第十三章 硼族元素.ppt

1、第十三章 硼族元素,自然界没有游离硼， 主要矿有: 硼砂矿(Na2B4O710H2O)、 硼镁矿(Mg2B2O5H2O)、 方硼矿(2Mg3B8O15MgCl2)。,是地壳中蕴藏最丰富的金属元素 主要以铝矾土矿(Al2O3xH2O)存在 铝是银白色、有光泽的轻金属 具有良好的导电性和延展性 广泛用来作导线、结构材料和器皿 铝合金质轻又硬，用于飞机制造。,熔点比人的体温还低(30左右) 液态镓的熔点、沸点相差大， 可作高温温度计， 与其它金属可制低熔合金。,与其它金属可制低熔合金 如含25%In的Ga合金 可用于自动灭火装置,Tl及其化合物均有毒 误食少量铊盐可使毛发脱落,1 硼族元素的通性,缺

2、电子原子 可形成配位键 (如HBF4) 多中心键(如B2H6),硼族元素的一般性质,B为非金属单质，Al，Ga，In，Tl是金属 氧化态：B，Al，Ga：（+3） In：（+1，+3） Tl：（+1） 最大配位数： B：4 例：HBF4 其它：6 例：Na3AlF6,2 硼族元素的单质,硼的单质单质硼有多种同素异形体，基本结构单元为B12二十面体。 二十面体连接的方式不同导致至少 三 种晶体。,同素异形体：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。 -菱形硼（B12） 原子晶体,用途 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核反应堆的控制棒。

3、 前一种用途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。,3 硼的化合物,1.硼的氢化物 硼烷分类：BnHn+4和 BnHn+6 例： B2H6 B4H10 乙硼烷 丁硼烷 有CH4，但无BH3 最简单的硼烷：B2H6 其结构并非如右图所示：,硼氢化合物性质与碳的氢化物(烷烃)、 硅的氢化物(硅烷)相似，所以硼的氢化 物称为硼烷,硼烷的结构,B：利用sp3杂化轨道，与氢形成三中心两电子键。（氢桥）,记作：,要点：B的杂化方式，三中心两电子键、氢桥。,B4H10分子结构,氢键和氢桥键有什么不同？,氢 键 氢 桥 结合力的类型 主要是静电作用 共价键（三中心二电子键） 键 能 小（与分子

4、间力相近） 较大（小于正常共价键） H 连接的原子 电负性大，半径小的原子， 缺电子原子，主要是B 主要是F、O、N 与H相连的原子的对称性 不对称（除对称氢键外） 对 称,Solution,为什么硼的最简单氢化物是 B2H6 而不是 BH3 ？但硼的卤化物能以BX3形式存在？,Solution,如果 BH3 分子存在的话，则其结构为 B 还有一个空的 2p 轨道未参与成键，故从能量来说 BH3 是不稳定体系。B2H6 中所有的价轨道都用来成键，分子的总键能比两个 BH3 的总键能大，故 B2H6 比 BH3 稳定（二聚体的稳定常数为106）。 BX3 中 B 以 sp2 杂化，形成 键后，垂

5、直于分子平面 B 与3 个 F 原子p 轨道互相平行，形成了 大键，使 BX3 获得额外的稳定性。但 BH 中 H 原子没有像 F 原子那样的 p 轨道，故不能生成键 。,B:H,:,:,H,H,.,硼烷的性质, 自燃,高能燃料，剧毒, 水解,含硼化合物燃烧 火焰呈现绿色, 加合反应, 被氯氯化, 三氧化二硼 B2O3,制备：,原子晶体：熔点460C 无定形体：软化,2.硼的含氧化合物,结构：,性质：,偏硼酸,(原)硼酸,xB2O3yH2O 多硼酸,B：sp2杂化, 硼酸 H3BO3 结构：,分子间通过氢键形成接近六角形的对称 层状结构，层与层之间借助微弱的范德 华力联在一起因此硼酸晶体为鳞片

6、状,性质：,一元弱酸 (固体酸),与多羟基化合物加合,受热易分解,=5.810-10, 硼砂,硼酸根的结构：,性质：,构成缓冲溶液 pH=9.24 (20 ),水解呈碱性,与酸反应制H3BO3,脱水,硼砂珠实验：铁、钴、镍、锰等金属氧化物可溶解在硼砂熔体中, 呈不同的特征颜色,Na2B4O7+ MnO Mn(BO2)22NaBO2(绿色),3.硼的卤化物,BX3结构：,B：sp2杂化,BX3性质：,水解：,4.氮化硼,BN与C2是等电子体，性质相似： BN有三种晶型： 无定型(类似于无定型碳) 六方晶型 (类似于石墨) 作润滑剂,立方晶型 (类似于金刚石) 作磨料,1.氧化铝和氢氧化铝 氧化铝

7、：Al2O3 - Al2O3 ：刚玉，硬度大，不溶于水、酸、碱。 - Al2O3 ：活性氧化铝，可溶于酸、碱，可作为催化剂载体。,4 铝的化合物,红宝石(Cr3+) 蓝宝石(Fe3+,Cr3+) 黄玉/黄晶(Fe3+),有些氧化铝晶体透明，因含有杂质而呈现鲜明颜色。,在碱性溶液中存在Al(OH)4-或Al(OH)63- 简便书写为,氢氧化铝：Al(OH)3,2.铝的卤化物,离子晶体 分子晶体 分子晶体：熔点低，易挥发， 易溶于有机溶剂，易形成双聚物。,AlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3,离子键 共价键,2个Al 原子 与两侧的4 个Cl原子在 同一平面上 中间的2个 Cl原子位于 该平面两侧,用干法合成AlCl3：,潮湿空气中的AlCl3，遇NH3生成NH4Cl。,白烟为NH4Cl,水解激烈：,3.铝的含氧酸盐,硫酸铝：,Al3+易水解：,=10-5.03,Al(H2O)63+ Al(OH)(H2O)52+ + H+,铝钾矾(明矾)：,Al3+的鉴定：在氨碱性条件下，加入茜素,茜素,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