第13章硼族元素

1、第 13 章 硼族元素,IIIA B Al Ga In Tl,ns2np1,B 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： 4 HBF4 其它：6 Na3AlF6,硼族元素的最大特征是缺电子元素，可形成缺电子化合物。,一、 硼的氢化物,最简单的硼烷是 B2H6,硼烷稳定性较差，室温分解 2B2H6 = B4H10 + H2 还原能力强 B2H6 (g) 3 O2 (g) B2O3 (s) 3 H2O (l) 易水解 B2H6 6 H2O 2 H3BO3 6 H2 高温下与NH3反应生成无机苯和具有层状结构的氮化硼 3B2

2、H6+6NH32B3N3H6+12H2 xB2H6+2xNH3=2(BN)x+6xH2,二、 硼的含氧化合物,1 B2O3 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 ) 2 HBO2 ( g ),B2O3易溶于水生成硼酸，粉末状的B2O3可用作吸水剂 B2O3 3 H2O 2 H3BO3 (aq),B2O3 和金属氧化物共熔融时，生成有特征颜色的硼珠，可用于鉴定金属氧化物。例如,CoO + B2O3 Co(BO2)

3、2,深蓝色的硼珠,CoO 深蓝色 Cr2O3 绿色 CuO 蓝色 MnO 紫色 NiO 绿色 Fe2O3 黄色,常见硼珠的颜色如下,H3BO3是Lewis酸，是一元酸。,硼酸酸性很弱，Ka5.81010，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H3BO3 中加入甘油，酸性可增强。,原因是加入的物质可以与 B(OH)4 结合成很稳定的结构单元 B(C3H6O3)2,燃烧绿色火焰 可鉴别硼酸及盐,在浓硫酸催化作用下，硼酸和乙醇发生酯化反应生成硼酸三乙酯,2 硼砂,B: sp2 杂化, sp3 杂化,硼砂 Na2 B4O5(OH)4 8 H2O 是硼的最

4、主要的含氧酸盐，白色，玻璃光泽。,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。,可以看成由两个 BO2 和一个 B2O3 构成。,因此硼砂和过渡金属氧化物CuO，NiO，MnO，Cr2O3，Fe2O3 等也发生硼珠反应。,实际上，硼珠实验就是用硼砂作反应物进行的。,B4O5(OH)42 + 5 H2O 2 H3BO3 + 2 B(OH)4,生成等物质的量的弱酸和弱酸盐，形成缓冲溶液, pH = 9.74。,三、 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。,将 BF3 通

5、入水中: BF3 3 H2O B(OH)3 3 HF 进一步反应: BF3 HF H BF4,三、 铝、镓、铟、铊,Ga 的熔点 29.76，在手中即可以融化。,铝、镓、铟、铊金属单质和非氧化性酸、氧化性酸反应，产物中铝、镓、铟的氧化数均为 + 3， 而铊的氧化数为 + 1。,Tl + 2 HNO3 TlNO3 + NO2 + H2O,Ga(OH)3 的酸性比 Al(OH)3 强，这是第四周期主族元素性质的反常。,Tl(III)氧化能力强,Tl2(SO4)3 + 4 FeSO4 Tl2SO4 + 2 Fe2(SO4)3,Tl(NO3)3 + SO2 + 2 H2O TlNO3 + H2SO4

6、+ 2 HNO3,2 Tl3+ + 3 S2 Tl2S + 2 S,Tl(NO3)3 + 3 KI 3 KNO3 + TlI + I2,蓝黑色,TlOH 是强碱，但不如 KOH 的碱性强。,某些Tl(I)的性质与碱金属相似，如,TlOH Tl2SO4 易溶于水,某些Tl(I)的性质与Ag+相似，如,TlCl, Tl2S不溶于水 TlF是离子型化合物，易溶于水,例 题,写出下列反应的产物和方程式 BF3与过量NaF在酸性水溶液中反应 BCl3与过量NaCl在酸性水溶液中反应,解: (1) BF3是硬路易斯酸，对硬碱F-的亲和力强，容易形成配合物。 BF3 + F- BF4- 即过量的NaF提供足

7、够的配体，酸性是为了防止pH过高形成水解产物BF3OH-,(2) BCl3发生水解，Cl-配位能力差，不容易形成配合物HBCl4。 BCl3 + H2O H3BO3 + HCl,2. 解释为什么H3BO3、H3PO3的组成相似，但前者是一元酸而后者是二元酸。,解: 一般来说，在水中能够解离出几个质子则该含氧酸就是几元酸。,H3PO3在水中两个羟基氢可以解离，而与中心原子以共价键相连的H不能解离。,H3BO3是缺电子化合物，OH不解离，而是B接受水分子中的OH-形成B(OH)4-，释放一个H+，而且B只有一个空的价层轨道，所以只能接受一个配体。 H3BO3 + H2O B(OH)4- + H+,

8、3. 写出下列反应的产物和方程式 BF3通入碳酸钠溶液 Tl2O3与浓硫酸作用 向偏铝酸钠溶液中加入NH4Cl溶液,解： BF3水解生成H3BO3和HBF4，HBF4为强酸，在碳酸钠溶液中成BF4- 4BF3 + CO32-+4H2O3BF4-+B(OH)4-+4HCO3- (2) Tl(III)氧化能力强，酸性条件下能将水氧化成O2 Tl2O3+H2SO4 Tl2SO4+O2+H2O (3) Al(OH)4-+NH4+ Al(OH)3 + NH3 + H2O,4. 为什么BH3不存在，而BF3却稳定存在？,解: 因为BH3是缺电子化合物，不稳定，通过形成B2H6使B的缺电子性得到补偿； BF3虽然也是缺电子分子，但是F原子中未参与成键的P轨道有孤对电子，可以与B的空的P轨道形成离域键46，补偿了B的缺电子性质，因此不需要形成二聚体。,5. 为什么BF3中B-F键能是646kJ/mol, 而