3+3+1,+3+1,+3+1,+3原子半径/pm82118126144148I1/(kJ·mol-1)801578579558589电负性(χp)2.041.611.811.781.62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显著Ga半径较小，电负性比Al大，所以铝金属性要比镓强。第8页8第二节硼及其化合物一、多中心键1.成键特征2.多中心键B：2s22p1

B原子价电子数3少于价层轨道数4，这种原子称缺电子原子。多中心键就是指较多原子靠较少电子结合起来一个离域共价键。1960年由Lipscomb提出来，为此取得了1976年诺贝尔化学奖第9页91B－H键键

B－H2c－2eH2桥式B－H－B键BB3c－2e3B－B键键

B－B2c－2eB4开式B－B－B硼桥键BB3c－2eB5闭式B－B－B硼桥键BB3c－2e＋＋B原子五中成键情况。第10页101.基本结构单元是B12正二十面体。2.基本结构单元间以三中心二电子键和σ键相互连接而成硼晶体。二、单质1.结构第11页11

973K4B(s)+3O2(g)===2B2O3(s)△rH°＝-2887KJ·mol-1硼可用于炼钢中用作去氧剂2B＋3X2＝2BX32B＋N2＝2BN2B＋3S＝B2S3B＋3HNO3＝H3BO3＋3NO2↑2B＋3H2SO4＝2H3BO3＋3SO2↑

熔融2B＋2NaOH+2H2O==2NaBO2＋3H2↑I.燃烧反应II.与非金属反应III.与酸反应IV.与强碱反应2.性质高温下硼几乎与全部金属反应生成硼化物。含有硬度大，耐高温，抗腐蚀等特点。V.与金属反应第12页12BX3B2O3B2S3BNBNaOH熔融NaBO2＋H2HNO3H2SO4H3BO3＋NO2↑H3BO3＋SO2↑X2，O2，S，N2H2O(g)H3BO3＋H2B反应关系图第13页13B4O72-+2H++5H2O＝4H3BO3↓

△

2H3BO3====B2O3+3H2O△B2O3+3Mg====3MgO+2Ba.在硼砂溶液中加酸沉淀出硼酸b.硼酸加热脱水得氧化硼c.高温还原氧化硼，还原剂可用活泼金属Na，Mg，Al等。3.制备1373-1573K2BBr3＋3H2============2B＋6HBrTa丝硼烷或碘化硼能够直接热分解得到硼。

2BI3=====2B+3I2晶态硼可用氢还原卤化硼得到第14页14硼烷组成硼烷多数有毒、有气味、不稳定三、硼烷硼氢化合物性质与碳氢化物(烷烃)、硅氢化物(硅烷)相同，所以硼氢化物称为硼烷通式：BnHn+4：B2H6,B5H9BnHn+6：B4H10,B5H11因为硼烷及其衍生物特殊结构、性质和用途，使硼烷及其相关碳硼烷化学成为当前无机化学主要研究领域之一！第15页151.B2H6结构四个B-H2c-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第16页16c.B2H6易水解(与硅烷相同)生成硼酸；B2H6＋6H2O＝2H3BO3↓＋6H2a.B2H6暴露于空气中易燃烧或爆炸，并放出大量热；b.是强还原剂，能与强氧化剂反应；B2H6＋6X2＝2BX3＋6HX2.B2H6性质B2H6(g)＋3O2(g)＝B2O3(s)＋3H2O(g)△rHø

＝-2166KJ·mol-1d.B2H6在373K以下稳定,高于此温度则分解放出H2，转变为高硼烷。加压

2B2H6======B4H10＋H2第17页17B2H6是制备其它一系列硼烷原料，并用于合成化学中，它对结构化学发展起了很大作用。乙醚4BCl3+3LiAlH4＝＝2B2H6+3LiCl+3AlCl3

乙醚4BF3+3NaBH4＝＝2B2H6+3NaBF43.B2H6制备第18页182LiH＋B2H6＝2LiBH44NaH＋BF3＝NaBH4＋3NaF

在硼氢化物中，H氧化数为-1，BH4-离子半径大，所以它是比硼烷还原性更强还原剂，尤其是在有机反应中含有选择性，且用量少，操作简单，对温度无特殊要求，副反应少等优点。BH3是不存在，因为B空轨道轻易接收电子对，它与H-离子结合形成BH4-盐称为硼氢配合物硼氢配合物制备性质第19页19BCl3＋3H2O＝H3BO3＋3HClSiCl4＋4H2O＝H4SiO4＋4HCl想一想：卤化硼和卤化硅都轻易水解而碳卤化物不水解？中心原子都有可利用空轨道：

B是缺电子原子，在BX3分子中，B原子还有空p轨道；卤化硅中硅有可利用3d空轨道。所以它们都轻易接收水进攻而发生水解。与卤化硅相同，卤化硼极易水解生成硼酸2B+3Cl2＝2BCl3B2O3+C+X2＝2BX3+CO四、卤化物1.制备2.水解第20页20BF3

BCl3

BBr3

BI3（形成P-P键能力）4BF3+3H2O=3H[BF4]+H3BO3三卤化硼在潮湿空气中冒烟水解BBr3+3H2O=H3BO3+3HBrBCl3+3H2O=H3BO3+3HCl第21页21偏硼酸HBO2正硼酸H3BO3多硼酸xB2O3·yH2O1.硼酸五、氧化物在多硼酸及其盐中有两种基本结构单元，一个是平面三角形BO3结构，另一个是硼原子以sp3杂化BO4四面体结构。H3BO3H2O(l)HBO2B2O3H2O(g)第22页22分子间经过氢键形成靠近六角形对称层状结构，层与层之间借助微弱范德华力联在一起所以硼酸晶体为鳞片状I.结构第23页23B(OH)3＋H2O==[(OH)3B←OH]-＋H+Ka==5.8

10-10硼酸是一元路易斯酸，它酸性不是电离出H+，而是从水中夺取了OH-，使水电离出H+，假如在溶液中加入多羟基化合物（如甘油），可使酸性增强。（空轨道性质）II.酸性H3BO3＋NaOH＝NaBO2＋2H2O2H3BO3＋2NaOH＝Na2B4O7＋7H2O硼酸与强碱反应生成偏硼酸盐，碱性较弱时生成四硼酸盐第24页244H3BO3──

4HBO2──H2B4O7

──

B2O3-4H2O-H2O-H2OIII.热稳定性

H2SO4H3BO3＋3C2H5OH======B(OC2H5)3＋3H2O硼酸酯含有挥发性，与乙醇一起燃烧时产生绿色火焰，据此能够判别硼酸根。

IV.与醇生成硼酸醇酯硼酸与乙醇燃烧时绿色火焰第25页25与硅酸相同，硼酸也轻易缩合成链状或环状多硼酸xB2O3·yH2O，如四硼酸根结构，它化学式应是[B4O5(OH)4]2-。V.缩合反应第26页26用浓碱分解硼镁矿，再通CO2酸化，结晶得到：Mg2B2O5+2NaOH+H2O＝2NaBO2+2Mg(OH)2↓4NaBO2＋CO2＋10H2O＝Na2B4O5(OH)4·8H2O＋Na2CO3

多数金属硼酸盐是不溶于水，最惯用可溶性硼酸盐是四硼酸钠，俗称硼砂，化学式为Na2B4O5(OH)4·8H2O硼砂为白色晶体，在干燥空气中轻易风化，加热失水加热

Na2B4O5(OH)4·8H2O=====Na2B4O7+10H2O2.硼酸盐I.硼砂制备II.硼砂性质第27页27用途：用做制B其它化合物原料。

H+多硼酸盐H3BO3

OH-

H+加热Na2B4O7·10H2OH3BO3

B2O3B和Si有很多相同之处，同学们能够自己将他们比较一下。硼砂珠试验熔融硼砂或B2O3能够溶解许多金属氧化物，而生成有特征颜色偏硼酸盐灼烧硼砂+MO不一样颜色CoO－－蓝色(Co(BO2)2)CuO－－蓝色(Cu(BO2)2)Cr2O3－－绿色(Cr(BO2)3)MnO－－紫色(Mn(BO2)3)第28页28第三节铝族元素一、单质概述1.成键特征共价特点缺电子特点最高氧化数+3少数表现离子性铝族元素原子为缺电子原子，与硼类似，在铝和镓化合物中一样表现出缺电子特点。而随原子半径增大，铟铊逐步过渡为金属性质。ClAlClClClAlClClAl2Cl6中氯桥键第29页29铝金属性比镓强，是优良导电体，镓和铟是制半导体主要材料。2.化学性质2Al(s)＋3X2＝2AlX3(s)4Al(s)＋3O2(g)＝2Al2O3(s)2Al(s)＋3S(l)＝2Al2S3(s)想一想：Ga、In、Tl均能发生上述反应，它们反应活性应怎样改变呢？I.与非金属单质反应2Al＋6H2O＝2Al(OH)3＋3H2↑

通常情况下，因为铝表面被一层牢靠氧化膜所覆盖，所以不易与水或空气反应。II.与水反应第30页302M＋6H+＝2M3+＋3H2↑(M=Al、Ga、In、Tl)2M＋2OH-＋6H2O＝2M(OH)4-＋3H2↑(M＝Al、Ga)III.与酸碱反应铝比镓更易溶于酸，表现出它碱性比镓强。在浓、冷硝酸或硫酸中，铝发生钝化，Ga和In也有钝化作用。第31页31铝是丰度最大金属，含有延展性强，导电性能优良，密度轻，应用最广泛金属，金属铝用于制电缆、电线镓、铟多用于电子工业，如作半导体材料铝用于制日惯用具3.金属用途第32页321.Al2O3二、氧化铝和氢氧化铝两种主要变体α-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γ-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(Ⅲ)－红宝石

Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、Ti(Ⅳ)－蓝宝石刚玉中含少许Fe3O4——刚玉粉第33页33β-Al2O3──含有离子传导能力，用于作钠－硫蓄电池电解质，这种电池蓄电量大，含有辽阔应用前景。1273kα-Al2O3γ-Al2O32.Al(OH)3三种变体：正氢氧化铝Al(OH)3偏氢氧化铝AlO·OH水合氧化铝Al2O3·