（精选幻灯片）无机化学下册：第十六章 硼族.ppt

1、1,第十六章 硼族元素,无机化学,2,IIIA族 硼 5B Boron 铝 13Al Aluminum 镓 31Ga Gallium 铟 49In Indium 铊 81Tl Thallium,3,2. 通过硼及其化合物的结构和性质，熟悉硼的缺电子性以及它的成键特征。,1. 掌握硼 的单质、氢化物、卤化物、氧化物、含氧酸及其盐的结构和性质。,3. 掌握铝、单质及其重要化合物的性质和用途。,教学要求：,4,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,5,一、 硼族元素概述,第一节 硼族元素的通性,6,周期表中，镓的熔点、沸点相差最大，可作高温温度计，与其它金属可制低熔合

2、金。,硼族中以铝的密度最小，铊的最大,7,8,Ga的半径较小，电负性比Al大， 所以铝的金属性要比镓的强。,9,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原子的价电子数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的原子靠较少的电子结合起来的一种离域的共价键。,1960年由Lipscomb提出来的，为此获得了1976年的诺贝尔化学奖,10,B原子的五中成键情况。,11,1. 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键相互连接而成硼晶体。,二、 单质,1. 结构,12,973K 4B(s)+3O2(g)=2B2O3(s

3、) rH-2887KJmol-1,硼可用于炼钢中用作去氧剂,2B3X22BX3 2BN22BN 2B3SB2S3,B3HNO3H3BO33NO2 2B3H2SO42H3BO33SO2,熔融 2B2NaOH+2H2O=2NaBO23H2,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,高温下硼几乎与所有的金属反应生成硼化物。具有硬度大，耐高温，抗腐蚀等特点。,V. 与金属反应,13,B反应关系图,14,B4O72-+2H+5H2O4H3BO3, 2H3BO3=B2O3+3H2O, B2O3+3Mg=3MgO+2B,a. 在硼砂溶液中加酸沉淀出硼酸,b.

4、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,1373-1573K 2BBr33H2=2B6HBr Ta 丝 硼烷或碘化硼可以直接热分解得到硼。 2BI3=2B+3I2,晶态硼可用氢还原卤化硼得到,15,硼烷的组成,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,通式： BnHn+4 ：B2H6, B5H9 BnHn+6 ：B4H10, B5H11,由于硼烷及其衍生物的特殊结构、性质和用途，使硼烷及其有关的碳硼烷化学成为目前无机化学主要研究领域之一！,16,1. B2H

5、6的结构,四个B-H 2c-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,17,c. B2H6易水解(与硅烷相似)生成硼酸； B2H66H2O2H3BO36H2,a. B2H6暴露于空气中易燃烧或爆炸，并放出大量的热；,b. 是强还原剂，能与强氧化剂反应； B2H66X22BX36HX,2. B2H6的性质,B2H6(g)3O2(g)B2O3(s)3H2O(g) rH -2166KJmol-1,d. 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=B4H10H2,18,B2H6是制备其它一系列硼烷的原料，并用于合成化学中，它对结构化学

6、的发展起了很大的作用。,乙醚 4BCl3+ 3LiAlH42B2H6+3LiCl+3AlCl3 乙醚 4BF3+ 3NaBH4 2B2H6+3NaBF4,3. B2H6的制备,19,2LiHB2H62LiBH4 4NaHBF3NaBH43NaF,在硼氢化物中，H的氧化数为-1，BH4-离子半径大，所以它是比硼烷还原性更强的还原剂，特别是在有机反应中具有选择性，且用量少，操作简单，对温度无特殊要求， 副反应少等优点。,BH3是不存在的，因为B的空轨道容易接受电子对，它与H-离子结合形成的BH4-盐称为硼氢配合物,硼氢配合物,制备,性质,20,BCl33H2OH3BO33HCl SiCl44H2O

7、H4SiO44HCl,想一想：卤化硼和卤化硅都容易水解而碳的卤化物不水解？,中心原子都有可利用的空轨道： B是缺电子原子，在BX3分子中，B原子还有空的p轨道；卤化硅中硅有可利用的3d空轨道。因此它们都容易接受水的进攻而发生水解。,与卤化硅相似，卤化 硼极易水解生成硼酸,2B+3Cl22BCl3 B2O3+C+X2 2BX3+CO,四、卤化物,1. 制备,2. 水解,21,BF3 BCl3 BBr3 BI3,（形成P-P键的能力）,4BF3+3H2O=3HBF4+H3BO3,三卤化硼在潮 湿的空气中冒 烟水解,BBr3+3H2O=H3BO3+3HBr,BCl3+3H2O=H3BO3+3HCl,

8、22,1. 硼酸,五、氧化物,在多硼酸及其盐中有两种基本结构单元，一种是平面三角形的BO3结构，另一种是硼原子以sp3杂化的BO4四面体结构。,23,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状,I. 结构,24,B(OH)3H2O=(OH)3BOH-H+ Ka=5.810-10,硼酸是一元路易斯酸，它的酸性不是电离出H+，而是从水中夺取了OH-，使水电离出H+， 如果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,H3BO3NaOHNaBO22H2O 2H3BO32NaOHNa2B4O77H2O,硼酸与强

9、碱反应生成 偏硼酸盐，碱性较弱 时生成四硼酸盐,25,4H3BO3 4HBO2 H2B4O7 B2O3 -4H2O -H2O -H2O,III. 热稳定性,H2SO4 H3BO33C2H5OH=B(OC2H5)33H2O 硼酸酯具有挥发性，与乙醇一起燃烧时产生绿色的火焰，据此可以鉴别硼酸根。,IV. 与醇生成硼酸醇酯,硼酸与乙醇燃烧时的绿色火焰,26,与硅酸相似，硼酸也容易缩合成链状或环状多硼酸xB2O3yH2O，如四硼酸根的结构，它的化学式应是B4O5(OH)42-。,V. 缩合反应,27,用浓碱分解硼镁矿，再通CO2酸化，结晶得到： Mg2B2O5+2NaOH+H2O2NaBO2+2Mg(

10、OH)2 4NaBO2CO210H2ONa2B4O5(OH)48H2ONa2CO3,多数金属的硼酸盐是不溶于水的， 最常用的可溶性硼酸盐是四硼酸 钠，俗称硼砂，化学式为 Na2B4O5(OH)48H2O,硼砂为白色晶体，在干燥空气中容易风化，加热失水 加热 Na2B4O5(OH)48H2O= Na2B4O7 +10H2O,2. 硼酸盐,I. 硼砂的制备,II. 硼砂的性质,28,用途：用做制B的其他化合物的原料。,B和Si有很多相似之处，同学们可以自己将他们比较一下。,硼砂珠实验,熔融的硼砂或B2O3可以溶解许多金属氧化物，而生成有特征颜色的偏硼酸盐,CoO蓝色(Co(BO2)2),CuO蓝色

11、(Cu(BO2)2),Cr2O3绿色(Cr(BO2)3),MnO紫色(Mn(BO2)3),29,第三节 铝族元素,一、单质概述,1. 成键特征,铝族元素的原子为缺电子原子，与硼类似，在铝和镓的化合物中同样表现出缺电子特点。而随原子半径的增大，铟铊逐渐过渡为金属性质。,Al2Cl6中的氯桥键,30,铝的金属性比镓强，是优良的导电体，镓和铟是制半导体的重要材料。,2. 化学性质,2Al(s)3X22AlX3(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，它们反应的活性应如何变化呢？,I. 与非金属单质反应,2A

12、l6H2O2Al(OH)33H2,通常情况下，由于铝的表面被一层牢固的氧化膜所覆盖，因此不易与水或空气反应。,II. 与水反应,31,2M6H+2M3+3H2(M=Al、Ga、In、 Tl) 2M2OH-6H2O2M(OH)4-3H2(MAl 、Ga),III. 与酸碱的反应,铝比镓更易溶于酸，表现出它的碱性比镓强。 在浓的、冷的硝酸或硫酸中，铝发生钝化，Ga和In也有钝化作用。,32,铝是丰度最大的金属，具有延展性强，导电性能优良，密度轻，应用最广泛的金属，,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,铝用于制日常用品,3. 金属用途,33,1. Al2O3,二、氧化铝和氢

13、氧化铝,34,-Al2O3具有离子传导能力，用于作钠硫蓄电池的电解质，这种电池蓄电量大，具有广阔的应用前景。,2. Al(OH)3,三种变体：正氢氧化铝 Al(OH)3 偏氢氧化铝 AlOOH 水合氧化铝 Al2O3xH2O,在铝盐中加入氨水或在铝酸盐中通入CO2，都可得到Al(OH)3 沉淀,Al3+ + 3NH3 + H2O = Al(OH)3 + 3NH4+ 2Al(OH)4- +CO2 =2Al(OH)3 + CO32- +H2O,35,铝、氧化铝、氢氧化铝都表现出典型的两性,36,三、铝盐,1. AlCl3,氟化物的熔点最高，其它的较低，这是因为氟化物为离子晶体，其他的是以共价键为主的卤化物,无水三氯化铝的制备,37,2. 硫酸铝和明矾,2Al(OH)3+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2O