无机化学第13章-硼族元素课件

第13

章硼族元素IIIA

BAlGaInTlns2np1B为非金属，Al、Ga、In、Tl是金属。常见氧化态：B、Al、Ga＋3 In＋1，＋3 Tl＋1最大配位数：B：4HBF4

其它：6Na3AlF6

硼族元素的最大特征是缺电子元素，可形成缺电子化合物。13－1硼单质及其化合物

无定形硼晶形硼棕色粉末黑灰色化学活性高硬度大熔点，沸点都很高13－1－1

硼单质1

硼的同素异形体CI4D00014.swf2

单质硼的化学性质

2B＋3F22BF34B＋3O22B2O32B＋6H2O(g)2B(OH)3＋3H2↑2B＋N22BN2B＋3Cl22BCl32B＋3SB2S3B＋3HNO3(浓)B(OH)3＋3NO2↑2B＋3H2SO4(浓)2B(OH)3＋3SO2↑2

B＋2

NaOH＋3

KNO32

NaBO2＋3

KNO2＋H2O13－1－2硼的氢化物

最简单的硼烷是B2H62BH3(g)＝B2H6(g)

△rH＝－148kJ·mol－1sp3三中心两电子氢桥键BBHHHHHH119pmHBBHHHHH133pmCI2D00158.jpgB2H6(g)＋3O2(g)B2O3(s)＋3H2O(l)B2H6(g)＋6Cl2(g)BCl3(l)＋6HCl(g)B2H6

＋6H2O2H3BO3

＋6H2硼烷中有五种键型

硼氢键B－H

硼硼键B－B

氢桥键BBH闭合的3中心－2电子硼桥键BBB开放的3中心－2电子硼桥键*BBB*量子化学研究认为此种键可以不予考虑癸硼烷-14(B10H14)的键联关系示意图CSI2N02038.jpgCSI2N02039-2.jpg13－1－3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。

若水量不充足，如遇到热的水蒸气或潮气时

B2O3＋H2O(g)2HBO2(g)B2O3易溶于水生成硼酸，粉末状的B2O3可用作吸水剂

B2O3＋3H2O2H3BO3(aq)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。

H3BO3是Lewis酸，是一元酸。OHOHOHB＋Ｈ2OOHBOHOHOH－＋H＋

硼酸酸性很弱，Ka＝5.8×10－10，加入多羟基化合物可增加酸性。这是因为加入的物质可以与B(OH)4－结合成很稳定的物质，如：OHOCHCH2CH2OBOHOCHCH2CH2O－H3BO3＋3CH3OHB(OCH3)3＋3H2OH2SO4燃烧绿色火焰可鉴别硼酸及盐CSI2N02088.pngCI2D00161.jpg

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。

硼砂本身为缓冲溶液，在洗衣粉中作填料。Na2B4O7＋7H2O4H3BO3＋2NaOHH3BO3＋OH－

B(OH)4－pH＝9.24

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。

硼砂珠实验:

△

Na2B4O7B2O3＋2NaBO2

＋)CoO＋B2O3Co(BO2)2Na2B4O7＋CoO2NaBO2·Co(BO2)2Cr2O3为绿色,Fe2O3为黄色.

偏硼酸钠与过氧化氢作用，可以生成过硼酸钠，大量的过硼酸钠被用于洗衣粉中作增白剂。

NaBO2

＋H2O2NaBO3·H2O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。

(a)

(b)13－1－4硼的卤化物

BX3的中心硼原子的轨道采用sp2杂化，构型为三角形，为缺电子结构。CI2N00001.jpg

将BF3通入水中:BF3＋3H2OB(OH)3＋3HF

进一步反应:BF3

＋HFH＋＋BF4－BX3水中发生强烈水解：BCl3＋3H2OB(OH)3＋3HClBX3是典型的强的路易斯酸，如：BF3(g)＋NH3H3N→BF313－2铝单质及其化合物

13－2－1

铝单质1

铝的提取和冶炼铝矾土Al2O3

NaOHNa[Al(OH)4]溶液通入CO2

Al(OH)3沉淀分离、焙烧

较纯净的Al2O3

电解熔融Na3AlF6铝2铝单质的性质

铝最重要的性质是两性。

铝可以从其它金属氧化物中置换出金属

2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3

铝不能同H2直接化合，(AlH3)n

要在乙醚中制备3nLiH＋nAlCl3(AlH3)n

＋3nLiCl(AlH3)n是白色的聚合物，当反应混合物中LiH过量时，将有Li(AlH4)生成。

在高温下，铝容易同P、S、Si等非金属反应

2Al＋3SAl2S313－2－2铝的含氧化合物

γ-Al2O3

具有强的吸附能力与催化能力

α-Al2O3刚玉

β-Al2O3固体电解质铝的含氧化合物最重要的性质是两性：

Al(OH)3＋3HClAlCl3

＋3H2OAl(OH)3＋NaOHNaAl(OH)413－2－3铝的三卤化物

ⅢA族除B的卤化物及ⅢA族元素的氟化物以外，均为二聚形式，如：(GaCl3)2，(InCl3)2，(AlBr3)2，(AlI3)2，(GaBr3)2等。

AlCl3中铝为sp3杂化CI4S00017.swfCI2N00163.jpgBeCl2·4H2O和AlCl3·6H2O受热脱水时发生水解：BeCl2·4H2OBe(OH)Cl＋3H2O＋HCl

AlCl3·6H2OAl(OH)2Cl＋4H2O＋2HClΔΔ

铍和铝都是两性金属，Be(OH)2和Al(OH)3都是两性氢氧化物：Be＋2NaOH＋2H2ONa2Be(OH)4

＋H22Al＋2NaOH＋6H2O2NaAl(OH)4

＋3H2Be(OH)2

＋2NaOHNa2Be(OH)4

Al(OH)3

＋NaOHNaAl(OH)4

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、铟和铊三种金属都能溶于稀盐酸，但只有加热时反应速率才比较快。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。

镓、铟、铊正三价化合物越来越不稳定，正一价化合物越来越稳定：2Ga＋3H2SO4Ga2(SO4)3

＋3H2↑2In＋3H2SO4In2(SO4)3

＋3H2↑2Tl＋H2SO4Tl2SO4

＋H2↑Ga＋6HNO3Ga(NO3)3

＋3NO2

＋3H2O2Tl＋2HNO3TlNO3

＋NO2

＋H2OTl(III)是很强的氧化剂，例如：

Tl2(SO4)3

＋4FeSO4Tl2SO4

＋2Fe2(SO4)3Tl(NO3)3

＋SO2

＋2H2OTlNO3

＋H2SO4

＋2HNO3

2Tl3＋＋3S2－

Tl2S(蓝黑色)＋2S其原因主要是6s2电子对的惰性显著

ⅢAⅣAⅤABCNAlSiPGaGeAsInSnSbTlPbBi

惰性电子对效应＋1＋2＋3ns2ns2ns2同族元素，从上到下，与族数差2的氧化态，愈来愈稳定ns2np1ns2np2ns2np3

＋3＋4＋5同族元素，从上到下,与族数对应的最高氧化态，越来越不稳定卖油翁下课了，回顾学习一个小故事吧！学习目标1、复述故事，深入理